单光子激光与中波红外共口径探测光学系统

吴洪波; 张新; 王灵杰; 闫磊; 史广维

doi:10.37188/OPE.20212906.1260

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单光子激光与中波红外共口径探测光学系统

光电对抗技术 | 更新时间：2026-09-12

- 单光子激光与中波红外共口径探测光学系统
- Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared
- 光学精密工程 2021年29卷第6期页码：1260-1269
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  吴洪波（1970-），男，黑龙江绥化人，博士研究生，助理研究员，2011年、2013年于北京理工大学分别获得学士和硕士学位，主要从事红外光学系统设计研究。E-mail：wuhongbo@ciomp.ac.cn
  张　新（1968-），男，吉林省吉林市人，博士，研究员，博士生导师，1991年于清华大学获得学士学位，2005年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事光学系统设计、矢量像差理论和自由曲面技术等方面的研究。E-mail：optlab@ciomp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年基金资助项目(62005271)
- DOI：10.37188/OPE.20212906.1260
  中图分类号： O439;TH745
- 收稿：2020-12-31，
  
  修回：2021-02-25，
  
  纸质出版：2021-06-15
- 稿件说明：
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吴洪波,张新,王灵杰等.单光子激光与中波红外共口径探测光学系统[J].光学精密工程,2021,29(06):1260-1269.

WU Hong-bo,ZHANG Xin,WANG Ling-jie,et al.Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1260-1269.
吴洪波,张新,王灵杰等.单光子激光与中波红外共口径探测光学系统[J].光学精密工程,2021,29(06):1260-1269. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1260.

WU Hong-bo,ZHANG Xin,WANG Ling-jie,et al.Common aperture optical system of single photon laser and medium wave infrared[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(06):1260-1269. DOI： 10.37188/OPE.20212906.1260.

摘要

为了实现对远距离民航飞机目标的探测、跟踪和测距，设计并研制了一套单光子激光与中波红外共口径探测光学系统。阐述了激光/红外共口径探测系统的工作原理和单光子激光测距原理，对目标辐射特性、系统作用距离及口径等进行了分析。采用R-C光学系统型式，通过次镜进行分色，实现激光和中波红外双波段光学系统的汇聚光路分色设计。在单光子激光光路中设置小孔光阑，通过仿真分析验证了小孔光阑的杂光抑制能力。通过高精度装调和视轴标定，激光/红外共口径探测系统具备良好的成像质量，中波光路实测调制传递函数达0.28（@20 lp/mm）。利用原理样机完成了对民航飞机的外场探测实验，实验结果表明，该系统可实现对远距离民航飞机的有效探测和跟踪，探测距离达225 km以上，可满足航空、航天及地面探测领域对远距离目标的预警探测和测距需求。

Abstract

A medium-wave-infrared （MWIR） and single-photon-laser common-aperture optical system was developed to realize target detection， tracking， and ranging of long-distance civilian aviation aircraft. In this study， the working principle of the laser/infrared common-aperture system was presented， and the target radiation characteristics， system operating range， and size of the aperture were analyzed. An R-C optical system with a dichroic lens as a secondary mirror was used to realize the dichroic design of the common-aperture system. A small aperture was set in the path of the single-photon laser， and the stray light suppression of the aperture was verified by modeling and simulation. High-precision assembly and line-of-sight calibration revealed that the laser/MWIR common-aperture optical system exhibited high-quality imaging. The modulation transfer function of the laser/MWIR optical system was measured to be 0.28（@20lp/mm. The prototype was used to detect and track a civilian aviation aircraft， and the results of the experiment revealed that the range of the common-aperture system exceeded 225 km. The proposed device can satisfy the application requirements for early warning and ranging of long-distance targets in aviation， aerospace， and ground detection.

关键词

Keywords

references

ZHANG L Z ， LAI J J ， HUANG Y . Design of visible/long-wave infrared dual-band imaging optical system ［C］. Advanced Optical Design and Manufacturing Technology and Astronomical Telescopes and Instrumentation . Beijing， China. SPIE ， 2016 ， 1015 ： 101540V .

MA Z P ， WANG H ， SHEN Y ， et al . Design of visible light / LWIR dual-band common aperture imaging optical system ［C］. Proc SPIE 11341 ， AOPC 2019： Space Optics ， Telescopes ， and Instrumentation ， 2019 ， 1134 ： 113410I .

陈国强，秦晓科，李莹柯，等 . 红外/激光/毫米波共孔径光学系统设计［J］. 电光与控制， 2020 ， 27 （ 4 ）： 98 - 102 .

CHEN G Q ， QIN X K ， LI Y K ， et al . Optical design of an IR/SAL/MMW system with common aperture ［J］. Electronics Optics & Control ， 2020 ， 27 （ 4 ）： 98 - 102 . （in Chinese）

胡伟伟，李永亮，顾小琨，等 . 远程激光测距技术及其进展［J］. 激光与红外， 2019 ， 49 （ 3 ）： 273 - 281 .

HU W W ， LI Y L ， GU X K ， et al . Remote laser ranging technology and its development ［J］. Laser & Infrared ， 2019 ， 49 （ 3 ）： 273 - 281 . （in Chinese）

宋盛 . 红外与激光双模复合探测关键技术研究［D］. 上海：中国科学院上海技术物理研究所， 2017 .

SONG SH . Research on Key Technologies of Infrared and Laser Dual-mode Compound Detection ［D］. Shanghai ： Shanghai Institute of Technical Physics ， Chinese Academy of Sciences ， 2017 . （in Chinese）

王哲 . 激光与红外复合探测技术研究［D］. 西安：西安工业大学， 2013 .

WANG ZH . The Research of the Laser Scanning and Infrared Compound Detection ［D］. Xi'an ： Xi'an Technological University ， 2013 . （in Chinese）

丛海佳 . 大视场高分辨率红外/激光复合光学系统设计［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2013 .

CONG H J . Complex Optical System Design for Infrared/Laser with Large Field of View and High Resolution ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2013 . （in Chinese）

王锐 . 激光红外主被动复合导引系统［J］. 中国光学， 2013 ， 6 （ 4 ）： 536 - 543 .

WANG R . Compound guided system with active laser imaging and passive infrared imaging ［J］. Chinese Optics ， 2013 ， 6 （ 4 ）： 536 - 543 . （in Chinese）

LIU X ， CHANG J ， FENG S ， et al . Optical design of common-aperture multispectral and polarization optical imaging system with wide field of view ［J］. Chinese Physics B ， 2019 ， 28 （ 8 ）： 084201 .

李艳杰，金光，张元，等 . 成像与激光发射系统的共口径设计与实验［J］. 中国光学， 2015 ， 8 （ 2 ）： 220 - 226 .

LI Y J ， JIN G ， ZHANG Y ， et al . Co-aperture optical system for imaging and laser transmitting ［J］. Chinese Optics ， 2015 ， 8 （ 2 ）： 220 - 226 . （in Chinese）

尹娜，张运强 . 激光主动/红外共口径复合成像光学系统设计［J］. 红外技术， 2016 ， 38 （ 1 ）： 77 - 80 .

YIN N ， ZHANG Y Q . Design of an active laser/infrared common aperture compound imaging optical system ［J］. Infrared Technology ， 2016 ， 38 （ 1 ）： 77 - 80 . （in Chinese）

张洪伟，丁亚林，马迎军，等 . 红外双波段双视场成像告警系统设计［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1283 - 1294 .

ZHANG H W ， DING Y L ， MA Y J ， et al . Design of infrared dual-band/dual-FOV imaging early warning system ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1283 - 1294 . （in Chinese）

罗远，贺岩，耿立明，等 . 基于光子计数技术的远程测距激光雷达［J］. 中国激光， 2016 ， 43 （ 5 ）： 0514001 .

LUO Y ， HE Y ， GENG L M ， et al . Long-distance laser ranging lidar based on photon counting technology ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2016 ， 43 （ 5 ）： 0514001 . （in Chinese）

潘世光 . 基于光子计数的远程激光测距技术研究［D］. 上海：东华大学， 2020 .

PAN SH G . Research on Remote Laser Ranging Based on Photon Counting ［D］. Shanghai ： Donghua University ， 2020 . （in Chinese）

柴世杰，童中翔，李建勋，等 . 典型飞机红外辐射特性及探测仿真研究［J］. 火力与指挥控制， 2014 ， 39 （ 8 ）： 26 - 29， 33 .

CHAI SH J ， TONG ZH X ， LI J X ， et al . Infrared radiation characteristics and detection of stealth aeroplane ［J］. Fire Control & Command Control ， 2014 ， 39 （ 8 ）： 26 - 29， 33 . （in Chinese）

王超哲，童中翔，芦艳龙，等 . 飞机红外辐射特性及其探测技术研究［J］. 激光与红外， 2011 ， 41 （ 9 ）： 996 - 1001 .

WANG CH ZH ， TONG ZH X ， LU Y L ， et al . Study on the airplane's infrared radiation characteristics ［J］. Laser & Infrared ， 2011 ， 41 （ 9 ）： 996 - 1001 . （in Chinese）

康丽珠，赵劲松，李振华，等 . 飞机目标红外辐射特性研究现状概述［J］. 红外技术， 2017 ， 39 （ 2 ）： 105 - 115， 124 .

KANG L ZH ， ZHAO J S ， LI ZH H ， et al . The overview of the research work developments on infrared signature of aircrafts ［J］. Infrared Technology ， 2017 ， 39 （ 2 ）： 105 - 115， 124 . （in Chinese）

王卫杰，黄俭，袁光福，等 . 空基红外系统作用距离建模及应用分析［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1295 - 1302 .

WANG W J ， HUANG J ， YUAN G F ， et al . Modeling and application analysis of operating range of air-based infrared system ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 6 ）： 1295 - 1302 . （in Chinese）

周晓斌，孙浩，原琦，等 . 一种折反式红外/激光复合导引头光学系统设计［J］. 应用光学， 2019 ， 40 （ 6 ）： 987 - 992 .

ZHOU X B ， SUN H ， YUAN Q ， et al . Design of catadioptric infrared/laser compound seeker optical system ［J］. Journal of Applied Optics ， 2019 ， 40 （ 6 ）： 987 - 992 . （in Chinese）

吕博，刘伟奇，董得义 . 同轴大压缩比大相对孔径相机的光学系统设计［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 8 ）： 1651 - 1660 .

LÜ B ， LIU W Q ， DONG D Y . Optical system design for coaxial camera with large compression and large relative aperture ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2020 ， 28 （ 8 ）： 1651 - 1660 . （in Chinese）

JEONG D ， LEE J H ， JEONG H ， et al . Infrared dual-field-of-view optical system design with electro-optic/laser common-aperture optics ［J］. Current Optics and Photonics ， 2018 ， 2 （ 3 ）： 241 - 249 .

项建胜，潘国庆，孟卫华 . 一种激光与红外复合光学系统设计［J］. 激光与红外， 2018 ， 48 （ 1 ）： 104 - 108 .

XIANG J SH ， PAN G Q ， MENG W H . Design of laser and infrared compound optical system ［J］. Laser & Infrared ， 2018 ， 48 （ 1 ）： 104 - 108 . （in Chinese）

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