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红外导引头光学系统是红外导引头的重要组成部分，对红外导引头的性能具有重要影响。因此对红外导引头光学系统从多个方面进行系统研究是非常有必要的。
首先，本文对红外光学系统进行了简要综述，并分析了红外光学系统所针对的目标和背景辐射特性，论述了大气衰减对红外辐射的影响，从而确定红外光学系统所采用的工作波段，在此基础上计算了红外导引头的作用距离。
其次，本文重点研究了红外光学系统的光学性能。详细分析了圆锥扫描光学系统的成像特性，推导出了目标以及光学系统结构对像平面位置和像点扫描轨迹的关系。采用光测法对扫描圆轨迹进行了静态和动态测试。同时，从弥散斑和光学传递函数两方面评价了光学系统的像质，并对红外光学系统的热离焦性能进行分析。实验结果表明像质良好，可不作温度补偿。
接着，本文对红外光学系统的杂散辐射进行了深入分析。在研究入射辐射能量分布的基础上，从理论上给出了光学系统的杂散辐射的计算方法，并进行了蒙特卡罗法仿真验证，比较了各种杂散辐射的量级，给出了相应的提高杂散辐射抑制的措施。
最后，本文研究了红外光学系统的动态性能。红外光学系统作为空空导弹的重要组成部分，要适应复杂的动力学环境。本文采用有限元分析方法，对红外光学系统结构在工作状态下的变形、应力及固有频率作了全面的分析，从而验证了光学系统的结构是否满足光学像质要求和刚度要求，确定了面形变化的显著区域，并专门对其中的关键结构进行了详细分析，进而提出了结构优化的途径。
本论文的研究对红外光学系统的改进具有一定的现实指导意义，对导引头的信号处理等也产生一定的积极影响。