前言

共形光学系统的研究在飞行器方面有着重要的应用价值。飞行器技术研究应用的一个重要方向是军事领域，以军事运输、精确跟踪和打击为目的。用于飞行器成像的光学系统一般由光学整流罩、成像系统、探测器以及后续姿态控制装置组成。光学整流罩有两个作用： 一是保护内部系统免受外界环境的干扰； 二是使系统的空气动力学性能满足现有环境下的应用，提升系统的飞行速率和飞行距离。通常情况下，这两方面是相互矛盾的，不能同时提升。

传统的高速飞行器一般采用球形整流罩，其光学系统设计和制造相对简单，但高速飞行时会产生较大的阻力，严重影响飞行速度和射程。为了解决这个问题，“共形光学”概念应运而生。使系统拥有“共形光学”优越的空气动力学性能的同时不引入过多的像差，并使系统的成像质量也保持在一个较高水平。相对于传统的球形整流罩，共形整流罩采用的是流线型曲面，能够有效克服上述缺点，具有良好的气动性能、雷达散射截面小、改善飞行器头部的热流特性等一系列优点。这些优点对于高速飞行器军事性能的提高有着重大意义，逐渐成为近几年来国内外众多科研单位竞相研究的课题。

共形光学系统与传统光学系统的差别主要表现在以下几个方面： 

(1) 共形光学研究的是特殊的光学窗口，它能与系统平台的外形轮廓实现平滑吻合，提高系统空气动力学性能，共形光学技术使光学窗口形状突破传统光学的限制； 

(2) 共形光学表面具有很高的自由性，可以是圆柱面、圆锥面或尖顶形状等任意组合出的自由曲面，也可以是共轴的，例如尖拱形导弹整流罩，还可以是离轴的，比如自由形态的机翼； 

(3) 共形光学系统中光学元件的加工不只是传统的粗磨、精磨和抛光工艺，还需要用先进的非球面镜面型加工、检测技术； 

(4) 离轴光学元件不具有几何轴的特性，且移动变化时产生了多种不同的离轴像差，依靠原来的同轴调整技术已经难以确保新系统的精度，需要进一步研究此类系统的计算机立体辅助装调技术。

本书以共形光学系统为主要研究背景，在光学设计的基础上，结合当代超精密加工和检测技术的国内外最新发展动态，细致而详尽地介绍了共形光学系统的关键问题和解决手段。本书在对共形光学系统的产生背景、发展现状及存在问题

进行介绍的基础上，详细阐述了共形光学系统的像差理论，并结合像差理论循序渐进、由浅入深地介绍了同轴共形光学系统

及离轴共形光学系统的设计方法。同时根据实际情况，分别阐述了共形光学系统动态像差校正技术、共形光学系统的加工和检测方法等。

作者先后承担过多项研究项目，如国家“863”计划、国家自然科学基金项目、中国航天科技集团航天基金项目等，并指导多名博士研究生与硕士研究生顺利毕业。为了方便大家系统地了解共形光学系统的基础理论、设计及加工检测方法，作者以近10年的科研与教学经验为基础，撰写了本书。本书涉及的内容属于目标跟踪的热点与瓶颈，符合科学发展与国内科研、生产的需求。

本书全面讲解了共形光学系统的基础理论及工程设计、加工检测方法，内容循序渐进、覆盖全面，采用了以实例推动基础知识讲解的写作方式，可帮助读者直观地了解共形光学系统的设计技巧，回避了枯燥的基础知识讲解，力求快速提高读者工程应用

的能力。

在此，要特别感谢我的两位导师——中国工程院院士、长春理工大学的姜会林教授和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的翁志成研究员的谆谆教导，促使我们始终坚持此方向的研究。衷心感谢中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室和北京理工大学光电学院的同事、朋友和学生的帮助，感谢张运强、徐况、张正慧、何伍斌、宋大林、冯萍、李衍璋、冯帅、钟乐、穆郁、郭雨桐、许祥馨、石鑫鑫、田江宇、赵雪惠、杜杉、黄翼、张文超等同学为本书所做的重要贡献。

由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，欢迎广大读者对本书提出意见和建议。

作者

2021年1月