航空光学工程电子书

内容简介

前言

第1章 绪论

1.1 航空飞行系统

1.2 航空火力控制系统

1.2.1 航空火力控制系统的主要任务和基本要求

1.2.2 航空火力控制系统的基本组成

1.2.3 航空火力控制系统的发展

1.3 航空光学工程

1.3.1 光电成像技术基本类型

1.3.2 光电成像技术的未来

参考文献

第2章 光学成像基本理论

2.1 概述

2.2 几何光学成像的基本概念

2.2.1 光线的折射和反射

2.2.2 光学元件

2.2.3 光学系统的基点

2.2.4 几何作图法确定光学系统的理想像

2.2.5 理想光学系统的物像关系

2.2.6 无限远物体对应的像高

2.2.7 薄透镜和厚透镜

2.2.8 理想光学系统的组合

2.3 望远镜系统

2.3.1 基本结构

2.3.2 光学系统性能

2.4 望远物镜系统

2.4.1 反射式望远物镜

2.4.1.1 共轴反射式望远物镜

2.4.1.2 离轴反射式望远物镜

2.4.1.3 反射镜结构参数的考虑

2.4.2 折射/反射式望远物镜

2.4.2.1 基本形式

2.4.2.2 设计实例

2.4.3 折射式望远物镜

2.4.3.1 库克望远物镜

2.4.3.2 天塞望远物镜和海利亚望远物镜

2.4.3.3 双高斯望远物镜

2.4.3.4 摄远物镜和反摄远物镜

2.5 变焦望远物镜光学系统

2.5.1 变焦望远物镜光学系统的发展

2.5.2 变焦望远物镜光学系统类型

2.5.2.1 径向变焦望远物镜光学系统

2.5.2.2 轴向变焦望远物镜光学系统

2.5.3 双视场柔性切换成像系统

2.6 目镜光学系统

2.6.1 目镜主要特点

2.6.2 目镜基本类型

2.6.2.1 冉斯登目镜和惠更斯目镜

2.6.2.2 凯尔纳目镜和对称目镜

2.6.3 目镜复杂化

2.6.4 一种特殊的类目镜系统——平视瞄准/显示光学系统

参考文献

第3章 现代光学设计技术

3.1 全息光学成像技术

3.1.1 基本概念

3.1.2 全息光学元件

3.1.2.1 点源全息技术

3.1.2.2 全息光学元件的基本性质

3.1.3 等效透镜设计模型

3.1.4 连续透镜记录技术

3.1.5 全息光学元件的记录技术

3.2 二元光学成像技术

3.2.1 普通型二元衍射透镜

3.2.1.1 二元光学元件的特性

3.2.1.2 典型的设计实例（折衍混合光学系统）

3.2.2 谐衍射型二元光学透镜

3.2.2.1 二元光学谐衍射单透镜

3.2.2.2 双层谐衍射透镜

3.2.3 二元光学元件的制造工艺

3.3 光学波导技术

3.3.1 全息光学波导技术的发展

3.3.2 全息光学波导技术的基本原理

3.3.3 耦合输入/输出元件的类型

3.3.3.1 “半透射/半反射”阵列式几何光学波导技术

3.3.3.2 “表面浮雕光栅”式二元光学波导技术

3.3.3.3 “体全息光栅”式衍射光学波导技术

3.3.4 双色波导显示技术

3.3.5 光波导式平视瞄准/显示系统

3.4 微米和纳米光学技术

3.4.1 微机电系统

3.4.2 微光学系统

3.4.2.1 平面基底型微光学透镜阵列

3.4.2.2 曲面基底型微光学透镜阵列

3.4.3 微光机电系统

3.4.4 微米和纳米透镜制造技术

3.5 编码孔径成像技术

3.5.1 无透镜波前编码成像技术

3.5.2 透镜型混合编码成像技术

3.6 偏振成像技术

3.6.1 偏振成像的基本原理

3.6.2 偏振成像技术的发展

3.6.2.1 国外偏振成像技术的发展

3.6.2.2 国内偏振成像技术的发展

3.6.3 偏振光成像技术的主要类型

3.6.3.1 分时型偏振成像技术

3.6.3.2 同时型偏振成像技术

3.6.3.3 基于光谱调制的偏振成像技术

3.7 光谱成像技术

3.7.1 基本概念

3.7.2 光谱成像技术基本原理和类型

3.7.2.1 扫描式光谱成像技术

3.7.2.2 快照式光谱成像技术

3.7.2.3 计算光谱成像技术

参考文献

第4章 光电探测器和图像源

4.1 眼睛

4.1.1 眼睛的基本结构和相关参数

4.1.2 简约眼模型

4.1.3 瞳孔直径与物体亮度

4.1.4 眼睛的视轴和视场

4.1.5 眼睛分辨本领

4.1.6 眼睛的视觉局限性

4.2 可见光图像接收器

4.2.1 航空照相胶片

4.2.2 光电成像器件

4.2.2.1 电真空成像器件

4.2.2.2 固体摄像器件

4.3 微光像增强器

4.3.1 微光像增强器的基本组成

4.3.2 微光像增强器的基本性能

4.3.3 微光像增强器的基本类型

4.3.3.1 主动式微光夜视像增强器

4.3.3.2 被动式微光夜视像增强器

4.4 红外探测器

4.4.1 红外探测器的发展

4.4.2 基本技术要求和性能参数

4.4.2.1 响应率

4.4.2.2 噪声等效功率

4.4.2.3 探测率

4.4.2.4 光谱响应

4.4.2.5 响应时间

4.4.2.6 分辨率

4.4.2.7 噪声等效温差

4.4.2.8 最小可分辨温差

4.4.2.9 背景辐射限性能

4.4.3 红外探测器类型

4.4.3.1 热敏红外探测器

4.4.3.2 光子红外探测器

4.4.3.3 双色/多色红外焦平面阵列探测器

4.5 紫外探测器

4.6 平视（头盔）瞄准/显示系统的图像源

4.6.1 阴极射线管

4.6.2 液晶显示图像源

4.6.2.1 有源矩阵液晶显示器

4.6.2.2 硅基液晶显示器

4.6.2.3 硅基铁电液晶显示器

4.6.2.4 有机发光二极管显示器

4.6.3 数字微镜装置

4.6.4 航电系统的全景投影显示器

参考文献

第5章 平视瞄准/显示技术

5.1 概述

5.1.1 平视瞄准/显示技术的发展

5.1.2 军用平视瞄准/显示技术

5.1.3 民用平视显示技术

5.2 光学瞄准具

5.3 平视瞄准/显示系统

5.3.1 平视瞄准/显示系统基本组成

5.3.1.1 驾驶员显示组件

5.3.1.2 电子组件

5.3.1.3 控制面板

5.3.2 平视瞄准/显示系统的工作原理

5.4 平视瞄准/显示系统技术要求

5.4.1 光学系统峰值波长

5.4.2 飞行员眼点位置

5.4.3 飞行员眼睛活动范围

5.4.4 显示视场

5.4.4.1 总视场

5.4.4.2 瞬时视场

5.4.4.3 安装方式对视场的影响

5.4.5 光学系统通光孔径和焦距

5.4.6 组合玻璃

5.4.7 显示精度

5.4.8 视差

5.4.8.1 光学像差造成的视差

5.4.8.2 图像源显示表面面形误差造成的视差

5.4.8.3 离焦造成的视差

5.4.8.4 综合视差

5.4.9 显示字符的基本要求

5.4.9.1 显示字符颜色

5.4.9.2 显示字符亮度

5.4.9.3 字符对比度/对比率/调制对比度

5.4.9.4 显示字符线宽

5.4.9.5 副像亮度

5.4.10 视频图像的质量要求

5.4.11 光学系统畸变

5.4.12 备用光学系统

5.4.13 舱盖/风挡玻璃的影响

5.4.13.1 风挡玻璃的光学功能

5.4.13.2 风挡玻璃的材料和结构形状

5.4.13.3 风挡玻璃影响光学成像质量的主要因素

5.5 普通折射型平视瞄准/显示系统

5.5.1 常规型平视瞄准/显示系统

5.5.2 光栅式平视瞄准/显示系统

5.6 衍射光学平视瞄准/显示系统

5.6.1 单片型衍射光学平视瞄准/显示系统

5.6.2 双片型衍射光学平视瞄准/显示系统

5.6.3 低畸变衍射光学平视瞄准/显示系统

5.6.3.1 混合记录方式制造全息组合玻璃

5.6.3.2 双全息元件型低畸变衍射光学系统

5.6.4 三元件组合型衍射光学平视瞄准/显示系统

5.6.5 皱褶负滤光片组合玻璃型平视瞄准/显示系统

5.7 光波导平视瞄准/显示系统

5.7.1 衍射光波导瞄准/显示光学系统

5.7.2 阵列光波导瞄准/显示系统

5.8 民用航空平视显示器

5.8.1 概述

5.8.2 全息平视显示器

5.8.2.1 基本组成

5.8.2.2 基本性能

5.9 与平视显示装置相组合的视景系统

5.9.1 视景增强系统（EVS）和平视显示装置（HUD）的组合

5.9.1.1 视景增强系统（EVS）

5.9.1.2 增强飞行视景系统（EFVS）

5.9.2 增强飞行视景系统（EFVS）与合成视景系统（SVS）的组合

5.9.2.1 合成视景系统（SVS）

5.9.2.2 组合视景系统（CVS）

5.10 平视瞄准/显示系统的发展

参考文献

第6章 头盔瞄准/显示技术

6.1 概述

6.1.1 机载头盔瞄准具

6.1.2 机载头盔显示器

6.1.3 机载头盔综合瞄准/显示系统

6.1.3.1 普通型头盔综合瞄准/显示系统

6.1.3.2 光学波导式综合头盔瞄准/显示系统

6.1.3.3 高级头盔视觉系统

6.1.3.4 彩色头盔指引系统

6.1.3.5 立体式头盔瞄准/显示系统

6.2 机载头盔瞄准/显示系统的基本组成

6.2.1 头盔显示组件

6.2.2 头盔定位组件

6.2.2.1 机电式跟踪定位技术

6.2.2.2 超声波跟踪定位技术

6.2.2.3 电磁式跟踪定位技术

6.2.2.4 光电式跟踪定位技术

6.2.2.5 光学-惯性跟踪定位技术

6.2.2.6 眼动跟踪定位技术

6.2.3 头盔壳体组件

6.2.4 电子组件和控制组件

6.3 头盔瞄准/显示系统的技术要求

6.3.1 小型化图像源

6.3.2 头盔瞄准/显示系统的视场

6.3.3 头部活动范围

6.3.4 头盔瞄准/显示系统的分辨率

6.3.4.1 光学系统的分辨率定义与判断准则

6.3.4.2 光学系统的分辨率与像差的关系

6.3.5 光学传递函数

6.3.6 出瞳直径和出瞳距离

6.3.7 显示亮度/对比率/亮度均匀性

6.3.8 光学系统透射率

6.3.9 瞄准线测量精度

6.3.10 畸变

6.3.11 视差

6.3.12 对显示符号和信息的基本要求

6.3.13 重量

6.3.14 其它要求

6.4 光学系统

6.4.1 单目头盔瞄准/显示系统

6.4.2 双目头盔瞄准/显示系统

6.4.3 光学系统设计技术

6.4.3.1 透射式光学系统

6.4.3.2 反射式光学系统

6.4.3.3 折射/反射式光学系统

6.4.3.4 护目镜组合玻璃式光学系统

6.4.4 自由曲面组合玻璃型光学系统

6.4.5 光学全息头盔瞄准/显示系统

6.4.5.1 平面光学全息型头盔瞄准/显示光学系统

6.4.5.2 平板光学波导式头盔瞄准/显示系统

6.4.6 视网膜式头盔瞄准/显示系统

6.5 未来的头盔瞄准/显示技术

参考文献

第7章 电视摄像技术

7.1 概述

7.1.1 机载侦察监视系统基本类型

7.1.1.1 有人/无人驾驶侦察机监视系统

7.1.1.2 微波雷达/电子/光学侦察监视设备

7.1.1.3 低空/中空/高空光学侦察设备

7.1.1.4 可见光航空侦察相机

7.1.2 机载侦察监视系统的技术要求

7.2 机载电视摄像系统

7.2.1 胶片型机载电视摄像系统

7.2.2 CCD/CMOS型电视摄像系统

7.2.2.1 CCD相机和胶片型相机兼容技术

7.2.2.2 线阵CCD探测器和扫描成像技术

7.2.2.3 面阵CCD分幅式航空侦察技术

7.2.2.4 双波段航空侦察技术

7.3 光学系统

7.3.1 折射式光学系统

7.3.2 折反式光学系统

7.3.3 双波段光学系统

7.4 振动控制技术

7.5 像移补偿技术

7.6 自动调焦技术

7.7 CCD航空侦察系统的最小焦距

7.8 光能量控制技术

7.9 图像拼接技术

7.10 机载摄录像系统

7.10.1 航空照相枪

7.10.2 机载视频摄录像系统

参考文献

第8章 夜视技术

8.1 概述

8.1.1 夜视技术类型

8.1.2 夜视技术的典型应用

8.2 微光夜视技术

8.2.1 概述

8.2.2 微光夜视技术的发展

8.2.3 微光夜视仪的基本类型

8.2.3.1 直视型微光夜视系统

8.2.3.2 电视型微光夜视系统

8.2.4 微光夜视仪的基本性能

8.2.4.1 技术性能

8.2.4.2 人的因素

8.2.4.3 适用性

8.2.4.4 总成本

8.2.5 直视型微光夜视仪光学系统

8.2.5.1 一体式机载微光夜视仪

8.2.5.2 分体式机载微光夜视仪

8.2.5.3 直视式机载微光夜视镜的改进

8.2.5.4 微光物镜

8.2.5.5 典型案例

8.2.6 机载微光电视系统

8.3 红外夜视技术

8.3.1 红外主动夜视成像技术

8.3.2 短波红外被动夜视成像技术

8.3.3 红外昼夜成像技术

8.4 夜视集成技术

8.4.1 微光与CRT显示集成技术

8.4.2 微光/红外集成技术

8.4.3 综合集成夜视技术

参考文献

第9章 激光技术

9.1 概述

9.2 激光器

9.2.1 红宝石脉冲激光器

9.2.2 Nd：YAG脉冲激光器

9.2.3 CO2脉冲激光器

9.2.4 1.5μm波段人眼安全脉冲激光器

9.2.5 光参量振荡激光器

9.2.6 半导体激光器

9.2.7 光纤激光器

9.2.8 自由电子激光器

9.2.9 中波红外激光器

9.3 激光光束的基本性质

9.3.1 基模激光束束腰光斑半径

9.3.2 等相位面曲率中心和曲率半径

9.3.3 高斯光束的远场发散角

9.4 机载激光测距技术

9.4.1 概述

9.4.2 激光测距技术的发展

9.4.3 激光测距机的基本结构

9.4.3.1 激光测距机发射分系统

9.4.3.2 激光测距机接收分系统

9.4.4 机载脉冲激光测距机的典型案例

9.4.5 机载脉冲激光测距机的基本原理和性能

9.4.5.1 工作原理

9.4.5.2 到达目标表面的总光功率

9.4.5.3 被测目标表面的辐照度

9.4.5.4 测距系统接收到的回波光功率

9.4.5.5 最大可探测距离

9.4.5.6 机载激光测距机的典型技术性能

9.4.6 激光雷达技术

9.4.6.1 激光成像雷达的结构和工作原理

9.4.6.2 激光成像雷达的类型

9.4.6.3 机载激光成像雷达的应用

9.4.7 单光子激光测距机

9.5 机载水下目标探测技术

9.5.1 概述

9.5.2 水下目标探测技术分类

9.5.3 光束在海水中的传输特性

9.5.4 水下目标激光直接探测技术

9.5.4.1 水下目标激光直接探测技术的发展

9.5.4.2 水下目标激光直接探测系统的工作原理与系统组成

9.5.5 航空尾迹探潜技术

9.6 激光选通成像技术

9.6.1 概述

9.6.2 激光选通成像系统基本组成和工作原理

9.6.2.1 距离选通激光成像系统基本组成

9.6.2.2 工作原理

9.6.3 激光选通主动成像技术

9.7 多光谱激光照明成像技术

9.8 机载激光通信技术

9.8.1 机载激光通信技术的研制历程

9.8.2 机载激光通信系统的组成

9.8.2.1 基本组成

9.8.2.2 工作原理

9.8.3 机载激光通信光学系统

9.9 机载激光武器系统

9.9.1 机载激光武器的发展

9.9.2 机载激光武器的组成和工作原理

9.9.3 激光武器的类型

9.9.3.1 战略型机载激光武器技术

9.9.3.2 战术型机载激光武器技术

9.9.4 高能机载激光器

9.9.5 机载激光武器的特点分析

9.10 机载被动式激光防护技术

9.10.1 问题的提出

9.10.2 被动式机载激光防护技术的类型

参考文献

第10章 红外搜索跟踪技术

10.1 概述

10.1.1 红外成像技术类型

10.1.2 机载红外搜索跟踪技术

10.1.3 机载红外搜索跟踪技术的特点

10.2 机载红外搜索跟踪系统的发展过程

10.2.1 单元PbS红外探测技术

10.2.2 多元线阵列红外探测技术

10.2.3 凝视制冷型焦平面阵列红外探测技术

10.2.4 国内机载红外搜索跟踪技术的发展

10.3 红外搜索跟踪系统的基本技术要求

10.3.1 基本组成和工作原理

10.3.2 基本技术要求

10.3.2.1 静态性能

10.3.2.2 动态性能

10.4 目标辐射特性

10.4.1 空中目标

10.4.2 舰船目标

10.5 整流罩

10.5.1 整流罩的保护作用

10.5.2 整流罩的形状

10.5.3 整流罩的隐身技术

10.5.4 光学性能方面的考虑

10.5.5 整流罩的热性能

10.5.5.1 气动效应类型

10.5.5.2 热障效应抑制技术

10.6 红外光学系统

10.6.1 一次成像系统

10.6.1.1 单波段红外光学系统

10.6.1.2 双波段红外光学系统

10.6.2 二次成像系统

10.6.3 需要注意的具体问题

10.7 消热差技术

10.7.1 环境温度的影响

10.7.2 消热差技术类型

10.7.2.1 机械被动式消热差技术

10.7.2.2 机电主动式消热差技术

10.7.2.3 光学被动式消热差技术

10.7.2.4 波前编码消热差技术

10.8 红外探测器

10.9 光电分布式孔径系统

10.10 基于同心多尺度成像技术的机载光电探测系统

10.10.1 多尺度成像技术

10.10.2 同心多尺度成像技术

10.10.3 中波红外机载同心多尺度光学成像系统

10.11 IRST的未来发展

参考文献

第11章 综合跟踪瞄准技术

11.1 概述

11.1.1 机载导航吊舱

11.1.2 机载侦察吊舱

11.1.2.1 机载侦察吊舱分类

11.1.2.2 机载侦察吊舱的代表性产品

11.1.2.3 机载侦察吊舱的未来发展

11.1.3 机载光电瞄准吊舱

11.2 光电瞄准吊舱类型

11.2.1 固定翼作战飞机的光电瞄准吊舱

11.2.1.1 自动跟踪激光测照集成吊舱

11.2.1.2 红外低空导航和瞄准吊舱

11.2.1.3 激光/红外瞄准与导航吊舱

11.2.1.4 红外成像/激光照射吊舱

11.2.1.5 先进瞄准前视红外吊舱

11.2.1.6 Sniper-XR型先进瞄准吊舱

11.2.1.7 F-35 JSF型光电瞄准系统

11.2.1.8 国产机载光电瞄准吊舱

11.2.2 直升机光电瞄准吊舱

11.2.2.1 国外武装直升机光电吊舱

11.2.2.2 国外警用直升机光电吊舱

11.2.2.3 国内武装直升机光电吊舱

11.2.2.4 国内警用直升机光电吊舱

11.2.3 无人机光电吊舱

11.2.3.1 “全球鹰”无人机的EO/IR侦察吊舱

11.2.3.2 多光谱光电吊舱

11.2.3.3 轻型无人机的红外光学系统

11.3 光电瞄准吊舱的基本组成

11.3.1 基本结构

11.3.2 工作原理

11.4 光电瞄准吊舱的技术要求

11.4.1 基本要求

11.4.2 影响光电吊舱性能的主要因素

11.5 光电瞄准吊舱的光学系统

11.5.1 前视红外光学系统

11.5.1.1 概述

11.5.1.2 有效光谱范围的合理选择

11.5.1.3 变F数技术

11.5.1.4 二次成像技术

11.5.1.5 内部校靶技术

11.5.2 可见光电视/激光接收成像分系统

11.5.3 未来的发展

参考文献

第12章 光电告警与对抗技术

12.1 机载光电对抗技术的发展

12.2 机载光电告警技术

12.2.1 机载紫外告警技术

12.2.1.1 概略型紫外告警系统

12.2.1.2 成像型紫外告警系统

12.2.1.3 紫外告警光学系统

12.2.2 机载红外告警技术

12.2.3 机载激光告警技术

12.2.3.1 机载激光告警系统技术要求

12.2.3.2 机载激光告警系统的组成和分类

12.3 机载跟踪/瞄准技术

12.4 机载干扰技术

12.4.1 机外干扰技术

12.4.2 机上干扰技术

12.5 机载红外定向对抗技术

12.5.1 红外定向对抗系统的基本组成

12.5.2 红外定向对抗系统的工作模式

12.5.2.1 开环模式机载定向红外对抗系统

12.5.2.2 闭环模式机载定向红外对抗系统

12.5.3 机载对抗技术中的红外激光器

12.5.4 机载红外定向对抗系统的典型实例

12.6 机载综合对抗技术

参考文献

第13章 武器光学制导技术

13.1 概述

13.1.1 雷达波制导技术

13.1.2 光学制导技术

13.2 单模制导技术

13.2.1 可见光电视制导技术

13.2.2 激光制导技术

13.2.2.1 激光驾束制导技术

13.2.2.2 激光寻的制导技术

13.2.2.3 激光制导光学系统设计实例

13.2.3 红外制导技术

13.2.3.1 基本组成

13.2.3.2 红外制导探测技术的类型

13.2.3.3 红外制导空空导弹技术的发展

13.2.3.4 红外制导关键技术

13.2.3.5 红外制导光学系统

13.2.4 紫外制导技术

13.3 复合制导技术

13.3.1 双模式制导技术

13.3.1.1 激光/红外双模制导技术

13.3.1.2 可见近红外光/长波红外光双模制导技术

13.3.1.3 毫米波/红外成像双模制导技术

13.3.1.4 GPS/红外成像复合制导技术

13.3.2 三模光学制导技术

13.3.2.1 复合主镜型三模制导技术

13.3.2.2 三模光学波导型制导技术

13.3.2.3 综合型三模制导技术

13.4 机载制导技术的未来发展

参考文献

附录A 红外辐射在大气中的传输特性

参考文献

附录B 红外光学材料