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红外目标模拟系统是一种用来评价红外导引头探测制导性能的经济、高效的解决方案,它使用景象生成器件生成红外动态图像,通过模拟系统的投影结构真实地模拟导引头对红外目标/背景的探测过程。数字微镜(DMD)芯片由于具有高分辨率、高帧频、高灰度等级、均匀性好等优点,目前已成为目标模拟系统最常用的景象生成器件之一。本文对基于DMD的红外目标模拟系统进行研究,完成了4.3～4.8μm波段光学系统的设计工作。首先,本文对国内外目标模拟系统的研制现状进行调研,对不同的景象生成器件的特点以及优势进行分析,选用DMD作为目标生成器件并对DMD的结构和工作原理等进行分析,确定目标模拟器的整体系统组成结构及各组结构之间的关系。通过对关键元件和技术的分析,论证光学系统整体设计方案和设计指标。其次,对光学系统关键结构进行分析和计算。详细阐述内全反射(TIR)分光棱镜在分系统耦合中的作用,通过反向光线追迹计算TIR分光棱镜的结构参数,并选择硫化锌材料进行TIR分光棱镜的结构设计。分析确定照明系统和投影系统的外部参数,采用临界式照明结构,利用Zemax软件辅助优化完成包含TIR棱镜的照明系统光学设计。基于已有的投影系统初始结构对投影系统进行反向设计,通过对初始结构的改进,实现投影系统的远心结构设计；通过Zemax软件的辅助优化设计得到系统指标和成像质量均满足要求的投影光学系统。再次,对本文设计的光学系统进行分析和评价。使用Zemax软件对照明光路中出射的“开”态和“关”态光路进行仿真分析,验证TIR分光棱镜的设计结果；通过TracePro软件对DMD表面的照明均匀度进行分析和计算,对照明系统进行评价。从传函、点列图和畸变等指标对投影系统的成像质量进行评价；用蒙特卡洛方法对投影系统进行公差分析,通过模拟的实际传函对系统稳健性进行评价。最后对目标模拟器整体光学系统进行建模分析。包括光学系统整体辐射透过率的计算和黑体工作温度的计算；利用TracePro软件对整体光学系统建模进行杂散辐射分析、鬼像分析和自发辐射分析。分析过程中使用Zemax软件鬼像分析、TracePro软件反向光线追迹等功能简化杂散辐射模型,提高分析效率。最终分析结果表明本文目标模拟器光学系统杂散辐射控制良好,满足使用需求。