Hassas güdümlü sistemler için iki bant kızılötesi arayıcı başlık optik tasarımı
Optical design of a dual band infrared seeker for precision guided systems
Yazar: ASLI DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. AKIN BACIOĞLU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Atermalizasyon = Athermalization ; Kızılötesi = Infrared ; Modülasyon transfer fonksiyonu = Modulation transfer function ; Optik sistemler = Optical systems ; Optik tasarım = Optical design

Özet:
Kızılötesi güdümlü sistemler, hedeften yayılan enerjiyi algılayarak, hedefleri tespit etmek ve etkisiz hale getirmek için kullanılır. Bu sistemlerde kullanılan optik elemanlar, kubbe, mercekler (ve/veya ayna) ve dedektördür. Çalışma kapsamında, arayıcı başlığın optik tasarımı kızılötesi spektrumun iki bandında (MWIR–LWIR) çalışacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, optik tasarım ve analiz yeteneğine sahip Zemax OpticStudio adlı program kullanılmıştır. Çalışmaya, iki bantta çalışabilen ticari dedektörler araştırılarak başlanmış ve performansları karşılaştırılarak uygun dedektör belirlenmiştir. Belirlenen dedektörün özellikleri ile optik tasarım parametreleri hesaplanarak 3 – 10 µm aralığında çalışabilen kızılötesi arayıcı başlık optik tasarımı yapılmıştır. Tasarımın –40 ile +80 °C sıcaklık aralığındaki optik performansları, farklı dört gövde malzemesi eklenerek incelenmiştir. Her bir malzemenin kullanımındaki odak bozulmaları optik pasif atermalizasyon tekniği ile düzeltilmiştir. Gövde malzemelerinin maliyet ve tedarik imkanları değerlendirilerek tasarım sonlandırılmıştır. Tasarımı yapılan arayıcı başlığın görüş açısı 16° ve modülasyon transfer fonksiyonunun (MTF) %50 olduğunda uzaysal frekansı 23 çç/mm bulunmuştur. Yapılan çalışmanın sonunda arayıcı başlık optik tasarımı, spot diyagramı, MTF, Seidel diyagramı, enerji dağılımı ile analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar tartışılmıştır.

Abstract:
Infrared guided systems are used to track the target and destroy it, by using the radiation emitted from it.  The main components of the guided systems can be listed as follows: a dome, a lens-set (or mirrors) and a detector. In this study, the optical design of a seeker, operating in two bands of infrared (MWIR–LWIR), is performed. Dual-band optics design has been developed by using two softwares: Zemax, OpticStudio. Before the design the seeker-optics is started, the commercially available dual-band IR detectors are searched by comparing the performances of the latest detector technologies. By using the optical parameters of the selected detector, the design of the IR imaging seeker is completed for the operation within the wavelength range of 3 – 10 µm. The temperature dependence of the optical design is also examined by using four different body materials, for the large temperature interval ranging from –40 to +80 °C. The defocusing effect caused by using different materials is fixed by passive-optical-athermalization technique. The design is completed evaluating the cost and availability of the materials used in the design. The field of view of the optical system is found to be 16°. MTF value of each field is higher than 50% when the spatial frequency takes a value of 23 lp/mm. The results are analyzed and discussed in terms of spot-diagram, modulation transfer function (MTF), Seidel diagram and encircled energy distribution.