基于“猫眼效应”的狙击手光电探测仪

为从技术层面上提高反狙击能力,通过分析狙击步枪瞄准镜的反射特性,利用线阵CCD捕捉瞄准镜回波信号研制出主动式狙击手光电探测仪。介绍了探测仪的主要指标参数,并模拟实际使用环境验证了其探测效果。试验结果表明:在城市作战中狙击手通常伏击的距离为20 m~200 m,探测仪可准确探测微光瞄准镜及口径为32 mm、40 mm、42 mm和50 mm的白光瞄准镜,且不受镜子和手电筒凹面镜等反射体干扰,但对加装蜂窝板的瞄准镜,当距离大于80 m后无法可靠探测。     

基于激光主动探测的“猫眼效应”研究

 针对基于“猫眼效应”的激光主动探测技术在光电对抗中的广泛应用,建立了迎面观瞄光电装置光学系统反光指数数学模型,并结合探测组件建立了探测距离数学模型,模拟了反光指数与内部特性参数间的数值关系及探测距离与迎面观瞄光电装置主要参数间的数值关系。为了验证建立的数学模型的正确性,利用研制的激光主动探测装置,分别以2.5 mm、5.5 mm孔径角镜和25 mm、35 mm、56 mm孔径光电观瞄装置为目标,进行了最大探测距离模拟和验证实验,模拟值分别为1 290 m、1 656 m、866 m、1 919 m、1 226 m,实验值分别达到1 100 m、1 500 m、800 m、1 800 m、1 200 m。结果表明：最大探测距离模拟值和实验值有很好的一致性。     

基于“猫眼效应”的目标识别

阐述了“猫眼效应”的基本原理,并在此基础上对“猫眼效应”进行了实验验证。实验结果表明,光电探测器的确存在“猫眼效应”。利用“猫眼效应”进行远距离的目标探测与识别能够简化系统并有效提高目标探测识别的概率,对今后选取合适的方案进行空间目标捕获、跟踪和瞄准有一定的参考意义。     

基于“猫眼效应”的目标识别

 阐述了“猫眼效应”的基本原理，并在此基础上对“猫眼效应”进行了实验验证。实验结果表明，光电探测器的确存在“猫眼效应”。利用“猫眼效应”进行远距离的目标探测与识别能够简化系统并有效提高目标探测识别的概率，对今后选取合适的方案进行空间目标捕获、跟踪和瞄准有一定的参考意义。     

“猫眼”目标的激光主动探测距离分析

激光对光电传感器主动探测的基本原理是基于光学系统的"猫眼"效应的。最大探测距离是探测系统的重要参数之一。对影响探测距离的几个重要因素如激光发射束散角、CCD灵敏度、大气能见度等进行了分析,给出了最大探测距离的数学模型,并在此基础上运用MATLAB进行了模拟仿真。分析结果表明,最大探测距离随激光发射束散角的减小、CCD灵敏度的提高而增大,随大气能见度的增强而增大。     

分划板失调时猫眼系统的反射特性

为降低光电装备猫眼效应,减小光学窗口被激光主动侦察系统探测到的概率,对分划板失调情况下猫眼系统的反射特性进行了研究。基于几何光学与2维平面波角谱衍射理论,推导并仿真了平面波通过分划板失调猫眼系统在出射面上的衍射光场分布特性,实验验证了猫眼目标的反射特性。研究结果表明:分划板失调会导致猫眼系统出射面的回波光斑发生椭圆形变,而斜入射探测激光会使这一现象更加明显。利用这一特性对猫眼系统进行改进,会大大增加激光主动侦察系统区分形变猫眼目标和漫反射背景干扰的难度。     

分划板失调时猫眼系统的反射特性

为降低光电装备猫眼效应,减小光学窗口被激光主动侦察系统探测到的概率,对分划板失调情况下猫眼系统的反射特性进行了研究。基于几何光学与2维平面波角谱衍射理论,推导并仿真了平面波通过分划板失调猫眼系统在出射面上的衍射光场分布特性,实验验证了猫眼目标的反射特性。研究结果表明：分划板失调会导致猫眼系统出射面的回波光斑发生椭圆形变,而斜入射探测激光会使这一现象更加明显。利用这一特性对猫眼系统进行改进,会大大增加激光主动侦察系统区分形变猫眼目标和漫反射背景干扰的难度。     

利用Zemax分析“猫眼效应”的激光反射特性

利用Zemax镜头设计软件建立了共轴的简化"猫眼效应"反射模型,并结合其强大的物理光学传播分析功能,仿真分析了目标镜头的口径、焦距、焦平面反射元件尺寸、倾斜度等主要参数对"猫眼效应"激光反射特性的影响。仿真分析的结果表明,目标镜头的"猫眼效应"激光反射特性是受目标参数和入射激光特性所共同制约的,对于空中目标来说,其"猫眼效应"的激光反射特性完全可以为激光主动探测所用。     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性,即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件,弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响,建立了斜入射猫眼效应反射模型,分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性,以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统,猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内,在此范围之内,猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切;基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

 光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性,即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件,弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响,建立了斜入射猫眼效应反射模型,分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性,以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统,猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内,在此范围之内,猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切;基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

利用激光主动探测技术实现光电窥视设备检测

针对激光主动探测时光电设备表现出的猫眼效应,搭建了基于CCD的激光主动探测系统,提出了一套有效的光电窥视设备检测算法。该算法在激光脉冲的间隔,同时采集激光主被动图像,根据窥视目标与普通漫反射物体的回波强度差异,利用背景差法检测窥视目标。实验结果表明,在半径为5 m的作用范围内,该激光主动探测系统可有效、快速地将光电窥视目标从背景中检测出来,并且不受场景和光照的限制。通过对光学口径为2 mm的光电窥视设备在20个不同场景环境下进行实验,正确检测率达到95%,且每帧的检测时间在0.015~0.021 s内,满足了实时性需求,验证了本文系统搭建方案的正确性与软件处理算法的有效性。     

车载光电侦察系统目标定位及误差分析

车载光电侦察系统在目标定位过程中,由于光电平台、惯导系统的工作方式及安装位置差异,在建立光电平台坐标系、惯导系统坐标系、本地坐标系、地心坐标系、基于参考椭球的经纬度表示等一系列坐标系基础上,推导出目标定位模型,计算出目标的经纬度和高程,实现对目标的精确定位。通过模型对光电侦察系统的主要误差源进行分析和试验仿真,结果表明该模型能够保证对目标定位精度的要求。外场实验结果表明:系统目标定位精度优于15 m。     

光电侦察阵列对空目标定位算法研究

为扩大重点区域防御的侦察范围及对来袭目标的定位,在双单元交互测量定位算法的基础上,利用相邻阵列单元接力测量,由中心处理单元完成被动测距、坐标转换与数据融合,提出了一种基于阵列式光电侦察系统对空目标定位算法,建立mn光电侦察阵列对空目标定位算法数学模型。通过MATLAB完成了22阵列单元对单目标定位仿真验证与误差分析。结果表明,该算法实时输出了目标三维航迹数据,实现了光电侦察阵列对空目标的定位,与理论真值相比,平均定位误差绝对值小于7 m。     

光电侦察装备中的反射镜稳定技术

 反射镜稳定技术通过控制光学通道中反射镜的姿态以实现视轴惯性稳定,广泛应用于飞机、舰船和车辆等载体上的光电侦察装备中。为了进一步提高反射镜的稳定性能,综合介绍了国内外反射镜稳定的结构形式和应用特点,通过运动学分析描述了反射镜光路特性和基于半角机构的反射镜稳定原理,着重分析了几种捷联式反射镜视轴稳定的系统配置方式与伺服控制机理。讨论了影响反射镜稳定性能的关键因素,为工程进一步应用提供参考。     

激光主动照明光学系统设计

为提高跟踪测量系统对暗弱目标的探测能力,设计一套自动化激光主动照明光学系统,对跟踪测量视场范围进行主动辅助照明。该系统在0.2~5 km距离处的照明直径均为10 m,计算出其在-20℃及+45℃的温度调焦量,照明仿真结果表明系统照明不均匀性15%。通过研究系统像差对照明均匀性的影响,以及对设计的调光组进行分析,得到调光组移动量与照明距离之间的理论关系,表明自动调节调光组位置即可实现不同照明距离处的均匀照明。设计和分析结果表明,该主动照明系统能够自动调节调光组位置,实现跟踪测量视场内的均匀照明,有利于跟踪测量系统对于暗弱目标的探测。     

非扫描激光主动成像制导技术研究

介绍了激光主动成像制导技术的基本原理。分析了基于相位法的非扫描激光成像技术和基于多狭缝条纹管的非扫描激光成像技术以及基于阵列的非扫描激光成像技术的原理、特点和发展现状,讨论了非扫描激光主动成像制导技术在巡航导弹中的应用。它们为非扫描激光主动成像制导技术在具体背景下的应用提供了一定的参考价值。     

多波长激光探测微小摄像头机理研究北大核心CSCD

基于激光不同波段的探测传输特点,通过分析典型微小摄像头的回波传输特性,提出了一种针对多波长激光特征检测微小摄像头的研究方案。利用几何光学和波动光学理论,分析微小摄像头结构及其反射光谱特征,计算并仿真了一定探测距离下的回波光场,在此基础上搭建多波长激光检测系统。实验结果表明,在一定的景深范围内,具有红外截止滤光片的微小摄像头对可见光的回波光斑衍射环特征明显、条纹对比度高且可探测距离远;近红外波段的目标回波功率低、后向散射干扰严重,可探测距离近;短波红外波段几乎不受红外截止滤光片影响,且1550 nm处于人眼安全波段。实验结果与数值分析、理论仿真结果一致,验证了短波红外激光用于探测微小摄像头的可行性。     

880nm半导体激光主动照明光纤耦合模块

为降低半导体激光主动照明红曝,选择波长880 nm大功率半导体激光器作为新型激光主动照明成像系统光源。根据光纤耦合过程光参数积不变原理,研制出波长880 nm大功率半导体激光器阵列单光纤耦合模块,利用光纤匀光作用使激光光束匀化整圆后用于激光主动照明。首次在波长880 nm大功率半导体激光器上采用阶梯反射镜光束整形方法,使激光光参数积与光纤匹配,激光高效耦合进入纤芯400μm、数值孔径0.22的光纤。室温条件下光纤耦合模块连续输出功率44.9 W,电光转化效率35%,波长880 nm大功率半导体激光器阵列光纤耦合模块,不仅其红曝小而且对应CMOS图像传感器光谱响应度较高,系统成像质量好。