正版现货新书 光电系统设计基础 9787302574422 吴晗平

光电系统是由光机型光学仪器演变发展而来的，已逐渐成为涉及光（光学）、机（机械结构）、电（电子）、算（计算机）、软件、控制等多学科综合的一体化高新技术复杂大类产品，形成了庞大的光电产业类别、产业体系和产业链条。从军用领域到民用领域，从微观到宏观，从普通型到智能型，从微型、微纳光电系统到大型复杂光电系统，从海洋、地面使用环境到空中、太空、宇宙使用环境，从X射线波段到太赫兹波段，从视距到超视距，从传统分辨率到超分辨率，等等，产生并应用于新领域、新需求、新用途、新功能、新技术的光电系统层出不穷。而光电系统设计对光电系统的制造和产品质量形成，有直接、关键的作用和影响，并向着成为一门相对独立的综合设计分支学科的方向发展，与其他学科将相互促进、相互渗透、相辅相成。光电系统设计具有综合性、一体性、工程性和总体优化的特点。
由于既涉及相关多学科、也注重工程技术、更把光电系统作为一个有机整体设计的应用理论著作，鲜少见到，因此作者20年来一直力图从光电系统界定及设计内涵到体系内容，多角度、多学科研讨如何形成这样一种工程设计应用理论，以促进、加快光电系统设计学科的形成和发展。
本书从总体技术设计、军民用途的角度出发，基于光、机、电、算、软件、控制等方面的综合一体化技术思路，有针对性地选择光电系统及其设计的一些典型基础和共性内容予以介绍和论述，主要包括： 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，光学材料、结构型式与光学设计，光电探测、成像、显示及电子系统设计，目标图像处理、识别及跟踪，光电系统软件开发与设计，光电伺服控制系统及设计，光电系统结构与工艺及模块化设计，光电系统作用距离工程理论计算及总体设计，光电系统“六性”及设计。
光电系统设计基础是内容要求不同的光电信息类专业本科生和光学工程专业研究生的一门专业主干学位课程，更是培养学生综合运用所学知识解决实际工程问题的一门重要课程。作者从尝试不求面面俱到，但求增厚基础、拓宽视野、纵横融合、能力培养、启发潜能、注重实用的角度，以一些典型光电系统和有关重要设计基础内容为着重点，兼顾系统性和创新性，写作本书。
作者曾于2010年由科学出版社出版《光电系统设计基础》，距今已10年有余，期间曾多次印刷。随着相关学科的发展和研究的深入，为了进一步突出设计基础，这次删除了“LED及其应用设计”“太阳能光伏发电及其系统设计”等章节，强化光电系统主要涉及的光、机、电、算、软件、控制等方面的基础性和共性设计内容。相对而言，从横向看，完善光电系统多学科性，增补： 机械方面的结构与工艺设计、电方面的信号处理（图像处理）设计、软件方面的开发设计、光电系统通用特性（“六性”）及设计等章节。从纵向看，增加一些基础宽度（如紫外探测、太赫兹成像、短波红外成像、图像处理及目标检测等）和适当深度（如自适应波门跟踪、精度设计、光机结构设计与杂散光控制等）。因此，这次出版，不仅有选择地增加了部分内容的广度、深度和新度，而且基于工程教育应以工程素养的培养为本质特征，工程科学研究应以工程实践为来源和归宿，以及适用的技术就是好的技术的理念，保留或增补了一些在未来一段时期内将仍然适用的内容，对全书进行全面的增补、修订和完善。在成书过程中还参考了许多文献资料，在此对这些文献资料的作者表示衷心的感谢。本书属于涉及多学科的应用性学术著作，其中有些技术思路、方法反映了作者的观点和工作感悟，希望其出版能起到抛砖引玉的作用。
值得一提的是，作者于2019年出版的《光电系统设计——方法、实用技术及应用》（清华大学出版社），主要注重工程应用性、设计参考数据、工程示例深度等，读者对象倾向于在职工程科技人员，这次出版的《光电系统设计基础》，读者对象倾向于本科高年级学生和研究生。这两本书既有其内容互补性，也有各自偏重和相对独立性，形成了姊妹篇。建议读者依据针对性以及具体情况和需求，在保持体系内容基础性和完整性的前提下，对有些可以作为进一步提升的内容有所选择。
尽管如此，还有许多内容（如非成像光学系统设计、激光加工系统设计、激光雷达系统设计、微纳光电系统设计、红外遥感系统设计、光谱仪器设计、光纤传感系统设计等），由于篇幅所限，或期望可与本书已有内容举一反三，或可触类旁通，或可启发借鉴等考虑，没有涉及或简略带过，但并不表示这些内容不重要。另外，鉴于作者水平有限和许多技术处于快速发展中，深感难以做到大而全和高而深，书中难免存在不足、疏漏，甚至错误之处，有待今后进一步完善，恳请读者批评指正。
书中部分图片提供了彩色版，扫描图片周围二维码即可查看。
吴晗平2021年1月

本书内 光电系统设计是涉及光（光学）、机（机械结构）、电（电路与信号处理）、算（计算机）、软件、控制等方方面面内容的一体化综合性创新设计，是光电产品工程研发需要和新工科建设的重要课程之一。本书从总体技术设计出发，选择信息光电系统和能量光电系统及其设计的主体典型内容予以论述，围绕着如何提高总体系统性能水平这一主线，全面介绍光电系统设计的基础理论和工程技术方法。书中融合了总体工作经验与科研成果，将基础理论与实际工作相结合，突出工程性和应用性特色，内容系统性较强，概念与思路清晰。

吴晗平，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、湖北省仪器仪表学会副理事长、湖北省光学学会常务理事等。任《光学精密工程》《中国光学》《激光与红外》《应用光学》《红外技术》《现代电子技术》等重要专业学术期刊编委。获省（部）级科技奖一等奖两次和三等奖四次。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指委规划教材和学术著作各一部。

第1章光电系统及其设计概要

1.1光电系统的界定与基本组成及设计

1.1.1光电系统界定

1.1.2光电系统基本组成及示例

1.1.3设计概说

1.2光电系统的分类与发展及应用

1.2.1光电系统的分类

1.2.2光电系统的发展

1.2.3光电系统的应用

1.3光电系统的发展基础与制约因素

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试制进程

1.5.1光电系统设计流程及结果

1.5.2光电系统试制进程

1.6光电产品工程设计控制程序

1.6.1设计输入控制

1.6.2设计过程控制

1.6.3设计输出控制

1.6.4“六性”设计控制

1.6.5设计评审控制

1.6.6设计和开发验证与确认控制

1.6.7实验控制

1.6.8实施技术状态管理与技术状态更改控制

1.6.9设计和开发更改控制

1.6.10技术服务和记录

1.7光电产品设计图样文件技术要求

1.7.1产品图样及设计文件的完整性

1.7.2设计文件的内容及要求

1.8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、红外辐射及其波段划分

2.1.2光度量和辐射度量

2.1.3色度量

2.1.4辐射度量、光度量与色度量之间的关系

2.2*黑体及其基本定律

2.2.1*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程序

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章光学材料、光学结构型式与光学设计

4.1光学材料及其分类

4.1.1光学玻璃

4.1.2光学晶体

4.1.3光学塑料

4.1.4光学纤维

4.1.5光学薄膜

4.1.6透明陶瓷

4.2光学系统结构型式

4.2.1光学系统结构型式分类

4.2.2传统折射式光学系统结构型式

4.2.3传统反射式光学系统结构型式

4.2.4传统折反式光学系统结构型式

4.2.5现代光学系统结构型式

4.2.6传统和现代光学系统结构型式比较

4.3光学设计及其发展

4.3.1像差概述

4.3.2光学设计概述

4.3.3光学设计的主要过程和基本步骤

4.3.4像差与光学设计过程

4.3.5光学系统设计技术要求

4.3.6光学设计与计算光学设计的发展概况

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像差校正常用方法

4.5从行业角度如何深入光学设计

4.5.1应掌握的光学设计基础

4.5.2实际设计与工作方法

4.6基于折射衍射混合的机载红外光学系统设计示例

4.6.1系统主要技术指标

4.6.2设计思路

4.6.3设计过程

4.6.4材料选择

4.6.5公差分析

4.6.6环境适应性分析

4.6.7设计结果及分析

4.6.8结论

第5章光电探测、成像、显示及电子系统设计

5.1紫外探测系统

5.1.1紫外探测系统的特点

5.1.2紫外探测系统组成及工作原理

5.1.3总体技术方法分析

5.1.4主要技术性能要求

5.2CCD与CMOS传感器

5.2.1CCD的基本原理及其主要性能指标

5.2.2CMOS的基本原理及其主要性能指标

5.2.3CCD和CMOS传感器的比较及发展趋势

5.2.4CCD在微光电视和紫外成像系统中的应用

5.3红外凝视成像系统

5.3.1红外凝视成像系统的组成、工作原理与特性分析

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

5.3.4IRFPA非均匀性产生的原因及其校正

5.3.5红外凝视系统中的微扫描

5.3.6非制冷红外焦平面探测器

5.3.7短波红外成像系统

5.3.8红外光学系统抗干扰方法

5.4太赫兹成像系统

5.4.1太赫兹辐射特性

5.4.2太赫兹成像系统的组成、工作原理、分类及技术特点

5.4.3太赫兹成像系统关键技术

5.4.4多种成像系统技术比较

5.4.5太赫兹成像系统的典型应用

5.5红外传感器工程设计示例

5.5.1设计出发点及分析

5.5.2红外工作波段选取分析

5.5.3系统总体对红外传感器提出的功能及性能指标要求

5.5.4红外传感器工作原理与组成

5.5.5红外探测器件及物镜光学参数选取

5.6光电显示系统

5.6.1光电显示系统的基本组成及工作原理

5.6.2光电显示器件及系统分类

5.6.3显示器件主要技术性能要求

5.7计算成像系统

5.7.1传统成像和计算成像的原理及其比较

5.7.2计算成像的特点

5.7.3计算成像的分类

5.7.4波阵面编码成像及设计流程示例

5.8电子系统设计

5.8.1电子系统的界定及分类

5.8.2ASIC与EDA

5.8.3一般设计方法

5.8.4以单元电路为基础的设计方法

5.8.5以芯片为基础的设计方法

5.8.6电子系统设计常用工具

第6章目标图像处理、识别及跟踪

6.1概述

6.1.1目标图像预处理

6.1.2目标图像识别

6.1.3弱目标的探测和识别问题

6.1.4跟踪算法

6.1.5多目标跟踪

6.1.6硬件实现分析

6.2紫外图像处理及目标检测方法

6.2.1数字图像特点

6.2.2目标成像模型

6.2.3图像预处理

6.2.4基于单帧图像复杂背景抑制技术

6.2.5中值平滑滤波及其硬件实现

6.2.6基于单帧图像目标检测技术

6.3电视图像动态多目标自动识别及自适应多波门跟踪示例

6.3.1自适应动目标提取

6.3.2多目标识别方法

6.3.3自适应波门

6.3.4多波门系统的捕获与跟踪

6.3.5目标选择跟踪

6.4自动目标识别

6.4.1ATR算法原理分析

6.4.2ATR算法与处理器结构的匹配

6.4.3ATR系统中多传感器的信息融合

6.4.4基于知识的ATR系统

6.4.5ATR系统分析

第7章光电系统软件开发与设计

7.1软件开发流程及文档

7.1.1进程管理的目的和要求

7.1.2开发情况检查

7.2软件设计、编码与测试概说

7.2.1软件需求分析

7.2.2软件概要设计

7.2.3软件详细设计

7.2.4软件编码

7.2.5软件测试

7.3软件设计开发控制程序

7.3.1设计和开发的输入

7.3.2设计和开发的输出

7.3.3设计和开发的评审

7.3.4设计开发的验证

7.3.5设计开发的确认

7.3.6设计和开发的更改

7.4嵌入式软件及其设计

7.4.1嵌入式系统的概念及特点

7.4.2嵌入式软件的概念及特点

7.4.3嵌入式软件的分类

7.4.4嵌入式软件的体系结构

7.4.5嵌入式软件设计流程

7.4.6嵌入式系统的硬件结构

7.4.7嵌入式系统的软件结构

7.4.8嵌入式软件开发流程

7.4.9嵌入式软件开发测试

第8章光电伺服控制系统及其设计

8.1自动控制基础

8.1.1自动控制的基本概念

8.1.2开环控制方式

8.1.3反馈控制方式

8.1.4复合控制方式（开环控制 闭环控制）

8.1.5自动控制系统的分类

8.2控制系统的基本要求与性能指标

8.2.1控制系统的基本要求

8.2.2控制系统的性能指标

8.3控制系统设计的基本问题

8.4控制系统的设计方法

8.5光电伺服系统

8.5.1系统结构组成与分类

8.5.2技术要求

8.5.3执行元件

8.5.4负载力矩计算

8.6光电跟踪控制系统

8.6.1跟踪控制系统主要性能指标提出的依据

8.6.2跟踪系统的基本技术问题

8.6.3高精度控制技术

第9章光电系统结构与工艺及模块化设计

9.1结构设计与工艺概说

9.1.1结构设计界定及其工作解析

9.1.2工艺界定及其工作解析

9.1.3光电电路设计与结构设计的概念

9.1.4光电产品结构设计与工艺的任务

9.1.5光电产品结构设计与工艺的内容

9.2结构总体设计

9.2.1结构总体布局

9.2.2模块尺寸及总体尺寸的确定

9.2.3结构形式确定与精度设计

9.2.4光机结构设计与杂散光控制

9.2.5热设计

9.2.6抗振抗冲击设计

9.2.7电磁兼容性设计

9.2.8密封性设计

9.3光学镜头的结构设计与装调工艺示例

9.3.1光学冷加工及工艺设计

9.3.2结构设计

9.3.3装配与调校工艺

9.4模块化设计

9.4.1模块

9.4.2模块特征

9.4.3模块分类

9.4.4模块化与标准化的关系

9.4.5光电装备模块化结构体系

9.5优化设计

9.5.1价值工程设计

9.5.2设计优化

9.5.3计算机辅助设计与有限元分析

9.5.4光机热集成分析

9.5.5环境适应性设计流程与抗恶劣环境优化设计原则

9.6光电系统结构及工艺设计示例

9.6.1光电系统结构设计

9.6.2光电系统结构工艺设计

9.6.3进一步分析

第10章光电系统作用距离工程理论计算及总体设计

10.1红外系统作用距离计算

10.1.1方程一般形式推导

10.1.2背景限制探测器的一般作用距离方程式

10.1.3特殊系统的作用距离方程式

10.2脉冲激光测距系统作用距离计算

10.2.1激光测距公式

10.2.2脉冲式激光测距仪测距方程式

10.3电视跟踪仪作用距离计算

10.3.1电视跟踪仪作用距离计算(一)

10.3.2电视跟踪仪作用距离计算(二)

10.3.3电视跟踪仪作用距离计算(三)

10.4微光电视作用距离计算

10.5光纤通信系统设计与传输距离计算

10.5.1光纤通信系统设计概述

10.5.2传输距离计算（一）

10.5.3传输距离计算（二）

10.6光电系统总体设计与分析

10.6.1光电总体设计的界定与工作内容

10.6.2光电总体设计的主要特点及值得注意的问题

10.6.3总体设计阶段及主要成果

10.6.4总体设计方法分析

10.6.5值得进一步重视的总体设计技术

第11章光电系统“六性”及设计

11.1“六性”的由来及与“六性”有关的概念

11.1.1“六性”的由来

11.1.2与“六性”有关的概念

11.2“六性”的界定及其相互关系

11.2.1可靠性的界定及与其他“五性”的关系

11.2.2维修性的界定及与其他“五性”的关系

11.2.3保障性的界定及与其他“五性”的关系

11.2.4测试性的界定及与其他“五性”的关系

11.2.5安全性的界定及与其他“五性”的关系

11.2.6环境适应性的界定及与其他“五性”的关系

11.2.7装备“六性”间的相互关系

11.3“六性”设计总体原则

11.3.1不同阶段设计原则

11.3.2“六性”删减原则

11.4光电系统结构“六性”设计

11.4.1结构可靠性设计的具体措施

11.4.2结构维修性设计的具体措施

11.4.3结构保障性设计的具体措施

11.4.4结构测试性设计的具体措施

11.4.5结构安全性设计的具体措施

11.4.6结构设计环境适应性的具体措施

11.4.7装备研制中的结构“六性”工作

11.5装备“六性”数据的收集与分析

11.5.1信息收集内容和来源

11.5.2使用信息收集

11.5.3故障信息收集

11.5.4故障信息分析

11.6产品“六性”要求及工作实施

11.6.1总要求

11.6.2“六性”要求所涉及的标准

11.6.3“六性”工作的实施

11.7装备“六性”工程管理

11.7.1“六性”管理需求及存在的问题

11.7.2“六性”工程管理

参考文献