作者简介
吴晗平 男，1964年10月生，工学博士，教授，博士生导师。任中国光学学会光学教育专业委员会常务委员、中国兵工学会光电子技术专业委员会委员、中国电子学会量子电子学与光电子学分会委员、湖北省仪器仪表学会副理事长、湖北省光学学会常务理事、教育部学位与研究生教育发展中心评议专家、湖北省重大科技成果转化与产业化项目评审专家、江西省自然科学基金评委等。同时担任《光学精密工程》《激光与红外》《中国光学》《红外技术》《应用光学》《现代电子技术》《光电技术应用》等专业学术期刊编委。曾从事光电系统（装备）的立项论证、技术研究、设计、研制、检验、试验等一线工作近二十年，主持、承担或参与完成了多个国防高新重大光电装备研制项目和军队科研课题。曾获省（部）级科学技术奖一等奖两次（其中国防科学技术奖一等奖一次），省（部）级科学技术进步奖三等奖四次。出版国家军用标准一项。曾获国防科技图书出版基金资助，在国防工业出版社出版学术专著一部；在科学出版社出版学术著作两部；在清华大学出版社出版教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会规划教材一部。先后在国内外三十多种专业学术期刊上发表论文一百余篇。主要研究方向为光电系统总体技术与设计、环境与可靠性工程技术、红外与紫外技术等。
内容简介
本书基于光学、机械结构、电子、计算机、软件、控制等方面的综合一体化思路，系统论述了光电系统设计的方法与实践。全书共分12章，内容包括光电系统及其设计概要、目标与环境辐射及其工程计算、辐射大气透过率的工程理论计算、光学系统及其设计、红外凝视成像系统及其工程技术设计、CCD与CMOS及其应用系统设计、光电微弱信号处理及设计、光电系统作用距离工程理论计算及总体技术设计、太阳能光伏发电及其系统设计、光电系统软件开发与设计、光电系统结构及模块化设计、光电伺服控制系统及设计。
编辑推荐
本书涉及的主题
光电系统总体技术及其设计概要
目标与环境辐射及其工程计算
辐射大气透过率的工程理论计算
多类光学系统及光机一体化设计
红外凝视成像系统及其工程技术设计
CCD与CMOS及其应用系统设计
光电微弱信号处理及设计
光电系统作用距离工程理论计算及总体技术设计
太阳能光伏发电及其系统设计
光电系统软件开发与设计
光电系统结构及模块化设计
本书突出的特点
基于总体优化和一体化思路，给出了光电系统的工程设计流程、控制程序和技术要求
在如何应用的背景下对核心设计方法展开系统论述
通过示例介绍行之有效的光电系统设计实施步骤
通过实例，论述了为实现关键目标而开展总体技术设计的过程
图书目录
第1章光电系统及其设计概要
1．1光电系统的界定、基本组成及设计
1．1．1光电系统的界定
1．1．2光电系统的基本组成
1．1．3设计概述
1．2光电系统的分类及应用
1．2．1光电系统的分类
1．2．2光电系统的应用
1．3光电系统的发展基础及制约因素
1．3．1光电系统的发展基础
1．3．2光电技术及系统发展的主要制约因素
1．4光电系统设计思想的转变
1．5光电系统设计流程与考虑因素
1．5．1光电系统设计流程及结果
1．5．2光电系统设计考虑因素
1．6光电系统总体技术与总体设计
1．6．1光电系统总体技术研究
1．6．2光电系统总体设计
1．6．3光电系统总体优化设计
1．7光电系统工程方法
1．7．1技术成熟度与制造成熟度
1．7．2系统工程的核心思想
1．7．3产品开发技术过程
1．7．4产品分析方法
1．7．5产品成熟度快速提升模型
1．8光电产品工程设计控制程序
1．8．1设计输入控制
1．8．2设计过程控制
1．8．3设计输出控制
1．8．4设计更改控制
1．8．5技术服务和记录
1．8．6新产品设计试制进程
1．9光电产品设计图样文件技术要求
1．9．1产品图样及设计文件的完整性
1．9．2设计文件的内容及要求
1．10光电系统设计与仿真软件
第2章目标与环境辐射及其工程计算
2．1光辐射与度量
2．1．1光辐射及其红外辐射
2．1．2光度量和辐射度量
2．2绝对黑体及其基本定律
2．2．1绝对黑体与非黑体
2．2．2普朗克定律
2．2．3斯忒藩玻耳兹曼定律
2．2．4维恩位移定律
2．2．5朗伯余弦定律
2．3辐射源及特性形式分类
2．3．1辐射源分类
2．3．2辐射源特性形式
2．4点源、小面源、朗伯扩展源及成像系统像平面的辐照度
2．4．1点源、小面源、朗伯扩展源产生的辐照度
2．4．2成像系统像平面的照度
2．5非规则体的辐射通量计算及目标面积的取法
2．5．1非规则辐射体的辐射通量计算
2．5．2辐射计算中目标面积的取法
2．6目标与环境光学特性的分类及特点
2．6．1空间目标与深空背景
2．6．2空中目标与天空背景
2．6．3地面目标与地物背景
2．6．4海面目标与海洋背景
2．7环境与目标光辐射特性
2．7．1天体背景光辐射特性
2．7．2太阳光辐射特性
2．7．3天空背景光辐射特性
2．7．4海洋背景光辐射特性
2．7．5自然辐射源与目标辐射源
2．8目标辐射的简化计算程序
第3章辐射大气透过率的工程理论计算
3．1地球大气的组成与结构及其辐射吸收作用
3．1．1地球大气的组成
3．1．2大气层结构
3．1．3大气的辐射吸收作用
3．2大气衰减与透过率
3．3大气中辐射衰减的物理基础
3．4大气透过率数据表
3．5海平面上大气气体的分子吸收
3．6不同高度时的分子吸收修正问题
3．6．1吸收本领随高度而改变所引起的修正
3．6．2分子密度随高度而改变所引起的修正
3．6．3纯吸收时的透过率计算方法
3．7大气分子与微粒的散射
3．8与气象条件有关的衰减
3．9平均透过率与积分透过率的计算方法
3．9．1平均透过率的计算方法
3．9．2积分透过率的计算方法
3．10计算示例
3．11几种大气辐射传输计算软件应用比较分析
第4章光学系统及其设计
4．1光学仪器及其发展
4．1．1光学理论的发展
4．1．2新设计的发展
4．1．3新材料、新工艺、新器件的发展
4．1．4电子技术的发展
4．1．5光学仪器的类别
4．1．6光学仪器发展简史及其发展趋势
4．2光学设计及其发展
4．2．1光学设计概述
4．2．2光学设计的主要过程和基本步骤
4．2．3像差与光学设计过程
4．2．4光学系统设计要求
4．2．5光学设计的发展概况
4．3应掌握的光学设计基础
4．4光线追迹及像差校正常用方法
4．4．1光线追迹概述
4．4．2光学系统的像差概述
4．4．3像差校正的常用方法
4．5光学设计的大致类型及各类镜头的设计差别
4．5．1光学设计的大致类型
4．5．2各种镜头的设计差别
4．5．3数码相机的镜头焦距与光学镜头
4．5．4新型光学系统类型及其设计差别
4．6可见光光学系统设计示例： 用于可见光电视导引头的摄像物镜设计
4．6．1光学性能指标
4．6．2光学系统的结构
4．6．3设计结果
4．6．4结论
4．7非成像光学系统设计示例： 太阳能采集用1000mm口径菲涅耳透镜设计
4．7．1菲涅耳透镜结构
4．7．2主要技术指标要求
4．7．3设计计算过程
4．7．4设计结果分析与讨论
4．8光机一体化设计示例： 某型红外成像光学系统工程设计
4．8．1使命任务
4．8．2设计特点
4．8．3设计思路
4．8．4设计依据
4．8．5主要功能与性能要求
4．8．6系统组成与接口
4．8．7工作原理
4．8．8光学系统的设计
4．8．9遮光罩的设计
4．8．10主体机械结构设计
4．8．11关重件特性分析
4．8．12可靠性与电磁兼容性设计
4．8．13标准化执行情况
4．8．14系统主要技术指标计算(系统设计计算)
4．8．15设计结果与分析
4．8．16设计输出文件
第5章红外凝视成像系统及其工程技术设计
5．1热成像技术特点
5．2红外凝视成像技术的发展
5．3红外凝视成像系统的工作原理
5．3．1红外凝视成像系统的组成和工作原理
5．3．2红外热成像系统性能评价的常用指标
5．3．3凝视成像系统的优点
5．4IRFPA非均匀性产生的原因及其校正技术
5．4．1红外焦平面非均匀性产生的原因
5．4．2红外焦平面NUC方法
5．4．3四种算法的优点和缺点
5．4．4三种新算法
5．4．5非均匀性表示方法
5．5红外凝视系统中的微扫描技术
5．5．1红外成像过程
5．5．2微扫描
5．5．3非均匀微扫描
5．6热像仪产品选例
5．7红外传感器工程设计出发点及分析
5．8红外工作波段的选取分析
5．8．1光谱辐出度
5．8．2光谱辐射对比度
5．8．3光谱辐射对比度极值波长
5．8．4两个红外波段的实际比较
5．9系统总体对红外传感器提出的功能及性能指标要求
5．9．1主要功能
5．9．2红外传感器的性能
5．10红外传感器的工作原理与组成
5．10．1红外传感器的工作原理
5．10．2红外传感器的组成
5．11红外探测器件及物镜光学参数选取
5．11．1红外探测器组件的选取
5．11．2物镜光学系统的设计考虑及参数选取
5．11．3物镜的温度补偿
第6章CCD和CMOS及其应用系统设计
6．1CCD的基本原理及其主要性能指标
6．1．1CCD器件的基本原理
6．1．2CCD传感器的主要性能指标
6．2CCD成像器件与真空摄像管的比较
6．3CMOS传感器的基本原理及其主要性能指标
6．3．1CMOS的基本原理
6．3．2CMOS传感器的主要性能指标
6．4CCD和CMOS传感器的比较及发展趋势
6．4．1制造工艺的差异
6．4．2性能差异
6．4．3CCD与CMOS的发展趋势
6．5CCD摄像机分类与例示
6．5．1CCD摄像机分类
6．5．2CCD摄像机例示
6．6CCD的工程技术应用
6．6．1CCD的七个主要应用领域
6．6．2尺寸测量
6．6．3工件表面质量检测 (粗糙度、伤痕、污垢)
6．7CCD图像传感器在微光电视和紫外成像系统中的应用
6．7．1CCD图像传感器在微光电视系统中的应用
6．7．2CCD图像传感器在紫外成像系统中的应用
6．7．3存在的问题及解决途径
6．8高灵敏度CCD光电信号检测系统设计示例
6．8．1光电信号检测系统的组成
6．8．2高性能CCD简介
6．8．3CCD输出信号的预处理
6．8．4A/D转换
6．8．5微控制器
第7章光电微弱信号处理及设计
7．1微弱信号检测概述
7．2微弱信号检测的基本理论
7．2．1微弱信号的基本知识
7．2．2微弱信号检测的理论方法
7．2．3提高微弱信号检测能力的途径
7．3紫外目标探测弱信号处理方法示例
7．3．1弱信号自适应处理
7．3．2滤波性能评价
7．3．3仿真计算与结果分析
7．4基于FPGA的紫外通信微弱信号放大器设计示例
7．4．1放大器技术指标、组成与工作原理
7．4．2预放电路设计与仿真
7．4．3A/D转换
7．4．4数字滤波的设计及仿真
7．4．5设计结果分析
第8章光电系统作用距离工程理论计算及总体技术设计
8．1红外系统的作用距离计算
8．1．1方程一般形式推导
8．1．2背景限制探测器的一般作用距离方程式
8．1．3特殊系统的作用距离方程式
8．2脉冲激光测距系统的作用距离计算
8．2．1激光测距公式
8．2．2脉冲式激光测距仪测距方程式
8．3电视跟踪仪的作用距离计算
8．3．1电视跟踪仪的作用距离计算(一)
8．3．2电视跟踪仪的作用距离计算(二)
8．3．3电视跟踪仪的作用距离计算(三)
8．4微光电视的作用距离计算
8．5光纤通信系统的作用距离计算
8．6总体技术设计与示例
8．6．1预先分析与研究
8．6．2系统初步设计
8．6．3综合权衡研究和系统最终设计
第9章太阳能光伏发电及其系统设计
9．1太阳能发电概述
9．2光伏发电历史及应用领域
9．2．1光伏发电历史
9．2．2应用领域
9．3太阳能电池
9．4太阳能光伏发电系统的组成
9．4．1太阳能电池板
9．4．2充电控制器
9．4．3蓄电池
9．4．4逆变器
9．4．5太阳能供电系统的特点及类型
9．4．6独立光伏发电系统
9．4．7并网光伏发电系统
9．5太阳能光伏发电系统的设计方法
9．5．1一般工程设计步骤
9．5．2设计因素分析
9．5．3常用设计方法
9．5．4成本核算
9．6住宅用太阳能光伏系统简易设计示例
9．6．1设计步骤
9．6．2设计条件
9．6．3太阳能电池阵列设计
9．710kW太阳能并网发电系统设计示例
9．7．1并网发电系统的组成
9．7．210kW太阳能并网发电系统的设计
9．7．3并网逆变器
9．7．4配电室设计
9．7．5防雷
9．7．6系统建设及施工
9．7．7设备安装部分
9．7．8检查和调试
9．7．9并网电站建设流程图
9．7．10并网发电系统配置表
9．7．1110kW并网发电系统光电场配套图纸
9．8太阳能和风能一体化发电系统设计示例
9．8．1太阳能与风能一体化发电系统
9．8．2风光互补发电系统的组成和分类
9．8．3风力发电机
9．8．4风光互补发电系统的设计方法
9．8．5离网户型风光互补发电系统的设计
9．8．6系统最终设计方案
9．8．7系统性能分析
9．9太阳能光伏/光热综合利用的温控系统设计示例
9．9．1温控系统的组成及工作原理
9．9．2设计指标
9．9．3系统设计
9．9．4光学薄膜仿真
第10章光电系统软件开发与设计
10．1软件开发程序流程及文档
10．1．1进程管理的目的和要求
10．1．2开发情况检查
10．2软件设计概述
10．3软件设计开发控制程序
10．3．1设计和开发的输入
10．3．2设计和开发的输出
10．3．3设计和开发的评审
10．3．4设计开发的验证
10．3．5设计开发的确认
10．3．6设计和开发的更改
10．4嵌入式软件及其设计
10．4．1嵌入式软件的概念及特点
10．4．2嵌入式软件的分类
10．4．3嵌入式软件的体系结构
10．4．4嵌入式软件的设计流程
10．4．5嵌入式系统的硬件结构
10．4．6嵌入式系统的软件结构
10．4．7嵌入式软件的开发流程
10．5软件设计示例
10．5．1系统硬件组成分析
10．5．2系统软件设计
第11章光电系统结构及模块化设计
11．1结构设计与工艺概述
11．1．1光电电路设计与结构设计的概念
11．1．2光电产品结构设计与工艺的内容
11．1．3光电产品结构设计与工艺的任务
11．2结构总体设计
11．2．1结构总体布局
11．2．2模块尺寸及总体尺寸的确定
11．2．3结构形式确定
11．2．4热设计方案的确定
11．2．5抗振抗冲击
11．2．6电磁兼容性设计
11．2．7密封性设计
11．3模块化设计
11．3．1模块
11．3．2模块特征
11．3．3模块分类
11．3．4模块化与标准化的关系
11．3．5光电装备模块化结构体系
11．4优化设计
11．4．1价值工程设计
11．4．2设计优化
11．4．3计算机辅助设计技术
11．4．4抗恶劣环境优化设计
11．5光电跟踪指向器结构设计示例
11．5．1结构总体设计考虑
11．5．2指向器重量计算
11．5．3俯仰轴校核
11．5．4方位轴校核
11．5．5指向器精度计算
11．5．6指向器固有频率计算
11．5．7指向器尺寸链计算
11．5．8激光器散热分析
11．5．9电磁兼容性的具体要求与设计措施
第12章光电伺服控制系统及其设计
12．1自动控制基础
12．1．1自动控制的基本概念
12．1．2开环控制方式
12．1．3反馈控制方式
12．1．4复合控制方式(开环控制+闭环控制)
12．1．5自动控制系统的分类
12．2控制系统的基本要求与性能指标
12．2．1控制系统的基本要求
12．2．2控制系统的性能指标
12．3控制系统设计的基本问题
12．4控制系统的设计方法
12．5光电伺服系统
12．5．1结构组成与分类
12．5．2技术要求
12．5．3执行元件
12．5．4光电跟踪伺服系统及其控制技术的发展趋势
12．6光电跟踪控制系统
12．6．1跟踪控制系统主要性能指标提出的依据
12．6．2跟踪系统的基本技术问题
12．6．3高精度控制技术
12．7光电跟踪伺服系统设计示例
12．7．1主要性能指标
12．7．2光电跟踪伺服系统的总体结构
12．7．3伺服控制系统的方案设计
12．7．4负载力矩及相关主要部件选型
12．7．5系统总体计算
12．8光电跟踪伺服系统的建模与仿真示例
12．8．1伺服系统的工作原理与结构
12．8．2伺服系统主要部件的数学模型
12．8．3环路建模仿真
12．9机械结构因素对光电跟踪伺服系统性能的影响
12．9．1转动惯量与伺服系统性能的关系
12．9．2结构谐振频率与伺服系统性能的关系
12．9．3摩擦力矩与伺服系统性能的关系
12．9．4消除或减小机械谐振的措施
专家点评
★多年来，《光电系统设计》一书的主体内容曾在国内航空、航天、兵器、电子等行业的众多光电类科研院所、大型企业的相关科技人员在职高级研修培训中，进行过深度有所区别的多次使用，反响很好。该书为读者分享了关于光电系统设计的原理与实践，可以抛砖引玉，优化开发光电系统的工作，是一本难得的佳作！
——周泽武 中国兵器装备研究院副院长、研究员
★《光电系统设计》是军、民用光电系统装备领域非常好的一本专著。作者结合自己在光电装备预先研究、型号研制的大量工程实践经验，较为系统地阐述了军、民用光电系统光、机、电、算等专题的研究内容，具备系统性、跨学科领域的特点，成书特色鲜明，涵盖了光电系统设计与研制的主要内容。此外，该书对各个专题探讨均较为深入，对系统研制过程中的难点和要点进行了深入理论分析，包括系统总体技术、光学系统、典型传感器、微弱信号处理设计等。该书可为相关领域研究生、科研和工程技术人员等提供参考和学习借鉴。
——郭劲 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员、 激光与物质相互作用国家重点实验室副主任
★光电系统日趋复杂，系统设计惟有遵循规范之道才能成功应对。《光电系统设计》一书集作者长期从事光电装备论证、技术设计之经验，深入浅出地分享了相关实践。例如，本书第4章中的光机电一体化设计示例，完全按工程一体化技术设计思路，避免了光、机、电设计相分离的问题，将系统工程优化方法用来指导解决系统性能优化这一主要依赖个人经验的难题，帮助研发团队定量地满足性能目标。相信无论是初学者还是经验丰富的工程师都将从书中获益。
——陈念江 中国电子科技集团有限公司首席科学家★《光电系统设计》一书作者为业内资深专家，书中详尽讲述了光电系统的重要内容和典型技术设计方法，例如光电系统的界定与基本组成及设计、光电系统设计思想的转变、系统总体设计与优化、工程设计控制程序、设计图样文件技术要求等。在此基础上，该书结合与之配套的光电跟踪伺服系统设计等诸多示例，进行了深入浅出的讲解，对于从事光电系统开发的技术人员，具有很高的实用参考价值。
——闫秀生 中国电子科技集团有限公司首席专家★光电系统的设计在产品研发中的作用日益重要，《光电系统设计》一书的出版恰逢其时。围绕着如何提高系统总体性能水平这一主线，该书全面论述了光电系统设计的理论、方法、技术、实践与应用，凝结了作者长期从事相关工作的经验与心血，是光电系统领域一部重要而珍贵的技术参考书籍。
——张新亮 华中科技大学光学与电子信息学院院长、教授★《光电系统设计》是一本针对信息光电系统、能量光电系统技术设计的指导性著作，可供从事光电系统（装备）研究、总体论证、技术设计、研制等方面工作的行业技术人员深度学习。作者二十多年的光电系统总体技术及设计研究与工程实践体悟的积累和沉淀都浓缩在了这本著作之中。
——耿林 华北光电技术研究所副总工程师、研究员图书信息
书名： 光电系统设计——方法、实用技术及应用
书号： 9787302518921
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