光電系統(tǒng)設計：方法、實用技術及應用

目錄
第1章光電系統(tǒng)及其設計概要
1．1光電系統(tǒng)的界定、基本組成及設計
1．1．1光電系統(tǒng)的界定
1．1．2光電系統(tǒng)的基本組成
1．1．3設計概述
1．2光電系統(tǒng)的分類及應用
1．2．1光電系統(tǒng)的分類
1．2．2光電系統(tǒng)的應用
1．3光電系統(tǒng)的發(fā)展基礎及制約因素
1．3．1光電系統(tǒng)的發(fā)展基礎
1．3．2光電技術及系統(tǒng)發(fā)展的主要制約因素
1．4光電系統(tǒng)設計思想的轉變
1．5光電系統(tǒng)設計流程與考慮因素
1．5．1光電系統(tǒng)設計流程及結果
1．5．2光電系統(tǒng)設計考慮因素
1．6光電系統(tǒng)總體技術與總體設計
1．6．1光電系統(tǒng)總體技術研究
1．6．2光電系統(tǒng)總體設計
1．6．3光電系統(tǒng)總體優(yōu)化設計
1．7光電系統(tǒng)工程方法
1．7．1技術成熟度與制造成熟度
1．7．2系統(tǒng)工程的核心思想
1．7．3產品開發(fā)技術過程
1．7．4產品分析方法
1．7．5產品成熟度快速提升模型
1．8光電產品工程設計控制程序
1．8．1設計輸入控制
1．8．2設計過程控制
1．8．3設計輸出控制
1．8．4設計更改控制
1．8．5技術服務和記錄
1．8．6新產品設計試制進程

1．9光電產品設計圖樣文件技術要求
1．9．1產品圖樣及設計文件的完整性
1．9．2設計文件的內容及要求
1．10光電系統(tǒng)設計與仿真軟件

第2章目標與環(huán)境輻射及其工程計算
2．1光輻射與度量
2．1．1光輻射及其紅外輻射
2．1．2光度量和輻射度量
2．2黑體及其基本定律
2．2．1黑體與非黑體
2．2．2普朗克定律
2．2．3斯忒藩玻耳茲曼定律
2．2．4維恩位移定律
2．2．5朗伯余弦定律
2．3輻射源及特性形式分類
2．3．1輻射源分類
2．3．2輻射源特性形式
2．4點源、小面源、朗伯擴展源及成像系統(tǒng)像平面的輻照度
2．4．1點源、小面源、朗伯擴展源產生的輻照度
2．4．2成像系統(tǒng)像平面的照度
2．5非規(guī)則體的輻射通量計算及目標面積的取法
2．5．1非規(guī)則輻射體的輻射通量計算
2．5．2輻射計算中目標面積的取法
2．6目標與環(huán)境光學特性的分類及特點
2．6．1空間目標與深空背景
2．6．2空中目標與天空背景
2．6．3地面目標與地物背景
2．6．4海面目標與海洋背景
2．7環(huán)境與目標光輻射特性
2．7．1天體背景光輻射特性
2．7．2太陽光輻射特性
2．7．3天空背景光輻射特性
2．7．4海洋背景光輻射特性
2．7．5自然輻射源與目標輻射源
2．8目標輻射的簡化計算程序

第3章輻射大氣透過率的工程理論計算
3．1地球大氣的組成與結構及其輻射吸收作用
3．1．1地球大氣的組成
3．1．2大氣層結構
3．1．3大氣的輻射吸收作用
3．2大氣衰減與透過率
3．3大氣中輻射衰減的物理基礎
3．4大氣透過率數(shù)據(jù)表
3．5海平面上大氣氣體的分子吸收
3．6不同高度時的分子吸收修正問題
3．6．1吸收本領隨高度而改變所引起的修正
3．6．2分子密度隨高度而改變所引起的修正
3．6．3純吸收時的透過率計算方法
3．7大氣分子與微粒的散射
3．8與氣象條件有關的衰減
3．9平均透過率與積分透過率的計算方法
3．9．1平均透過率的計算方法
3．9．2積分透過率的計算方法
3．10計算示例
3．11幾種大氣輻射傳輸計算軟件應用比較分析
第4章光學系統(tǒng)及其設計
4．1光學儀器及其發(fā)展
4．1．1光學理論的發(fā)展
4．1．2新設計的發(fā)展
4．1．3新材料、新工藝、新器件的發(fā)展
4．1．4電子技術的發(fā)展
4．1．5光學儀器的類別
4．1．6光學儀器發(fā)展簡史及其發(fā)展趨勢
4．2光學設計及其發(fā)展
4．2．1光學設計概述
4．2．2光學設計的主要過程和基本步驟
4．2．3像差與光學設計過程
4．2．4光學系統(tǒng)設計要求
4．2．5光學設計的發(fā)展概況
4．3應掌握的光學設計基礎
4．4光線追跡及像差校正常用方法
4．4．1光線追跡概述
4．4．2光學系統(tǒng)的像差概述
4．4．3像差校正的常用方法
4．5光學設計的大致類型及各類鏡頭的設計差別
4．5．1光學設計的大致類型
4．5．2各種鏡頭的設計差別
4．5．3數(shù)碼相機的鏡頭焦距與光學鏡頭
4．5．4新型光學系統(tǒng)類型及其設計差別
4．6可見光光學系統(tǒng)設計示例： 用于可見光電視導引頭的攝像物鏡設計
4．6．1光學性能指標
4．6．2光學系統(tǒng)的結構
4．6．3設計結果
4．6．4結論
4．7非成像光學系統(tǒng)設計示例： 太陽能采集用1000mm口徑菲涅耳透鏡設計
4．7．1菲涅耳透鏡結構
4．7．2主要技術指標要求
4．7．3設計計算過程
4．7．4設計結果分析與討論
4．8光機一體化設計示例： 某型紅外成像光學系統(tǒng)工程設計
4．8．1使命任務
4．8．2設計特點
4．8．3設計思路
4．8．4設計依據(jù)
4．8．5主要功能與性能要求
4．8．6系統(tǒng)組成與接口
4．8．7工作原理
4．8．8光學系統(tǒng)的設計
4．8．9遮光罩的設計
4．8．10主體機械結構設計
4．8．11關重件特性分析
4．8．12可靠性與電磁兼容性設計
4．8．13標準化執(zhí)行情況
4．8．14系統(tǒng)主要技術指標計算(系統(tǒng)設計計算)
4．8．15設計結果與分析
4．8．16設計輸出文件

第5章紅外凝視成像系統(tǒng)及其工程技術設計
5．1熱成像技術特點
5．2紅外凝視成像技術的發(fā)展
5．3紅外凝視成像系統(tǒng)的工作原理
5．3．1紅外凝視成像系統(tǒng)的組成和工作原理
5．3．2紅外熱成像系統(tǒng)性能評價的常用指標
5．3．3凝視成像系統(tǒng)的優(yōu)點
5．4IRFPA非均勻性產生的原因及其校正技術
5．4．1紅外焦平面非均勻性產生的原因
5．4．2紅外焦平面NUC方法
5．4．3四種算法的優(yōu)點和缺點
5．4．4三種新算法
5．4．5非均勻性表示方法
5．5紅外凝視系統(tǒng)中的微掃描技術
5．5．1紅外成像過程
5．5．2微掃描
5．5．3非均勻微掃描
5．6熱像儀產品選例
5．7紅外傳感器工程設計出發(fā)點及分析
5．8紅外工作波段的選取分析
5．8．1光譜輻出度
5．8．2光譜輻射對比度
5．8．3光譜輻射對比度極值波長
5．8．4兩個紅外波段的實際比較
5．9系統(tǒng)總體對紅外傳感器提出的功能及性能指標要求
5．9．1主要功能
5．9．2紅外傳感器的性能
5．10紅外傳感器的工作原理與組成
5．10．1紅外傳感器的工作原理
5．10．2紅外傳感器的組成
5．11紅外探測器件及物鏡光學參數(shù)選取
5．11．1紅外探測器組件的選取
5．11．2物鏡光學系統(tǒng)的設計考慮及參數(shù)選取
5．11．3物鏡的溫度補償

第6章CCD和CMOS及其應用系統(tǒng)設計
6．1CCD的基本原理及其主要性能指標
6．1．1CCD器件的基本原理
6．1．2CCD傳感器的主要性能指標
6．2CCD成像器件與真空攝像管的比較
6．3CMOS傳感器的基本原理及其主要性能指標
6．3．1CMOS的基本原理
6．3．2CMOS傳感器的主要性能指標
6．4CCD和CMOS傳感器的比較及發(fā)展趨勢
6．4．1制造工藝的差異
6．4．2性能差異
6．4．3CCD與CMOS的發(fā)展趨勢
6．5CCD攝像機分類與例示
6．5．1CCD攝像機分類
6．5．2CCD攝像機例示
6．6CCD的工程技術應用
6．6．1CCD的七個主要應用領域
6．6．2尺寸測量
6．6．3工件表面質量檢測 (粗糙度、傷痕、污垢)
6．7CCD圖像傳感器在微光電視和紫外成像系統(tǒng)中的應用
6．7．1CCD圖像傳感器在微光電視系統(tǒng)中的應用
6．7．2CCD圖像傳感器在紫外成像系統(tǒng)中的應用
6．7．3存在的問題及解決途徑
6．8高靈敏度CCD光電信號檢測系統(tǒng)設計示例
6．8．1光電信號檢測系統(tǒng)的組成
6．8．2高性能CCD簡介
6．8．3CCD輸出信號的預處理
6．8．4A/D轉換
6．8．5微控制器
第7章光電微弱信號處理及設計
7．1微弱信號檢測概述
7．2微弱信號檢測的基本理論
7．2．1微弱信號的基本知識
7．2．2微弱信號檢測的理論方法
7．2．3提高微弱信號檢測能力的途徑
7．3紫外目標探測弱信號處理方法示例
7．3．1弱信號自適應處理
7．3．2濾波性能評價
7．3．3仿真計算與結果分析
7．4基于FPGA的紫外通信微弱信號放大器設計示例
7．4．1放大器技術指標、組成與工作原理
7．4．2預放電路設計與仿真
7．4．3A/D轉換
7．4．4數(shù)字濾波的設計及仿真
7．4．5設計結果分析
第8章光電系統(tǒng)作用距離工程理論計算及總體技術設計
8．1紅外系統(tǒng)的作用距離計算
8．1．1方程一般形式推導
8．1．2背景限制探測器的一般作用距離方程式
8．1．3特殊系統(tǒng)的作用距離方程式
8．2脈沖激光測距系統(tǒng)的作用距離計算
8．2．1激光測距公式
8．2．2脈沖式激光測距儀測距方程式
8．3電視跟蹤儀的作用距離計算
8．3．1電視跟蹤儀的作用距離計算(一)
8．3．2電視跟蹤儀的作用距離計算(二)
8．3．3電視跟蹤儀的作用距離計算(三)
8．4微光電視的作用距離計算
8．5光纖通信系統(tǒng)的作用距離計算
8．6總體技術設計與示例
8．6．1預先分析與研究
8．6．2系統(tǒng)初步設計
8．6．3綜合權衡研究和系統(tǒng)終設計
第9章太陽能光伏發(fā)電及其系統(tǒng)設計
9．1太陽能發(fā)電概述
9．2光伏發(fā)電歷史及應用領域
9．2．1光伏發(fā)電歷史
9．2．2應用領域
9．3太陽能電池
9．4太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
9．4．1太陽能電池板
9．4．2充電控制器
9．4．3蓄電池
9．4．4逆變器
9．4．5太陽能供電系統(tǒng)的特點及類型
9．4．6獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)
9．4．7并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)
9．5太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計方法
9．5．1一般工程設計步驟
9．5．2設計因素分析
9．5．3常用設計方法
9．5．4成本核算
9．6住宅用太陽能光伏系統(tǒng)簡易設計示例
9．6．1設計步驟
9．6．2設計條件
9．6．3太陽能電池陣列設計
9．710kW太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設計示例
9．7．1并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成
9．7．210kW太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設計
9．7．3并網(wǎng)逆變器
9．7．4配電室設計
9．7．5防雷
9．7．6系統(tǒng)建設及施工
9．7．7設備安裝部分
9．7．8檢查和調試
9．7．9并網(wǎng)電站建設流程圖
9．7．10并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置表
9．7．1110kW并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)光電場配套圖紙
9．8太陽能和風能一體化發(fā)電系統(tǒng)設計示例
9．8．1太陽能與風能一體化發(fā)電系統(tǒng)
9．8．2風光互補發(fā)電系統(tǒng)的組成和分類
9．8．3風力發(fā)電機
9．8．4風光互補發(fā)電系統(tǒng)的設計方法
9．8．5離網(wǎng)戶型風光互補發(fā)電系統(tǒng)的設計
9．8．6系統(tǒng)終設計方案
9．8．7系統(tǒng)性能分析
9．9太陽能光伏/光熱綜合利用的溫控系統(tǒng)設計示例
9．9．1溫控系統(tǒng)的組成及工作原理
9．9．2設計指標
9．9．3系統(tǒng)設計
9．9．4光學薄膜仿真

第10章光電系統(tǒng)軟件開發(fā)與設計
10．1軟件開發(fā)程序流程及文檔
10．1．1進程管理的目的和要求
10．1．2開發(fā)情況檢查
10．2軟件設計概述
10．3軟件設計開發(fā)控制程序
10．3．1設計和開發(fā)的輸入
10．3．2設計和開發(fā)的輸出
10．3．3設計和開發(fā)的評審
10．3．4設計開發(fā)的驗證
10．3．5設計開發(fā)的確認
10．3．6設計和開發(fā)的更改
10．4嵌入式軟件及其設計
10．4．1嵌入式軟件的概念及特點
10．4．2嵌入式軟件的分類
10．4．3嵌入式軟件的體系結構
10．4．4嵌入式軟件的設計流程
10．4．5嵌入式系統(tǒng)的硬件結構
10．4．6嵌入式系統(tǒng)的軟件結構
10．4．7嵌入式軟件的開發(fā)流程
10．5軟件設計示例
10．5．1系統(tǒng)硬件組成分析
10．5．2系統(tǒng)軟件設計

第11章光電系統(tǒng)結構及模塊化設計
11．1結構設計與工藝概述
11．1．1光電電路設計與結構設計的概念
11．1．2光電產品結構設計與工藝的內容
11．1．3光電產品結構設計與工藝的任務
11．2結構總體設計
11．2．1結構總體布局
11．2．2模塊尺寸及總體尺寸的確定
11．2．3結構形式確定
11．2．4熱設計方案的確定
11．2．5抗振抗沖擊
11．2．6電磁兼容性設計
11．2．7密封性設計
11．3模塊化設計
11．3．1模塊
11．3．2模塊特征
11．3．3模塊分類
11．3．4模塊化與標準化的關系
11．3．5光電裝備模塊化結構體系
11．4優(yōu)化設計
11．4．1價值工程設計
11．4．2設計優(yōu)化
11．4．3計算機輔助設計技術
11．4．4抗惡劣環(huán)境優(yōu)化設計
11．5光電跟蹤指向器結構設計示例
11．5．1結構總體設計考慮
11．5．2指向器重量計算
11．5．3俯仰軸校核
11．5．4方位軸校核
11．5．5指向器精度計算
11．5．6指向器固有頻率計算
11．5．7指向器尺寸鏈計算
11．5．8激光器散熱分析
11．5．9電磁兼容性的具體要求與設計措施
第12章光電伺服控制系統(tǒng)及其設計
12．1自動控制基礎
12．1．1自動控制的基本概念
12．1．2開環(huán)控制方式
12．1．3反饋控制方式
12．1．4復合控制方式(開環(huán)控制 閉環(huán)控制)
12．1．5自動控制系統(tǒng)的分類
12．2控制系統(tǒng)的基本要求與性能指標
12．2．1控制系統(tǒng)的基本要求
12．2．2控制系統(tǒng)的性能指標
12．3控制系統(tǒng)設計的基本問題
12．4控制系統(tǒng)的設計方法
12．5光電伺服系統(tǒng)
12．5．1結構組成與分類
12．5．2技術要求
12．5．3執(zhí)行元件
12．5．4光電跟蹤伺服系統(tǒng)及其控制技術的發(fā)展趨勢
12．6光電跟蹤控制系統(tǒng)
12．6．1跟蹤控制系統(tǒng)主要性能指標提出的依據(jù)
12．6．2跟蹤系統(tǒng)的基本技術問題
12．6．3高精度控制技術
12．7光電跟蹤伺服系統(tǒng)設計示例
12．7．1主要性能指標
12．7．2光電跟蹤伺服系統(tǒng)的總體結構
12．7．3伺服控制系統(tǒng)的方案設計
12．7．4負載力矩及相關主要部件選型
12．7．5系統(tǒng)總體計算
12．8光電跟蹤伺服系統(tǒng)的建模與仿真示例
12．8．1伺服系統(tǒng)的工作原理與結構
12．8．2伺服系統(tǒng)主要部件的數(shù)學模型
12．8．3環(huán)路建模仿真
12．9機械結構因素對光電跟蹤伺服系統(tǒng)性能的影響
12．9．1轉動慣量與伺服系統(tǒng)性能的關系
12．9．2結構諧振頻率與伺服系統(tǒng)性能的關系
12．9．3摩擦力矩與伺服系統(tǒng)性能的關系
12．9．4消除或減小機械諧振的措施
參考文獻