[发明专利]一种红外、激光、毫米波共口径三模导引头光学系统

说明书

本发明属于光学技术领域，公开了一种红外、激光、毫米波共口径三模导引头光学系统。该系统由头罩、主镜、次镜、馈源、波导、毫米波收发模块、红外通道、激光通道等组成。头罩和次镜均为等厚设计，其厚度值经过优化计算，保证对毫米波具有最低的损耗。次镜镀宽光谱介质反射膜，将红外、激光反射，毫米波透射。主镜采用铝合金，其反射面为抛物面。毫米波馈源位于次镜和头罩之间，毫米波收发模块位于主镜后端，通过四根波导与馈源相连接。红外通道和激光通道位于主镜后端。本发明次镜处仅有毫米波馈源减小了负载，能够有效提升系统成像质量的稳定性。

技术领域

本发明属于光学系统技术领域，涉及一种红外、激光、毫米波共口径三模导引头光学系统。

背景技术

越来越多的导引头采用多模复合的制导方式，如红外激光，可见光激光、红外可见光、红外激光毫米波等等。多模复合导引头能够综合利用不同波段探测的优势，提高精确制导武器的打击精度和战场生存能力。

毫米波能够穿透烟雾、沙尘等，但易受电磁干扰；而红外成像制导不易干扰，但云雾、烟尘对红外有较强的吸收与衰减，使红外作用距离减小；激光制导是目前制导武器中精度较高的方式，但半主动工作方式需要主动照射配合，且抗干扰及云雾烟尘能力不强。因此，将以上三种制导方式相结合，能够相互弥补各自的不足，适应复杂战场的电磁环境和作战方式，提高武器系统的制导精度。

多模导引头的结构形式可以分为分口径模式和共口径模式，传统雷达光学复合头多采用分口径设计。随着复合制导数量的增加，以及头罩技术的发展，为了节省空间多模导引头普遍为共口径设计，并且为了适应毫米波特点，均采用折反式结构，即采用抛物面主镜，使毫米波汇聚到主镜焦点处。同时，激光、红外也能够通过主镜反射，避免了透射式宽光谱色差。

毫米波透射光学材料时存在损耗，所以设计时尽量使毫米波较少的透射光学元件，通常位于主镜焦面的处。而红外通道对成像质量有一定的要求，需要多个透镜对像差进行校正，通常位于次镜之后。而激光只接受能量，保证光斑均匀即可，因此，激光接收的位置决定了三模导引头整体的布局方案。

美国专利US 6606666将主反射镜分区域，设置不同的曲率，用于分离不同波段。主镜内环为抛物面，毫米波和红外经过主反射镜反射后，在次镜处分光，毫米波直接透过次镜在主镜焦点处汇聚，而红外则经过次镜反射后，通过红外中继透镜组后成像。激光则通过主镜外环不同曲率区域反射后，到达头罩与毫米波模块之间的激光透镜组，最后汇聚成光斑。这种光路形式可有效的压缩系统的总体长度，但是，主镜分区域对加工、检测带来难题。同时，次镜处包含毫米波馈源、激光透镜组和四象限探测器模块，使得负载较重，给伺服控制系统带来难题；长期存储、使用过程中极易使得次镜发生位移，影响成像质量。

美国专利US 6924772主反射镜没有划分不同区域，其激光和毫米波位于次镜与头罩之间，激光通道选用特殊的棱镜和光波导器件将光斑划分为四个区域导出到径向，毫米波则穿过激光组件在主镜焦面处汇聚。该方案需要特殊的激光传输器件，存在很大的遮拦，影响系统的能量利用效率。

美国专利US 8829404光路相对简单，红外和毫米波共口径设计，采用卡式结构，激光接收设置单独的通道，位于次镜和头罩之间。该方案限制了激光通道的口径，难以保证激光接收的能量，影响激光导引能力。

可以看出现有的红外/激光/毫米波三模导引头，都是将激光接收、毫米波收发位于次镜与头罩之间，红外接收位于次镜之后。如果将红外、激光均置于次镜后端，仅毫米波位于次镜之前可以，有效减轻次镜处的负载，提升系统的稳定性、可靠性。红外和激光的分光方式则更加高效，而该方案的难点在于在有限的空间内，光学设计需要兼顾红外和激光的不同要求；在次反射镜处实现毫米波的透射，红外激光的反射，需要镀制宽光谱介质膜。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种红外、激光、毫米波共口径三模导引头光学系统，在有限的空间内，减轻次镜处的负载，提升系统成像质量的稳定性。