第1章光電系統及其設計概要 1.1光電系統的界定、基本組成及設計 1.1.1光電系統的界定 1.1.2光電系統的基本組成 1.1.3設計概述 1.2光電系統的分類及應用 1.2.1光電系統的分類 1.2.2光電系統的應用 1.3光電系統的發展基礎及制約因素 1.3.1光電系統的發展 1.3.2光電系統的發展基礎 1.3.3光電技術及系統發展的主要制約因素 1.4光電系統設計思想的轉變 1.5光電系統設計流程與考慮因素 1.5.1光電系統設計流程及結果 1.5.2光電系統設計考慮因素 1.6光電系統總體技術與總體設計 1.6.1光電系統總體技術研究 1.6.2光電系統總體設計 1.6.3光電系統總體優化設計 1.7光電系統工程方法 1.7.1技術成熟度和制造成熟度 1.7.2系統工程的核心思想 1.7.3產品開發技術過程 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光電系統設計與仿真軟件 第2章目標與環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絕對黑體及其基本定律 2.2.1絕對黑體與非黑體 2.2.2普朗克定律 2.2.3斯特藩玻耳茲曼定律 2.2.4維恩位移定律 2.2.5朗伯余弦定律 2.2.6色溫、亮溫與全輻射溫度 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、線源、朗伯擴展源及成像系統像平面的輻照度 2.4.1點源、小面源、線源產生的輻照度 2.4.2朗伯擴展源產生的輻照度 2.4.3成像系統像平面的輻照度 2.5非規則輻射體的輻射通量計算及目標面積的取法 2.5.1非規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大氣透過率數據表 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大氣的散射衰減 3.7.1散射系數 3.7.2大氣分子與微粒的散射 3.7.3大氣散射系數的經驗計算法 3.8與氣象條件（云、霧、雨、雪）有關的散射衰減 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激光輻射在大氣中的傳輸及計算方法 3.11.1線性傳輸效應及計算方法 3.11.2非線性傳輸效應(熱暈) 3.12部分相干輻射在大氣中的傳輸 3.13幾種大氣輻射傳輸計算軟件應用比較分析 第4章光學系統及其設計 4.1光學儀器及其發展 4.1.1光學理論的發展 4.1.2新設計的發展 4.1.3新材料、新工藝、新器件的發展 4.1.4先進光學薄膜技術的發展 4.1.5先進光學檢測與調整技術的發展 4.1.6高精度非球面(自由曲面)組件先進制造技術的發展 4.1.7先進光學與結構材料的發展 4.1.8電子技術的發展 4.1.9光學儀器的類別 4.1.10光學儀器發展簡史及其發展趨勢 4.2光學設計及其發展 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光學系統設計要求 4.2.5光學設計的發展概況 4.3應掌握的光學設計基礎 4.4光線追跡及像差校正的常用方法 4.4.1光線追跡概述 4.4.2光學系統的像差概述 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光學鏡頭的分類 4.5.3各種鏡頭的設計差別 4.5.4數碼相機的鏡頭焦距與光學鏡頭 4.5.5新型光學系統類型及其設計差別 4.6基于諧衍射與自由曲面的離軸三反設計示例： 機載紅外雙波段成像光學系統設計 4.6.1系統主要技術要求 4.6.2自由曲面與諧衍射元件設計理論基礎 4.6.3光學系統初始結構選型 4.6.4光學系統材料選擇 4.6.5宏語言優化控制和像質評價 4.6.6公差分析 4.6.7設計結果 4.6.8結論 4.7非成像光學系統設計示例： 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 4.8.5主要功能與性能要求 4.8.6系統組成與接口 4.8.7工作原理 4.8.8光學系統的設計 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標準化執行情況 4.8.14系統主要技術指標計算(系統設計計算) 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展 5.3紅外凝視成像系統 5.3.1紅外凝視成像系統的組成和工作原理 5.3.2紅外光學材料 5.3.3紅外熱成像系統性能評價的常用指標 5.3.4凝視成像系統的優點 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紅外光學系統無熱化設計方法 5.10系統總體對紅外傳感器提出的功能及性能指標要求 5.10.1主要功能 5.10.2紅外傳感器的性能 5.11紅外傳感器的工作原理與組成 5.11.1紅外傳感器的工作原理 5.11.2紅外傳感器的組成 5.12紅外探測器件及物鏡光學參數選取 5.12.1紅外探測器組件的選取 5.12.2物鏡光學系統的設計考慮及參數選取 5.12.3物鏡的溫度補償 第6章CCD和CMOS及其應用系統設計 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的發展趨勢 6.5CCD攝像機分類與示例 6.5.1CCD攝像機分類 6.5.2CCD攝像機示例 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中的應用 6.7.1CCD圖像傳感器在微光電視系統中的應用 6.7.2CCD圖像傳感器在紫外成像系統中的應用 6.7.3存在的問題及解決途徑 6.8高靈敏度CCD光電信號檢測系統設計示例 6.8.1光電信號檢測系統的組成 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紫外目標探測微弱信號處理方法示例 7.3.1微弱信號自適應處理 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章光電系統作用距離工程理論計算及總體技術設計 8.1紅外系統的作用距離計算 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特殊系統的作用距離方程式 8.2脈沖激光測距系統的作用距離計算 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系統初步設計 8.6.3綜合權衡研究和系統*終設計 第9章太陽能光伏發電及其系統設計 9.1太陽能發電概述 9.2光伏發電歷史及應用領域 9.2.1光伏發電歷史 9.2.2應用領域 9.3太陽能電池 9.4太陽能光伏發電系統的組成 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太陽能供電系統的特點及類型 9.4.6獨立光伏發電系統 9.4.7并網光伏發電系統 9.5太陽能光伏發電系統的設計方法 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太陽能并網發電系統設計示例 9.7.1并網發電系統的組成 9.7.210kW太陽能并網發電系統的設計 9.7.3并網逆變器 9.7.4配電室設計 9.7.5防雷 9.7.6系統建設及施工 9.7.7設備安裝部分 9.7.8檢查和調試 9.7.9并網電站建設流程圖 9.7.10并網發電系統配置表 9.7.1110kW并網發電系統光電場配套圖紙 9.8太陽能和風能一體化發電系統設計示例 9.8.1太陽能與風能一體化發電系統 9.8.2風光互補發電系統的組成和分類 9.8.3風力發電機 9.8.4風光互補發電系統的設計方法 9.8.5離網戶型風光互補發電系統的設計 9.8.6系統*終設計方案 9.8.7系統性能分析 9.9太陽能光伏/光熱綜合利用的溫控系統設計示例 9.9.1溫控系統的組成及工作原理 9.9.2設計指標 9.9.3系統設計 9.9.4光學薄膜仿真 第10章光電系統軟件開發與設計 10.1軟件開發程序流程及文檔 10.1.1進程管理的目的和要求 10.1.2開發情況檢查 10.2軟件設計概述 10.3軟件設計開發控制程序 10.3.1設計和開發的輸入 10.3.2設計和開發的輸出 10.3.3設計和開發的評審 10.3.4設計和開發的驗證 10.3.5設計和開發的確認 10.3.6設計和開發的更改 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嵌入式系統的硬件結構 10.4.6嵌入式系統的軟件結構 10.4.7嵌入式軟件的開發流程 10.5軟件設計示例 10.5.1系統硬件組成分析 10.5.2系統軟件設計 第11章光電系統結構及模塊化設計 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 11.1.4光電產品的裝配及其工藝過程 11.2結構總體設計 11.2.1結構設計要求 11.2.2結構設計程序 11.2.3基準選擇和尺寸標注 11.2.4光學零件的結構設計 11.2.5結構總體布局 11.2.6模塊尺寸及總體尺寸的確定 11.2.7結構形式確定 11.2.8熱設計方案的確定 11.2.9抗振抗沖擊 11.2.10電磁兼容性設計 11.2.11密封性設計 11.2.12尺寸鏈計算 11.2.13精度設計 11.3光學零件固緊設計 11.3.1圓形光學零件固緊結構設計 11.3.2非圓形光學零件固緊結構設計 11.3.3光學零件的膠接固定 11.4模塊化設計 11.4.1模塊與模塊化 11.4.2模塊特征 11.4.3模塊分類 11.4.4模塊化與標準化的關系 11.4.5光電裝備模塊化結構體系及設計示例 11.5優化設計 11.5.1價值工程設計 11.5.2結構設計優化 11.5.3計算機輔助設計技術 11.5.4抗惡劣環境優化設計 11.6光電跟蹤指向器結構設計示例 11.6.1結構總體設計考慮 11.6.2指向器重量計算 11.6.3俯仰軸校核 11.6.4方位軸校核 11.6.5指向器精度計算 11.6.6指向器固有頻率計算 11.6.7指向器尺寸鏈計算 11.6.8激光器散熱分析 11.6.9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開環控制方式 12.1.3反饋控制方式 12.1.4復合控制方式(開環控制 閉環控制) 12.1.5自動控制系統的分類 12.2控制系統的基本要求與性能指標 12.2.1控制系統的基本要求 12.2.2控制系統的性能指標 12.3控制系統設計的基本問題 12.4控制系統的設計方法 12.5光電伺服系統 12.5.1結構組成與分類 12.5.2技術要求 12.5.3執行元件 12.5.4光電跟蹤伺服系統及其控制技術的發展趨勢 12.6光電跟蹤控制系統 12.6.1跟蹤控制系統主要性能指標提出的依據 12.6.2目標特性分析 12.6.3跟蹤系統的基本技術問題 12.6.4捕獲的技術要求與影響目標捕獲的主要因素 12.6.5捕獲跟蹤的視場及響應時間 12.6.6捕獲跟蹤系統的統計分析 12.6.7高精度控制技術 12.7光電跟蹤伺服系統設計示例 12.7.1主要性能指標 12.7.2光電跟蹤伺服系統的總體結構 12.7.3伺服控制系統的方案設計 12.7.4負載力矩及相關主要部件選型 12.7.5系統總體計算 12.8光電跟蹤伺服系統的建模與仿真示例 12.8.1伺服系統的工作原理與結構 12.8.2伺服系統主要部件的數學模型 12.8.3環路建模仿真 12.9機械結構因素對光電跟蹤伺服系統性能的影響 12.9.1轉動慣量與伺服系統性能的關系 12.9.2結構諧振頻率與伺服系統性能的關系 12.9.3摩擦力矩與伺服系統性能的關系 12.9.4消除或減小機械諧振的措施 參考文獻