全天候紅外測云裝置光機(jī)系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著測云技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外測云系統(tǒng)逐步取代可見光波段的測云系統(tǒng)，成為現(xiàn)今氣象領(lǐng)域的研究熱點。紅外測云系統(tǒng)受環(huán)境因素的影響小，可以在能見度低或透光性弱的天氣狀況下獲取云的紅外輻射信息，從而反演實時的云分布情況，實現(xiàn)云的全天候觀測。測云裝置工作在復(fù)雜的環(huán)境，縮小光學(xué)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的體積，進(jìn)行裝置光機(jī)一體化設(shè)計十分必要。因此，本文開展了全天候紅外測云裝置光機(jī)系統(tǒng)的綜合研究。
　　為了實現(xiàn)對云的遠(yuǎn)距離大范圍探測，本文設(shè)計了一套利用紅外全景成

2、像技術(shù)實現(xiàn)全天候觀測云量的光機(jī)系統(tǒng)。首先根據(jù)光線反射前后角度之間的線性關(guān)系推導(dǎo)了消畸變反射鏡面型計算公式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了折反式紅外全景光學(xué)系統(tǒng)。采用衍射面和非球面相結(jié)合的方式對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行消熱差設(shè)計，估算了系統(tǒng)的探測距離，并利用靈敏度和蒙特卡羅分析法對系統(tǒng)進(jìn)行了公差分析。其次設(shè)計了測云裝置的光機(jī)結(jié)構(gòu)，包括透鏡組結(jié)構(gòu)的設(shè)計;隔圈雙層狹縫式撓性結(jié)構(gòu)的設(shè)計;反射鏡輕量化結(jié)構(gòu)的設(shè)計;以及折射單元與反射鏡之間對稱三翼式支撐結(jié)構(gòu)的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3、最后利用有限元法對測云裝置光機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析和溫度適應(yīng)性分析，得出其固有頻率和振型以及在均勻溫度載荷下各光學(xué)元件的面型變形和應(yīng)力情況。
　　本文所設(shè)計的紅外測云裝置光機(jī)系統(tǒng)工作波段為8～12μm，探測距離為7km，一次拍攝可以獲取方位視場360°垂軸視場120°的場景信息，各視場范圍內(nèi)成像質(zhì)量良好。系統(tǒng)基頻大于20Hz，不易與外界環(huán)境發(fā)生共振。在溫度載荷作用下，鏡面變形量在公差要求的0.02mm范圍內(nèi)，產(chǎn)生的應(yīng)力小于各材料極限