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一、概述
非制冷焦平面红外热像仪是陆军昼夜观瞄测距稳定平台系统重要组成部分，是实现夜间搜索、观察目标的核心组成，其重要性不言而遇。
二、设计依据
本型热像仪以《非制冷焦平面红外热像仪技术要求》为设计依据。
三、技术要求
（一）探测器主要技术指标
1） 类型：微测辐射热计；
2） 探测器材料：多晶硅；
3） 分辨率：320×240；
4） 像元尺寸：<25μm×25μm；
5） 响应波段：8～14μm；
6） 填充系数：>85%；
7） 死点数：<1%。
（二）组件主要技术指标
1） 视场：宽视场（对角线）：10°～15°；
窄视场（对角线）：5°～8°；
2） 十字分划稳定精度：±0.5像元；
3） 输出：PAL 50HZ；
4） 电源：12±1V；
5） 反向或反接保护：有；
6） 降压或过压保护：有；
7） 工作温度：--30°～60°；
8） 存储温度：-40°～70°；
9） 振动：3g，5Hz-200Hz-5Hz正弦；
10） 冲击：100g，11ms半弦；
11） 电磁兼容：符合GJB151A-97；
12） 平均无故障工作时间：>10000h；
13） 连续工作时间：36h。
（三）电气接口与操作要求
1） 具有图像调整、分划调整、电动调焦的按键操作；
2） 具有视场切换的开关控制；
3） 所有操作可通过RS442通讯实现。
（四）其他要求
1） 电源地与壳体隔离，绝缘电阻大于60M；
2） 视频地与电源地隔离，绝缘电阻大于60M；
3） 保修期：5年。
（五）按键操作细则
1.设置6个按键
M键：触发菜单，移动光标
D键：减少，调焦近方向
U键：增加，调焦远方向
C键：校正背景，档片动作，退出菜单
F键：触发分划线菜单
S键：切换大小视场
2.M键触发的菜单
在图像的最下方
自动/手动 对比度XXX 亮度XXX 放大1/2 热白/热黑 视场大/小
3.M键操作
按M键，跳出菜单，光标处在第一项，再按M键，光标向右移动一项，
当在最后一项时，再按M键，菜单重回第一项。
菜单每一项显示的文字，都为系统当前的数字和状态。
4.D键操作
在出现的菜单情况下：在出现光标的位置，
按D键：自动→手动
对比度或亮度减少1，
放大为1，极性为热黑。
在无菜单操作情况下：
按D键 ：调焦向近方向，按一次动一步，按住不放连续调焦，松开后停止调焦。
5.U键操作
在出现菜单的情况下：
在出现光标的位置按U键：
手动→自动
对比度或亮度增加1，
放大为2，极性为热白。
在无菜单操作情况下：
按U键：向远处调焦，按一次动一次，连续按住，连续调焦，松开后停止调焦。
6.C键操作
在无菜单情况下，按C键，档片动作一次，校验一次。
在有菜单情况下，按C键退出菜单。
7.F键操作
在无主菜单情况下，按F键，跳出分划线菜单：
分划线 显示＼取消 X：XXX Y：XXX 白＼黑 退出
光标在第一项，按M键，移动光标位置。
在光标的位置按D键：
在第1项分划线取消，
在X或Y项减少数值1，
在第4项分划线变为黑色，
第5项，退出分划线菜单。
在光标的位置按U键：
在第1项分划线变为显示，
在X或Y项增加数值1，
在第4项分划线变为白色，
第5项，退出菜单并保存坐标的值。
在有主菜单的情况下，按F键不起作用。
8.S键操作
按S键一次，切换视场一次，乒乓键。
9.说明
1.菜单跳出后，30秒无键操作，菜单自动消失。
2菜单消失后，所有设置自动保存，下次菜单启动时显示上次的设置。
（六）通讯协议
波特率9600，1起始位，8数据位，1停止位。无奇偶校验，LSB先发送。
采用ASCII模式，每一帧的格式为：
起始码 地址码 功能代码 数据 LRC校验 结束符
： 2个字符 2个字符 2个字符 2个字符 ODOA
对于热像仪：
数据可以取00（约定一个字节）
地址可以由客户设定（一个字节）
功能代码（一个字节）。
十六进制 按钮
菜单/光标 01 M
增加 02 +
减少 03 -
校正 04 C
退出菜单 05 A 分划线 06 F
视场切换 07 S
调焦远 20 远
调焦近 21 近
当热像仪收到正确的命令后，即返回一个原来的命令，若有命令错误，则在返回命令中，功能代码的最高位设1。每一帧的数据都由十六进制，ASCII字符：0，1，2，……9，A，B，……F组成。
四、实现功能
（一）实时图像降噪功能，降低图像背景噪声和增强目标图像；
（二）开机自动校正和手动校正功能；
（三）手动调节亮度/对比度功能；
（四） 自动调节亮度/对比度功能；
（五） 2.5倍电子放大功能；
（六） 黑热/白热极性反转显示；
（七）十字分划显示/移动/存储；
（八）镜头调焦电机驱动；
（九）双视场切换；
（十）标准PAL制视频输出；
（十一） RS442远程控制。
五、技术方案
（一）光学系统设计
系统选用320×240氧化矾探测器，像元大小是25μm。像面大小是8×6mm，像面对角线10mm。根据总体要求：宽视场（对角线）：10°～15°；窄视场（对角线）：5°～8°；这样光学系统的焦距：宽视场为37.3mm～56.7mm；窄视场为71.2mm～114.3mm。
根据以上指标光学系统设计方案如下：
波长：8～14μm；
视场：4.97?（对角线）；15.12?（对角线）；
探测器：多晶硅320×240，25μm；
焦距：115mm；37mm
F数：1.2；1。
按上述光学要求及结构要求，为减少空间尺寸采用轴向变倍，光学系统设计如图一所示：
图一 光学系统光路追迹图
该系统采用四块透镜组成，为减少透镜大小，实现光学口径最大化，光学系统采用变光拦技术，在小视场光拦在第一面，大视场光拦设在光学系统中间。为校正系统相差，降低成本，采用高次非球面；为校正色差系统使用一个衍射面，口径118mm；50mm。镜头长度160mm。变倍组移动量为40.5mm。
（二）结构设计
非制冷焦平面红外热像组件是昼夜观瞄测距稳定平台系统重要组成部分，根据技术要求中对外形尺寸的限制及光学设计结果，总体示意图如图二所示。
光学元件的装配采用软装校方式，即每片镜片周围都不直接与镜框接触，而是与密封垫或者边缘硅橡胶层接触，所以能达到抗冲击目的。为保证密封性能，整机采用“O”型圈密封，使其达到防水目的。
本产品附带工艺控制板，共12个按键（其中6个备用），按键操作完全按照技术要求设计，方便检测。
M键：触发菜单，移动光标
D键：减少，调焦近方向
U键：增加，调焦远方向
C键：校正背景，档片动作，退出菜单
F键：触发分划线菜单
S键：切换大小视场
图二 总体示意图
1.电动变焦
按下变焦控制键时变焦电机旋转带动小齿轮旋转，小齿轮带动带凸轮的大齿轮旋转，大齿轮再带动变焦镜镜筒沿光轴前后移动，从而实现电动变焦功能。
图三 电动变焦示意图
2.图象校正。开机时电机转动带动校正片旋转从而实现图像自动校正，或者人工按动图象校正开关实现人工图像校正。
六、环境适应性
该产品设计时着重考虑包括振动、冲击、高温贮存（+70℃）、高温使用（+60℃）、低温贮存（-40℃）和低温使用（-30℃）等环境因素。在总体方案设计中，我们对产品这些环境条件给予足够的重视。总的原则是，在结构设计时，从原理结构配合精度的分析、原材料、辅料、表面精饰等方面，进行了慎重考虑。
七、结论
通过上述分析论证，其性能指标都满足战技指标要求。它的突出优点是像质好，分辨率高，结构紧凑，布局合理，体积小，重量轻，工作可靠，使用方便，可维修性能好，环境适应性强。
非制冷焦平面红外热像仪是陆军昼夜观瞄测距稳定平台系统重要组成部分，是实现夜间搜索、观察目标的核心组成，其重要性不言而遇。
二、设计依据
本型热像仪以《非制冷焦平面红外热像仪技术要求》为设计依据。
三、技术要求
（一）探测器主要技术指标
1） 类型：微测辐射热计；
2） 探测器材料：多晶硅；
3） 分辨率：320×240；
4） 像元尺寸：<25μm×25μm；
5） 响应波段：8～14μm；
6） 填充系数：>85%；
7） 死点数：<1%。
（二）组件主要技术指标
1） 视场：宽视场（对角线）：10°～15°；
窄视场（对角线）：5°～8°；
2） 十字分划稳定精度：±0.5像元；
3） 输出：PAL 50HZ；
4） 电源：12±1V；
5） 反向或反接保护：有；
6） 降压或过压保护：有；
7） 工作温度：--30°～60°；
8） 存储温度：-40°～70°；
9） 振动：3g，5Hz-200Hz-5Hz正弦；
10） 冲击：100g，11ms半弦；
11） 电磁兼容：符合GJB151A-97；
12） 平均无故障工作时间：>10000h；
13） 连续工作时间：36h。
（三）电气接口与操作要求
1） 具有图像调整、分划调整、电动调焦的按键操作；
2） 具有视场切换的开关控制；
3） 所有操作可通过RS442通讯实现。
（四）其他要求
1） 电源地与壳体隔离，绝缘电阻大于60M；
2） 视频地与电源地隔离，绝缘电阻大于60M；
3） 保修期：5年。
（五）按键操作细则
1.设置6个按键
M键：触发菜单，移动光标
D键：减少，调焦近方向
U键：增加，调焦远方向
C键：校正背景，档片动作，退出菜单
F键：触发分划线菜单
S键：切换大小视场
2.M键触发的菜单
在图像的最下方
自动/手动 对比度XXX 亮度XXX 放大1/2 热白/热黑 视场大/小
3.M键操作
按M键，跳出菜单，光标处在第一项，再按M键，光标向右移动一项，
当在最后一项时，再按M键，菜单重回第一项。
菜单每一项显示的文字，都为系统当前的数字和状态。
4.D键操作
在出现的菜单情况下：在出现光标的位置，
按D键：自动→手动
对比度或亮度减少1，
放大为1，极性为热黑。
在无菜单操作情况下：
按D键 ：调焦向近方向，按一次动一步，按住不放连续调焦，松开后停止调焦。
5.U键操作
在出现菜单的情况下：
在出现光标的位置按U键：
手动→自动
对比度或亮度增加1，
放大为2，极性为热白。
在无菜单操作情况下：
按U键：向远处调焦，按一次动一次，连续按住，连续调焦，松开后停止调焦。
6.C键操作
在无菜单情况下，按C键，档片动作一次，校验一次。
在有菜单情况下，按C键退出菜单。
7.F键操作
在无主菜单情况下，按F键，跳出分划线菜单：
分划线 显示＼取消 X：XXX Y：XXX 白＼黑 退出
光标在第一项，按M键，移动光标位置。
在光标的位置按D键：
在第1项分划线取消，
在X或Y项减少数值1，
在第4项分划线变为黑色，
第5项，退出分划线菜单。
在光标的位置按U键：
在第1项分划线变为显示，
在X或Y项增加数值1，
在第4项分划线变为白色，
第5项，退出菜单并保存坐标的值。
在有主菜单的情况下，按F键不起作用。
8.S键操作
按S键一次，切换视场一次，乒乓键。
9.说明
1.菜单跳出后，30秒无键操作，菜单自动消失。
2菜单消失后，所有设置自动保存，下次菜单启动时显示上次的设置。
（六）通讯协议
波特率9600，1起始位，8数据位，1停止位。无奇偶校验，LSB先发送。
采用ASCII模式，每一帧的格式为：
起始码 地址码 功能代码 数据 LRC校验 结束符
： 2个字符 2个字符 2个字符 2个字符 ODOA
对于热像仪：
数据可以取00（约定一个字节）
地址可以由客户设定（一个字节）
功能代码（一个字节）。
十六进制 按钮
菜单/光标 01 M
增加 02 +
减少 03 -
校正 04 C
退出菜单 05 A 分划线 06 F
视场切换 07 S
调焦远 20 远
调焦近 21 近
当热像仪收到正确的命令后，即返回一个原来的命令，若有命令错误，则在返回命令中，功能代码的最高位设1。每一帧的数据都由十六进制，ASCII字符：0，1，2，……9，A，B，……F组成。
四、实现功能
（一）实时图像降噪功能，降低图像背景噪声和增强目标图像；
（二）开机自动校正和手动校正功能；
（三）手动调节亮度/对比度功能；
（四） 自动调节亮度/对比度功能；
（五） 2.5倍电子放大功能；
（六） 黑热/白热极性反转显示；
（七）十字分划显示/移动/存储；
（八）镜头调焦电机驱动；
（九）双视场切换；
（十）标准PAL制视频输出；
（十一） RS442远程控制。
五、技术方案
（一）光学系统设计
系统选用320×240氧化矾探测器，像元大小是25μm。像面大小是8×6mm，像面对角线10mm。根据总体要求：宽视场（对角线）：10°～15°；窄视场（对角线）：5°～8°；这样光学系统的焦距：宽视场为37.3mm～56.7mm；窄视场为71.2mm～114.3mm。
根据以上指标光学系统设计方案如下：
波长：8～14μm；
视场：4.97?（对角线）；15.12?（对角线）；
探测器：多晶硅320×240，25μm；
焦距：115mm；37mm
F数：1.2；1。
按上述光学要求及结构要求，为减少空间尺寸采用轴向变倍，光学系统设计如图一所示：
图一 光学系统光路追迹图
该系统采用四块透镜组成，为减少透镜大小，实现光学口径最大化，光学系统采用变光拦技术，在小视场光拦在第一面，大视场光拦设在光学系统中间。为校正系统相差，降低成本，采用高次非球面；为校正色差系统使用一个衍射面，口径118mm；50mm。镜头长度160mm。变倍组移动量为40.5mm。
（二）结构设计
非制冷焦平面红外热像组件是昼夜观瞄测距稳定平台系统重要组成部分，根据技术要求中对外形尺寸的限制及光学设计结果，总体示意图如图二所示。
光学元件的装配采用软装校方式，即每片镜片周围都不直接与镜框接触，而是与密封垫或者边缘硅橡胶层接触，所以能达到抗冲击目的。为保证密封性能，整机采用“O”型圈密封，使其达到防水目的。
本产品附带工艺控制板，共12个按键（其中6个备用），按键操作完全按照技术要求设计，方便检测。
M键：触发菜单，移动光标
D键：减少，调焦近方向
U键：增加，调焦远方向
C键：校正背景，档片动作，退出菜单
F键：触发分划线菜单
S键：切换大小视场
图二 总体示意图
1.电动变焦
按下变焦控制键时变焦电机旋转带动小齿轮旋转，小齿轮带动带凸轮的大齿轮旋转，大齿轮再带动变焦镜镜筒沿光轴前后移动，从而实现电动变焦功能。
图三 电动变焦示意图
2.图象校正。开机时电机转动带动校正片旋转从而实现图像自动校正，或者人工按动图象校正开关实现人工图像校正。
六、环境适应性
该产品设计时着重考虑包括振动、冲击、高温贮存（+70℃）、高温使用（+60℃）、低温贮存（-40℃）和低温使用（-30℃）等环境因素。在总体方案设计中，我们对产品这些环境条件给予足够的重视。总的原则是，在结构设计时，从原理结构配合精度的分析、原材料、辅料、表面精饰等方面，进行了慎重考虑。
七、结论
通过上述分析论证，其性能指标都满足战技指标要求。它的突出优点是像质好，分辨率高，结构紧凑，布局合理，体积小，重量轻，工作可靠，使用方便，可维修性能好，环境适应性强。