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1、深 圳 大 学本 科 毕 业 论 文（设计）题目: 球幕投影系统的设计 姓名: 专业: 电子科学与技术 学院: 电子科学与技术学院 学号: 指导教师: 职称： 副教授 20 年 5 月 18 日深圳大学本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目球幕投影系统的设计 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。 毕业论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日目录摘要1第一章 前言11.1拟器的发
2、展11.2飞行模拟器视景系统的发展和趋势21.3小型球幕投影系统的设计构想31.4本文的主要研究内容3第二章 几种常见视景系统介绍42.1显示器显示42.2投影显示42.3分光镜准直显示42.4背投准直显示52.5头盔显示器显示5第三章 球幕投影光学系统设计63.1光学自动设计的概述6 3.1.1光学自动设计的概念6 3.1.2光学自动设计流程的发展6 3.1.3 ZEMAX软件简介73.2球幕投影光学系统设计7 3.2.1物镜性能指标的确定73.2.2物镜类型的选择8 3.2.2.1托卜岗物镜83.2.2.2鲁沙广角物镜93.2.2.3达哥物镜9 3.2.2.4返摄远物镜和演变10 2.2.
3、2.5确定物镜类型113.2.3初始结构的确定113.2.4系统优化143.2.5像差分析16 3.2.6设计结果分析和像质评价173.3本章小结18第四章 球幕投影光学系统公差制定和分析194.1球幕投影光学系统公差制定194.2球幕投影光学系统公差分析20第五章 总结和展望225.1总结22 5.2展望22参考文献23致谢24Abstract25球幕投影系统的设计电子科学与技术学院电子科学与技术系 杨泽辉学号：2005111164【摘要】视景系统是飞行训练模拟器的重要组成部分，对保证模拟训练效果起着至关重要的作用，它能为飞行员提供逼真的视景和飞行感受。球幕投影系统是一种投影式的视景系统，它
4、具有一些大型投影视景系统所无法提供的更大的水平和垂直视场，同时结构简单、成本低廉。本论文结合国内外飞行模拟器视景系统的发展情况，将从下面两个方面介绍球幕投影系统的设计：一、在对国内外各种视景系统的光学组件进行详细调研和学习后，按照一定的要求(例如视场角、MTF值、弥散斑等)拟订了小型球幕投影光学系统的性能参数，经过分析和计算选择了合理的初始结构。二、通过ZEMAX软件对我们所选择的光学系统进行优化工作，最后对其像差进行比较分析并对该光学系统的公差进行制定和分析。【关键词】飞行模拟；球幕投影；光学系统设计；公差第一章 前言1.1 飞行模拟器的发展在世界航天航空事业突飞猛进发展的背后，有一部分或者
5、说一个领域容易被人忽视，那就是飞行模拟器，其实飞行员在驾驶真实飞行器之前必须通过相应模拟器的训练。目前，飞行模拟器与飞行训练装置已经在航空、航天飞行训练领域得到广泛应用，其飞行训练的经济性、安全性以及良好的训练效果已经得到一致认可。在航空、航天飞行训练中，在驾驶真实飞行器之前必须通过相应模拟器的训练和考核已经成为必不可少的训练程序1。早在1929年，美国的爱德华林克就设计出世界上第一台机械式的飞行模拟器，开辟了飞行模拟技术和飞行模拟器的新纪元。40年代，西方的一些国家为了研制新飞机和新系统，先后建立各种模拟模型，奠定了飞行模拟器发展的基础。到了50年代末和60年代初逐渐成功建设了较好的工程飞行
6、模拟器。60年代中期到70年代末，数字计算机和各种彩色视景系统技术迅速发展，采用数字计算机的全自动带有闭路电视的模拟器的问世，为航天航空事业的飞行员训练和试飞注入了全新的活力。特别是近年来，计算机图形技术和电子技术突飞猛进的发展，拥有计算机成像和投影屏幕的数字计算机模拟器的使用，为模拟训练中的飞行员提供了高逼真度的模拟环境和飞行感受，虽然模拟飞行器不能用于实际的飞行，但是为飞行员的训练提供了很大的方便更节省了大量的训练成本2，更是因为这个原因，使其发展受到了更广泛的关注。除此之外，飞行模拟器还有易变参数、易改装、易测试和处理数据、可控环境条件、节省费用、节省能源、保证安全和缩短试验或训练周期等
7、突出的优点，世界各国都十分重视飞行模拟器的开发工作2。美国、俄罗斯等航空航天大国均不断地增加人力和财力的投入，研制了大量的飞行模拟器和飞行训练装置。我国也越来越注重对飞行模拟器的研究，紧跟时代的步伐，在飞行模拟器领域取得了很好的发展。总之，利用飞行模拟器进行飞行训练，具有提高训练效率，节省训练经费，保证飞行安全，减少环境污染等优点，因此，不论是航空部门还是航天部门，都越来越重视发挥飞行模拟器的作用。1.2 飞行模拟器视景系统的发展和趋势通过上一节我们了解到，飞行模拟器在飞行训练中起到了很大的作用，那么高逼真度的模拟环境和飞行感受是怎么实现的呢？这就需要我们这一节所介绍的飞行模拟器的视景系统。模
8、拟器通常由模拟座舱、运动系统、视景系统、计算机系统及教员控制台等五大部分组成。而视景系统是飞行模拟器的重要组成部分，主要作用是为训练员提供实际工作任务中可观察到的场景图像，增强训练的真实感并提高训练效果3。一个完整的视景系统包括图像源和光学成像系统。图像源决定着视景系统显示图像的内容丰富程度、逼真度、清晰度等技术指标，而视场角、亮度、对比度等技术指标则靠光学成像系统实现。世界上第一台飞行模拟训练装置出现于1929年，当时并没有视景系统，仅用于训练依靠仪表飞行的能力。20世纪60年代初期，随着载人航天计划的迅速发展，为了提高训练的逼真性和可靠性，视景系统开始被应用于飞行训练装置中。闭路电视视景系统是早期的训练模拟器常采用的视景系统。20世纪60年代初，计算机成像技术产生并得到迅速发展。1964年，NASA在载人航天中心成功安装了第一台能够实时成像的电子计算机系统。70年代，计算机软硬件技术的飞速发展已使得计算机成像技术可以产生高逼真的三维物体图像。随着计算机技术的不断发展，计算机成像已经成为视景系统最主要的图像源。目前研制和使用的飞行模拟器的视景系统几乎全部应用计算机成像技术4,5，我国90年代自主研制的Y7-100飞机飞行模拟器采用的就是计算机成像方式的视景系统6，在视
