一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统

1.本发明涉及红外目标成像技术领域，尤其涉及一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统。


背景技术：

2.当前，针对军事侦查中复杂的环境，侦察系统需要满足全天候、大信息量、高隐蔽性、实时传输的要求。红外侦查是一种隐蔽性较高的被动式侦查手段，且穿透力强、可昼夜工作。单一波段红外探测系统获取的信息弱、准确度比较低，已不能满足现代军事探测的要求。采用红外多波段探测能够获取目标的更多特征信息。根据大气的吸收作用，红外成像波段可划分为短波红外0.75～3μm、中波红外3～5μm和长波红外7～14μm。各个波段在光电对抗设备当中均有应用，其中短波红外是绝大多数军用激光武器装备的工作波段，因此短波红外成像技术能清晰地定位短波红外激光光源所在方位；中波红外传感器通常用于观察温度较高的目标，如导弹的发动机或尾焰部分，适用于空中目标的追踪，通常采用具有视野切换功能的成像方式；长波红外传感器通常用于观察表面温度低于300k的目标，长波红外波段探测器接收的辐射中目标和背景辐射偏振特性差异较大，偏振探测较强度探测具有更加稳定和优越的性能，因此在长波红外波段选择偏振成像具有更高的效能。各个波段的红外成像系统可同时探测目标特征信息，相互弥补，从而提高了红外检测识别系统对复杂环境的适应性。
3.传统的红外多波段探测一般指中长波双红外探测，缺少了短波红外波段的探测，且多波段红外光学系统受温度影响较大，存在热离焦现象，对光学系统成像质量有严重的影响，在红外连续变焦系统中，为了变焦过程中保持图像平面在同一位置，需要根据像面运动来进行补偿，这导致光学系统的体积较大，针对红外偏振成像，若选择短波或者中波波段成像，受背景的自发辐射及大气程辐射影响较大。
4.新型红外多波段侦查预警光学成像系统的多波段探测也就意味着光学系统复杂性的大幅增加，除了要保证各个波段的探测功能，也要考虑系统整体性功能的设计，加大了空间设计上的难度。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统，针对不同波段选择不同的成像方式，解决了传统红外光学成像系统中红外信息光利用不充分的问题，同时解决了短波红外成像困难的问题和红外变焦装置需要像差矫正导致体积过大的问题，系统在保证各个波段探测功能的同时，也考虑了紧凑型设计，实现了红外多波段光学成像系统的小型化。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统，包括离轴共口径前光学组件、第一二色分光镜、第二二色分光镜、短波红外成像组、中波红外变焦成像组、长波红外偏振成像组和数据采集系统；目标红外信号光入
射至离轴共口径前光学组件入口，经离轴共口径前光学组件后到达第一二色分光镜；当光线经过第一二色分光镜时，0.75～3μm波段的光线被反射到滤光片后进入短波红外成像组；3～14μm波段光线被折射到第二二色分光镜处，其中，3～5μm波段光线被反射到中波红外变焦成像组；7～14μm波段光线经过折射后长波红外偏振成像组；短波红外成像组、中波红外变焦成像组和长波红外偏振成像组将接收的不同波段的光信号转变为电荷或电压信号后输入数据采集系统，完成光信号的采集成像。
7.优选地，所述短波红外成像组包括依次放置的滤光片、光学镜头、红外转换荧光屏、光学耦合部分和ccd成像器件；目标红外信号光经过离轴共口径前光学组件后，经过第一二色分光镜反射后透过滤光片，通过光学镜头进行像面匹配后，照射到红外转换屏上，再经光学耦合部分进入ccd成像器件；ccd成像器件将短波信号转变为信号电荷后传输到数据采集系统。
8.优选地，所述中波红外变焦成像组包括依次排列的两对阿尔瓦雷斯透镜变焦镜组、定焦镜头组和中波红外探测器；两对阿尔瓦雷斯透镜组精确定向排列，并安装在一个金属框架上，框架作为一个滑块，能够沿着导轨平稳移动，定焦镜头组为三个非球面透镜组；经过第一二色分光镜透射的红外光线经过第二二色分光镜反射，被反射的中波红外光线通过两对阿尔瓦雷斯透镜变焦镜组，再经过定焦镜头组进行成像质量矫正后进入中波红外探测器；中波红外探测器将中波信号转变为电压信号后传输到数据采集系统。
9.优选地，所述长波红外偏振成像组包括依次排列的准直镜组、偏振分光棱镜，成像镜组和长波红外探测器；经过第二二色分光镜折射的长波红外光线经过准直镜组进行像差矫正，再经过偏振分光棱镜后到达成像镜组，成像镜组将偏振光会聚在长波红外探测器上，由长波红外探测器接收成像；长波红外探测器将长波信号转变为电压信号后传输到数据采集系统。
10.优选地，所述离轴共口径前光学组件采用离轴三折反射设计，包括顺序放置的主反射镜、次反射镜、三反射镜和平面反射镜，各反射镜之间的间距相同；所述主反射镜、次反射镜及三反射镜采用偶次非曲面反射镜，平面反射镜起改变光路的作用。
11.优选地，所述第一二色分色镜反射范围为0.75～3μm，透射范围为3～14μm；第二二色分色镜反射范围为3～5μm，透射范围为7～14μm；滤光片采用窄带滤光片。
12.优选地，所述系统还包括与数据采集系统连接的显示器，用于显示成像的光信号。
13.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统，(1)针对目标在不同红外波段的特性，实现不同方式的成像，在保证各个波段探测功能的同时，实现了小型化设计，能够提高目标探测的效率；(2)采用立体空间布局，避免了不同波段之间互相干扰。(3)前光学系统采用离轴共口径结构，避免了同轴光学系统存在的中心遮挡的问题，通过在离轴三折反射设计中加入平面镜改变光路，减小了光学成像系统的体积。(4)中波红外变焦成像组中使用两对阿尔瓦雷斯透镜组，通过将两对阿尔瓦雷斯透镜组合为可变焦距透镜和定焦镜头组，通过这种配置，在简化了系统结构的同时确保了在缩放过程中保持图像平面在同一位置。(5)短波红外波段为固定焦距成像，中波红外波段为变焦成像，长波红外波段为红外偏振成像，使系统具有更加稳定和优越的性能。
附图说明
14.图1为本发明实施例提供的一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统的结构示意图；
15.图2为本发明实施例提供的短波红外成像组的结构示意图；
16.图3为本发明实施例提供的中波红外变焦成像组的结构示意图；
17.图4为本发明实施例提供的长波红外偏振成像组的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
19.本实施例中，一种新型红外多波段侦查预警光学成像系统，如图1所示，包括离轴共口径前光学组件1、第一二色分光镜2、第二二色分光镜3、短波红外成像组4、中波红外变焦成像组5、长波红外偏振成像组6、数据采集系统和与数据采集系统连接的显示器，用于显示成像的光信号。
20.飞机、导弹等军事威胁源发出的目标红外信号光入射至离轴共口径前光学组件1入口，经离轴共口径前光学组件1后到达第一二色分光镜2；当光线经过第一二色分光镜1时，0.75～3μm波段(短波红外波动)光线被反射到滤光片后进入短波红外成像组4；3～14μm波段(中波红外波动)光线被折射到第二二色分光镜处3，其中，3～5μm波段光线被反射到中波红外变焦成像组5；7～14μm波段(长波红外波动)光线经过折射后长波红外偏振成像组6；短波红外成像组4、中波红外变焦成像组5和长波红外偏振成像组6将接收的不同波段的光信号转变为电荷或电压信号后输入数据采集系统，完成光信号的采集成像。
21.本实施例中，第一二色分色镜反射范围为0.75～3μm，透射范围为3～14μm；第二二色分色镜反射范围为3～5μm，透射范围为7～14μm；滤光片采用窄带滤光片。
22.离轴共口径前光学组件1采用离轴三折反射设计，如图1所示，包括顺序放置的主反射镜1-1、次反射镜1-2、三反射镜1-3和平面反射镜1-4，通过镜面组合，解决红外多波段成像存在的热离焦问题；各反射镜之间的间距相同，充分利用了有限的空间，实现压缩光路的目的；为了降低系统像差，主反射镜1-1、次反射镜1-2及三反射镜1-3采用偶次非曲面反射镜，平面反射镜1-4起改变光路的作用。离轴共口径前光学组件具有足够的可调参数来减少像差，同时消除中心遮蔽以及对分辨率和能量的影响。
23.短波红外成像组如图2所示，包括依次放置的滤光片4-1、光学镜头4-2、红外转换荧光屏4-3、光学耦合部分4-4和ccd成像器件4-5；目标红外信号光经过离轴共口径前光学组件1后，经过第一二色分光镜2反射后透过滤光片4-1，通过光学镜头4-2进行像面匹配后，照射到红外转换屏4-3上，再经光学耦合部分4-4进入ccd成像器件4-5；ccd成像器件4-5将短波信号转变为信号电荷后传输到数据采集系统。本实施例中，短波红外成像组中滤光片4-1选择窄带滤光片让短波红外光信号通过，红外转换屏4-3实现短波红外转换为可见光，从而可以利用ccd成像器件4-5接收，实现短波红外成像。
24.中波红外变焦成像组如图3所示，包括依次排列的两对阿尔瓦雷斯透镜变焦镜组5-1和5-2、定焦镜头组5-3和中波红外探测器；两对阿尔瓦雷斯透镜组5-1和5-2精确定向排列，并安装在一个金属框架上，框架作为一个滑块，能够沿着导轨平稳移动，定焦镜头组为
三个非球面透镜组；经过第一二色分光镜透射的红外光线经过第二二色分光镜反射，被反射的中波红外光线通过两对阿尔瓦雷斯透镜变焦镜组，再经过定焦镜头组进行成像质量矫正后进入中波红外探测器；中波红外探测器将中波信号转变为电压信号后传输到数据采集系统。本实施例中，阿尔瓦雷斯镜组5-1相当于一个正透镜，阿尔瓦雷斯镜组5-2相当于一个负透镜，每个阿尔瓦雷斯元件都精确对齐、定向并安装到金属框架中。框架充当滑块，可沿导轨平稳移动。每个阿尔瓦雷斯元件可以与框架一起沿着导轨精确移动。通过上述配置，可以保证在缩放过程中保持图像平面在同一位置。
25.长波红外偏振成像组如图4所示，包括依次排列的准直镜组6-1、偏振分光棱镜6-2，成像镜组6-3和长波红外探测器6-4；经过第二二色分光镜折射的长波红外光线经过准直镜组进行像差矫正，再经过偏振分光棱镜后到达成像镜组，成像镜组将偏振光会聚在长波红外探测器上，由长波红外探测器接收成像；长波红外探测器将长波信号转变为电压信号后传输到数据采集系统。本实施例中，偏振分光棱镜6-2选择双渥拉斯顿棱镜的组合方式，渥拉斯顿棱镜的底角为30
°
，能够同时实现对称分光和增大分光角度，可更好地实现实时偏振成像。
26.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。