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机载红外与合成孔径雷达共孔径天线设计

吴文达 张葆 洪永丰 张玉鑫

吴文达, 张葆, 洪永丰, 张玉鑫. 机载红外与合成孔径雷达共孔径天线设计[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(3): 595-604. doi: 10.3788/CO.2019-0160
引用本文: 吴文达, 张葆, 洪永丰, 张玉鑫. 机载红外与合成孔径雷达共孔径天线设计[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(3): 595-604. doi: 10.3788/CO.2019-0160
WU Wen-da, ZHANG Bao, HONG Yong-feng, ZHANG Yu-xin. Design of co-aperture antenna for airborne infrared and synthetic aperture radar[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 595-604. doi: 10.3788/CO.2019-0160
Citation: WU Wen-da, ZHANG Bao, HONG Yong-feng, ZHANG Yu-xin. Design of co-aperture antenna for airborne infrared and synthetic aperture radar[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 595-604. doi: 10.3788/CO.2019-0160

机载红外与合成孔径雷达共孔径天线设计

doi: 10.3788/CO.2019-0160
基金项目: 国家自然基金-青年科学基金项目(No.61705225)
详细信息
    作者简介:

    吴文达(1995—),男,浙江义乌人,硕士研究生,2017年于浙江大学取得学士学位,主要从事光学系统设计方面的研究。E-mail:wuwenda17@mails.ucas.edu.cn

    张 葆(1966—),男,吉林磐石人,博士,研究员,博士生导师,1994年、2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所分别获得硕士、博士学位,主要从事航空光电成像技术的研究。E-mail:cleresky@vip.sina.com

    通讯作者:

    张葆(1966—),男,吉林磐石人,博士,研究员,博士生导师,1994年、2004年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所分别获得学士、硕士、博士学位,主要从事航空光电成像技术的研究。E-mail:cleresky@vip.sina.com

  • 中图分类号: TN21;TN827

Design of co-aperture antenna for airborne infrared and synthetic aperture radar

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (Grant No.61705225)
More Information
  • 摘要: 为了满足军事探测环境下复杂、多样化的探测需求,机载探测平台往往集成多个探测系统。共孔径复合作为一种理想的集成方式,在综合各类探测系统优势的基础上,缩减了系统的总体积,减轻了平台负担。本文计算并设计了一种卡塞格林式红外与合成孔径雷达共孔径天线。首先,根据合成孔径雷达指标设计主镜;接着,通过像差系数与非球面参数组成的方程组求解卡塞格林结构;然后,在前端卡塞格林结构、冷阑参数和红外光学系统指标的限制下,利用PW形式的像差公式计算透镜的具体结构。最终得到的雷达天线口径为1.22 m,增益为40.9 dB,红外光学系统焦距为−1 000 mm,全视场角为0.704°,次镜遮拦比小于0.33,在33 lp/mm处各温度区间MTF值大于0.4。所设计共孔径天线的各项指标均满足使用要求。

     

  • 图 1  前馈源卡塞格林式共孔径结构

    Figure 1.  Feedforward Cassegrain-type common aperture structure

    图 2  SAR工作示意图

    Figure 2.  SAR working diagram

    图 3  光阑匹配示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of aperture matching

    图 4  天线E面功率辐射方向图

    Figure 4.  Power radiation pattern of antenna E plane

    图 5  红外光学系统结构示意图

    Figure 5.  Structure diagram of infrared optical system

    图 6  不同温度下MTF曲线

    Figure 6.  MTFs at different temperatures

    图 7  点列图与畸变曲线

    Figure 7.  Spot diagram and distortion diagram

    图 8  冷阑面光线投影

    Figure 8.  Footprint diagram of stop

    表  1  SAR指标

    Table  1.   Parameters of SAR

    参数
    高度/km20
    方位向分辨率/m≤1
    距离向分辨率/m≤1
    入射角范围/º10~60
    观测带宽度/m470~1 840
    带宽/MHz200
    增益/dB40
    频率/GHz(波长/mm)10(30)
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    表  2  红外光学系统指标

    Table  2.   Parameters of infrared optical system

    参数
    波长/μm3~5
    焦距/mm1 000
    探测器分辨率640×512
    像元尺寸/μm15×15
    视场角/º0.55×0.44
    F#3
    地面像元分辨率/m0.3
    环境温度/℃−55~70
    下载: 导出CSV

    表  3  冷反射分析结果

    Table  3.   Analysis results of cold reflection

    面序号YNII/Ibar像面接收能量比像面光斑半径/mm
    1−28.013.280.042 3%18.17
    2−28.013.290.042 3%18.25
    322.772.830.063 0%17.98
    411.072.810.211%18.88
    5−1.922.477.32%11.60
    6−6.841.270.614%7.72
    7−6.841.270.605%7.64
    81.930.664.20%6.57
    9−4.751.611.23%9.38
    10−1.109.0322.0%18.38
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-26
  • 修回日期:  2019-08-13
  • 刊出日期:  2020-06-01

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