近年来,对于军用直升机机载光电探测系统发展迅速。在满足良好成像性能的前提下,具有体积小、适用多谱段的光学系统成为研究热点。除了满足光学性能外,为了提高作战能力,降低由悬挂吊舱式光电探测系统飞行时带来的空气阻力,对光电探测系统及其光学窗口提出了共形要求。共形光电防撞系统具有全天候成像性能,并加入激光三维雷达提供障碍告警,避免撞击提高生存能力,同时光学系统的外形具有空气阻力小的优点。本文的应用价值在于设计一个与共形光电防撞系统匹配的光学窗口,其表面与机身融为一体,在满足具有良好空气动 力学性能的同时,具备紧凑的结构型式和良好的成像效果。在上述背景下,本文开展了以下研究工作:首先,确定共形光电防撞系统的技术指标,采用共口径分波段的设计方案。基于可见光、激光以及中波红外系统的成像原理和所选探测器参数,合理确定各波段成像系统的焦距、视场角和入瞳直径。对各波段成像系统的探测能力进行验证,为构建与共形光电防撞系统相匹配的光学窗口提供设计参数。其次,分析不同面形的适用环境,建立长径比为1、口径为100mm、厚度为5mm、材料为MgF2的椭球面作为光学窗口的面形。利用ICEM-CFD,基于有限元理论,建立光学窗口及其外流场微元划分模型。选取S-A湍流方程模型,利用Fluent计算得到光学窗口及其外流场的压力和温度分布。结果显示,光学窗口表面压强和温度的最大值出现在顶点处,呈梯度式向边缘减小。然后,采用ZEMAX构建共形光学窗口扫描光路模型。利用Zernike多项式与像差之间的关系,确定万向扫描节点距光学窗口顶点60mm。利用MTF对扫描过程中各波段系统的成像质量做初步评价,并通过Zernike像差系数的P-V值对窗口的像差特性进行分析。结果表明,光学窗口引入了以像散和彗差为主并随扫描视场变化的像差。最后,推导了广义科丁顿像差校正数学模型和二元面单色像差理论。采用了由Zemike Sag面和二元衍射面构成的固定像差校正系统,对光学窗口因扫描引入变化的像差进行校正。运用ZEMAX对像差校正系统进行设计,对比校正前后各波段MTF曲线提升显著,Zernike像差系数P-V值明显下降。结果表明,所设计固定像差校正系统使得各波段成像系统像差P-V值均小于0.6λ,校正效果良好。综上所述,本文设计的光学窗口和固定像差校正系统满足共形光电防撞系统多波段的应用需求,为后续的气动光学效应分析和光学元件加工具有重要意义。