光电与红外系统的系统工程与分析PDF电子书下载

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第一部分 现代光学系统工程纵览：系统工程与企业体系、由多个系统组成的大系统、系统族的关系 2

第1章 系统工程导论 2

1.1 现代系统工程 2

1.1.1 系统工程简史 3

1.1.2 系统工程的某些定义 4

1.1.3 各色各样的系统工程师 6

1.1.4 企业及其体系架构描述简介 7

1.1.5 由多个系统组成的大系统和系统族简介 8

1.1.6 美国JCIDS和国防部采办体系 9

1.1.7 跨生命周期系统工程导论 13

1.1.8 转到光学系统组成模块 16

1.2 光学系统组成模块：简介、单位制、光学系统方法论和术语 16

1.2.1 光学系统简介 17

1.2.2 所采用的单位制概述 18

1.2.3 光学系统方法学 21

1.2.4 基本的光学系统概念和技术术语 26

1.A附录：首字母缩略词 35

参考文献 36

第2章 企业体系架构基础 38

2.1 高层级集成模型 39

2.1.1 企业体系架构的用途 39

2.1.2 历史背景 39

2.1.3 体系架构的类型 41

2.1.4 架构类型在多实体开发过程中的作用 43

2.1.5 体系架构框架 43

2.1.6 建模工具 50

2.2 光学系统模型 51

2.2.1 电磁传播理论基础 52

2.2.2 线性和非线性系统模型 58

2.2.3 采样考虑 69

2.2.4 统计光学模型 73

2.3 综合案例研究：企业体系架构简介 84

2.3.1 定义FIT的企业体系架构 84

2.4 结论 94

2.A附录：傅里叶变换对 95

参考文献 96

第3章 由多个系统组成的大系统、系统族和系统工程 98

3.1 概述 98

3.1.1 由多个系统组成的大系统 99

3.1.2 系统族 100

3.1.3 跨系统发展生命周期阶段的系统工程过程 101

3.2 光学系统构成模块：由多个系统构成的光学系统模型 109

3.3 综合案例研究：实现一个由多个系统组成的光学大系统模型 118

3.4 小结 124

参考文献 124

第4章 基于模型的系统工程 126

4.1 基于模型的系统工程概述 126

4.1.1 基于模型的系统工程概述 126

4.1.2 基于模型的系统工程工具 129

4.1.3 转到光学系统构成模块 131

4.2 光学系统构成模块：基本的光学系统 132

4.2.1 光学基本原理 132

4.2.2 消色差原理 143

4.2.3 光线追踪 144

4.2.4 滤光片 145

4.2.5 光学设计软件 145

4.A附录：首字母缩略词 154

参考文献 155

第二部分 系统工程工具、方法和技术在光学系统中的应用 157

第5章 问题的定义 157

5.1 用于问题定义的系统工程原理和方法 157

5.1.1 利益攸关者确定 159

5.1.2 利益攸关者的需要 162

5.1.3 利益攸关者的需求 165

5.1.4 运行使用概念方案 167

5.1.5 项目的范围 169

5.1.6 目标和目的 170

5.1.7 转到光学系统构成模块 171

5.2 光学系统构成模块：光源 171

5.2.1 电磁波谱的可见光和红外部分 171

5.2.2 吸收和辐射谱 173

5.2.3 红外谱段中的热辐射 174

5.2.4 普朗克定律 174

5.2.5 斯特藩—玻尔兹曼定律 175

5.2.6 辐射传递的基尔霍夫定律 176

5.2.7 发射率 177

5.2.8 常用材料的发射率 177

5.2.9 近似于黑体辐射体的源 178

5.2.10 面辐射强度计算工具 181

5.2.11 制图比例尺的选择 182

5.2.12 辐射效率 182

5.2.13 制作黑体源 183

5.2.14 源、标准和美国国家标准技术研究院 185

5.2.15 常规目标的特性 190

5.2.16 背景辐射和杂波 194

5.2.17 常见材料的发射率 194

5.2.18 常见的非金属材料的发射率 195

5.2.19 应用案例 196

5.2.20 实际的探测应用 197

5.2.21 转向对话，确定利益攸关者、需求和范围 198

5.3 综合案例分析：简介 198

5.A附录：首字母缩略词 206

参考文献 208

第6章 可行性研究、权衡研究和备选方案分析 210

6.1 理解什么是可行的 211

6.1.1 风险类别 211

6.1.2 可行性研究的用法 211

6.1.3 可行性研究的应用 212

6.1.4 对可行性分析的需要 212

6.1.5 确定需求的可行性 214

6.1.6 进行权衡研究 217

6.1.7 评估备选方案：层次分析法 220

6.1.8 可行性和风险之间的关联性 230

6.1.9 转向光学系统构成模块：辐射的传播 231

6.2 光学系统构成模块：光辐射和它的传播 231

6.2.1 辐射度学 232

6.2.2 吸收 234

6.2.3 气体吸收谱 234

6.2.4 液体和气体吸收谱 235

6.2.5 辐射计 236

6.2.6 光谱辐射计 237

6.2.7 在电磁波谱的可见光和红外部分的辐射 238

6.3 综合案例分析：通过光学传输分析确定技术可行性 242

6.3.1 第一部分：一次未预期的会议 243

6.3.2 第二部分：午餐和学习 247

6.3.3 第三部分：开始权衡 250

6.3.4 第四部分：更改 251

6.4 小结 254

6.A附录：首字母缩略词 254

参考文献 256

第7章 系统与需求 257

7.1 需求生成过程 258

7.1.1 确定“whats” 259

7.1.2 “ilities” 260

7.1.3 写作好的需求的技巧 262

7.1.4 需求文件的重要性 264

7.1.5 需求管理和更改：基于模型的系统工程需求工具 265

7.1.6 转到光学系统构成模块：光调制器 266

7.2 光学系统构成模块：光学调制 266

7.2.1 光学调制的早期历史 267

7.2.2 光学滤波 268

7.2.3 背景和杂波抑制 270

7.2.4 斩光频率方程 271

7.2.5 简单的调制盘系统 271

7.2.6 光学调制与编码 273

7.2.7 调制盘应用 273

7.2.8 调制盘的考虑 274

7.2.9 用于得到方向信息的调制盘 274

7.2.10 旋转调制盘 274

7.2.11 背景抑制 275

7.2.12 声光调制器 277

7.2.13 电光调制器 277

7.2.14 双色调制盘 277

7.2.15 引导星系统和调制盘 278

7.2.16 目标跟踪 279

7.2.17 光学调制小结 280

7.3 综合案例研究：系统需求和对光学调制的需求 280

参考文献 286

第8章 维护与保障策划 288

8.1 维护和保障策划简介 288

8.1.1 尽早考虑维护和保障单元的重要性 289

8.1.2 SRMA 289

8.1.3 系统开发全生命周期SRMA方法 298

8.1.4 光学探测器和相关的维护和保障概念 300

8.2 光学探测器基础 300

8.2.1 光学探测器的类型 302

8.2.2 热探测器 302

8.2.3 光子探测器 304

8.2.4 探测器性能 306

8.2.5 探测器比较 307

8.2.6 应用于综合案例研究 308

8.3 综合案例研究：在组织架构在情境下的维护和保障 309

参考文献 314

第9章 技术性能测度和指标 316

9.1 技术性能测度和指标 316

9.1.1 技术性能测度在系统工程过程中的作用 318

9.1.2 测度的类型 319

9.1.3 技术性能测度与需求的关系 321

9.1.4 光学系统的系统工程方法 323

9.1.5 转到光学系统构成模块 325

9.2 光学系统构成模块：探测器噪声、特性、性能限和测试 325

9.2.1 探测器噪声简介 325

9.2.2 噪声的统计描述 326

9.2.3 系统噪声和性能指标 327

9.2.4 三维噪声模型 328

9.2.5 噪声源 330

9.2.6 噪声的类型 331

9.2.7 等效噪声带宽 336

9.2.8 探测器性能指标和性能特性 336

9.2.9 测量探测器属性、特性和性能指标的例子 343

9.2.10 高端光子探测器 346

9.2.11 热探测器和Haven限 347

9.2.12 探测器选择的重要考虑 348

9.3 无人机应用案例分析 349

首字母缩略词 354

9.A 附录：MATLAB代码1 355

9.B 附录：MATLAB代码2 355

参考文献 356

第10章 功能分析和探测器制冷 358

10.1 功能分析和它们的需求 359

10.1.1 用于功能分析的基于模型的系统工程工具 360

10.1.2 功能分析工具 361

10.1.3 功能分析在柱镜光栅光学成像系统中的应用 364

10.2 探测器制冷方法 373

10.2.1 探测器制冷简介 373

10.2.2 探测器制冷容器：杜瓦 374

10.2.3 典型的制冷剂的特性 374

10.2.4 采用开环制冷机制冷 375

10.2.5 采用闭环制冷机制冷 380

10.2.6 采用电或磁效应制冷 382

10.3 无人机综合案例研究：探测器和制冷机的集成 385

参考文献 394

第11章 需求分配 396

11.1 需求分配过程 396

11.1.1 衍生、分配和分派 397

11.1.2 需求的层级（层次化）和需求分配 398

11.1.3 商用货架产品考虑和技术性能测度分配 401

11.1.4 与功能分析的关系 402

11.2 光学系统构成模块：有代表性的技术性能测度和关键性能参数 407

11.3 综合案例研究 417

11.4 小结 424

参考文献 424

第12章 系统设计导论 426

12.1 系统工程设计过程 427

12.1.1 系统工程和系统生命周期过程 427

12.1.2 系统文档和基线 428

12.1.3 三阶段的设计过程：方案设计、初步设计和详细设计与研制 430

12.1.4 备选方案设计过程 444

12.1.5 转到光学系统构成模块 447

12.2 光学系统构成模块：分析光学系统 447

12.2.1 理解要分析的问题 447

12.2.2 选择建模框架 447

12.2.3 建立模型：一个面向应用的例子 448

12.3 综合案例研究：光学分析模型在FIT的系统中的应用 452

12.4 小结 458

12.A附录：首字母缩略词 459

参考文献 460

第13章 高质量的生产和制造 462

13.1 制造和生产概述 462

13.1.1 制造和生产过程 463

13.2 光学元件的工程化和制造 466

13.2.1 全面质量管理 468

13.2.2 田口质量工程 471

13.2.3 统计过程控制 478

13.3 综合案例研究和应用：无人机载光学系统项目 488

13.3.1 案例研究背景 488

13.3.2 初次顾客会议 489

13.3.3 FIT执行团队会议 490

13.3.4 第二次顾客会议 493

13.3.5 设计评审 493

13.3.6 第一次质量会议 501

13.3.7 第二次质量会议 505

13.A附录：首字母缩略词 506

13.B附录：变量描述 507

13.C附录：控制图和田口稳健设计数据 509

参考文献 515

第14章 光学系统测试和评估 517

14.1 光学系统测试和评定的一般概念 518

14.1.1 系统生命周期和测试 518

14.1.2 测试验证和确认 519

14.1.3 经常测试、及早测试：一体化测试 520

14.1.4 系统测试和评估的类别 521

14.1.5 系统测试方法学和问题解决工具 522

14.1.6 系统测试的策划和准备 524

14.1.7 报告和反馈 525

14.1.8 清洁测试环境 526

14.1.9 无静电测试环境 527

14.1.10 光学工作台 528

14.1.11 光学标定标准 528

14.1.12 光学系统的测试和定量评定的一般概念小结 528

14.2 光学系统测试方法 529

14.2.1 干涉仪法 529

14.2.2 光谱仪法 532

14.2.3 偏振测定法 533

14.2.4 辐射度学测试 534

14.3 综合案例研究：测试FIT光学系统 539

14.A附录：首字母缩写词 544

参考文献 545

第15章 光学系统使用和保障 547

15.1 系统使用和保障导论 548

15.1.1 背景和定义 548

15.1.2 系统的使用、保障、改进和维护 549

15.1.3 根据工程更改建议进行的系统改进 550

15.1.4 策划的改进 552

15.1.5 一体化后勤保障 554

15.1.6 保障要素 558

15.1.7 系统全生命周期的后勤保障 564

15.1.8 保障和维护小结 567

15.1.9 转到光学系统构成模块 567

15.2 光学系统构成模块：使用所探测到的信号——信号处理 568

15.2.1 信号处理的定义 568

15.2.2 用于光学系统的信号处理 571

15.2.3 带宽 574

15.2.4 信号调理 575

15.2.5 显示 575

15.2.6 系统工程工具和方法 576

15.2.7 用于光学系统的信号处理的例子 577

15.2.8 光学系统组成模块小结 578

15.3 综合案例研究：FIT光学系统上的信号处理 578

15.A附录：首字母缩略词 581

参考文献 582

第16章 光学系统的处置和退役 585

16.1 引言 585

16.1.1 系统退役和处置 585

16.1.2 系统处置方法 587

16.1.3 在系统生命结束时进行的考虑 588

16.2 光学系统构成模块：空间光学系统 592

16.2.1 空间光学系统的背景 593

16.2.2 空间项目的系统工程原则 594

16.2.3 空间系统生命周期 595

16.2.4 环境对光学系统卫星的影响 600

16.3 综合案例研究：FIT的特殊顾客 603

16.4 结束语 611

参考文献 612

附录 数学公式 614

A.1 三角恒等式 614

A.2 极坐标系 616

A.3 复数 616

A.3.1 复数的绝对值 617

A.3.2 复数的有序对形式 617

A.3.3 复数的极坐标形式 617

A.3.4 复数的点积和叉积 618

A.4 传导链规则 618

A.5 代数 619

A.5.1 矢量和矢量空间 619

A.5.2 矩阵和矩阵运算 619

A.6 特征值问题 620

A.7 卷积 621

A.7.1 卷积定理 621

A.7.2 傅里叶级数 621

A.7.3 傅里叶变换 621

A.8 线性系统理论 623

A.9 叠加原理 624

参考文献 624

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