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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1
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
1.3 综合案例研究：我们的光学系统案例研究简介29
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
4.3 综合案例研究：基于模型的系统工程、MATLAB和FIT的快速原型（基本的光学组件）146
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156
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 SRMA289
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1355
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617
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
