空间相干激光通信中目标位置误差的相干探测

空间相干激光通信终端中的跟瞄(PAT)系统性能直接影响通信质量。在通用的相干接收机系统中加入CCD和图像处理软件,在对传输信号进行相干探测的同时可得到目标位置误差信息,实现发射光束的实时调整。给出了干涉场强的理论表达式以及图像参数与目标位置的关系式,并讨论了实际应用中波长抖动对位置误差探测精度的影响。通过计算机仿真,验证了目标位置相干探测原理以及波长扰动分析的正确性。     

距离千米级双望远镜的空间碎片激光测距

以上海天文台收发分离的21cm/60cm口径卫星激光测距系统为例,利用高精度计时器、光电探测器等设备,对发射/接收系统的时延分别进行测量与标定,测量地面靶目标所得到的发射/接收系统的总时延与常规地面靶目标测量方法的测量均值相比,时延标定误差为400ps。在此基础上,利用高精度时钟系统,并在解决远距离望远镜回波信号探测距离门控制问题的条件下,实现了相距2.5km的双望远镜系统对距离大于1000km的空间碎片目标的测量,验证了远距离接收空间碎片目标激光回波信号的能力。     

智能反射面辅助的星地融合网络鲁棒安全波束成形算法

针对智能反射面辅助的星地融合网络,提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形方法.首先,考虑到卫星利用点波束技术服务地球站,而地面基站通过多播技术服务多个地面用户,并且在两个网络实现频谱共享的情况,建立以系统总发射功率最小化为目标,基站用户服务质量和地球站安全可达速率为约束条件的联合优化问题;其次,为了求解该非凸问题,利用三角不等式和Holder不等式推导出窃听者非完美信道状态信息条件下的输出信干噪比上下界;接下来,进一步提出了基于半正定规划和惩罚函数相结合的鲁棒波束成形和功率控制联合优化方法,以实现星地融合网络的安全可靠传输.最后,计算机仿真结果验证了本文所提算法的有效性和优越性.     

Burst模式在多波束声呐高帧率测深方法中的应用

在常规多波束测深声呐系统中,需要等待远距离目标信号到达接收基阵后才能再次发射探测信号,这将导致测深帧率下降。针对该问题,本文提出了一种基于Burst模式的多波束声呐高帧率测深方法。由于各角度的海底回波持续时间远小于远距离目标信号到达接收基阵的所需时间,根据这一特性我们采用Burst模式,通过等间隔地发射多帧信号并接收,同时保证发射的间隔大于最大波束持续时间,实现多帧信号在时间角度域中的分离,提高测深系统帧率。由于相邻帧的隧道效应会与部分波束发生重叠,针对该问题采用改进的线性约束最小方差算法,实现了低副瓣宽零陷的波束形成,从而削弱隧道效应的影响。最后通过仿真数据验证了本文所提方法的有效性,表明该方法在特定条件下能够将测深帧率提高3.3倍。     

深海海底反射区声场角谱域分布结构分析及在声纳波束俯仰上的应用

深海海底反射区的声场干涉导致能量起伏,存在不连续的若干声纳可探测区.主动声纳探测海底反射区目标时,必须建立起声纳可探测区与波束俯仰角间的量化关系,通过合理选择最优发射波束俯仰角,才能使其对准声纳可探测区.本文通过理论分析和数值仿真,指出海底反射区离散的声纳可探测区的形成与不同掠射角声线能量周期性起伏直接相关,当主动声纳波束俯仰角与某个声线能量峰值对应的出射角一致时,可保证在一个对应的声纳可探测区内获得高的发射阵增益.在此基础上,通过声线干涉理论建立了声线能量峰值和出射角的量化关系,并提出一种脉冲串信号形式,包含多个可对准各声线能量峰值的子脉冲,每个子脉冲可保证照射到一个声纳可探测区,整个脉冲串发射时可在海底反射区的全部声纳可探测区内均取得高的发射阵增益.经仿真验证,该方法探测效果好,稳健性高,具有良好的应用前景.     

齿鲸生物声呐目标探测研究综述

齿鲸依靠其天然的声呐系统进行水下目标探测.齿鲸通过前额的声发射系统发出超声脉冲,经声阻抗各异的声学结构调控形成波束,作用于目标,利用下颌区域的多相声接收通道接收目标回波.齿鲸通过分析目标回波中蕴含的时域、频域与能量等多维度信息,并进行非线性组合,实现目标探测与辨别.齿鲸目标探测过程蕴藏复杂的物理机理.本文以目标探测实验测量、目标回波散射分析与仿齿鲸声呐系统为出发点,回溯齿鲸声呐目标探测的相关研究.齿鲸在目标探测过程中,会根据目标强度、回波的时频信息,自适应调整其声发射脉冲频率、发射系统几何形态,实现高效探测,是优越的水声探测系统.参考齿鲸声呐设计人工探测系统可获取多维度的声场信息,与生物实验测量相辅相成,加深对生物多相介质中的声发射与声接收过程的理解,丰富齿鲸目标探测物理机理认知,为人工仿生声探测技术的发展与仿生水下装置设计提供新参考.     

一种基于模态提取的深度和距离可变的时反聚焦方法

提出了一种基于模态提取的深度和距离同时可变的时反聚焦方法。首先,通过模态提取方法从时反阵列接收的探测信号中提取出波导中传播的模态函数信息,并且进一步地从中获得一个包含探测声源深度信息的对角阵以及一个包含探测声源距离信息的向量;然后,利用模态提取获得的信息对探测声源深度信息矩阵和距离信息向量进行调整,重新构造出时反阵列的一个接收声场向量信息,使得时反发射声场聚焦的深度和距离发生变化。这种方法克服了传统时反处理只能在探测声源位置聚焦的局限性,通过对探测声源深度信息矩阵和探测声源距离向量信息进行适当的调整,可以将时反发射的声场聚焦到探测声源以外的某个期望位置上。针对典型浅海波导环境,通过计算机仿真试验验证了该方法的有效性。      

高精度星载点目标轨迹跟踪系统设计

一种高精度星载点目标轨迹跟踪系统,利用拟合点目标轨迹曲线的方法将点目标位置数据简化成多项式系数的数据包,由地面测控系统发送至星上遥感器指向控制单元。指向控制单元与时间管理单元解析数据包中时间参数与系数参数,控制指向镜机构进行运动,对点目标轨迹进行自主跟踪。此方法提高了跟踪系统的跟踪精度,减轻了目标跟踪时总线通信压力。经过试验验证,系统的跟踪精度远优于传统的目标跟踪方法,可进行推广使用。     

高功率微波相控阵天线伺服系统的设计与实现

在某高功率微波系统中,通过控制多路移相器的位置,来达到对微波波束的精确控制。在伺服控制系统的设计中,为了解决强电磁场对伺服系统的干扰与破坏,在设计时从控制系统方案设计、系统组成、移相器单元设计、位置传感器设计、位置环路设计、电路板设计、机箱设计、传输线缆等方面进行严格的针对性设计与处理。设计过程中,对关键器件与部件进行现场试验进行方案验证与选择。最终,在高功率微波系统对目标进行连续辐射的实测中,工作稳定可靠,控制系统对多路移相器的定位精度达到0.1 mm,达到了预期的效果。     

面向卫星互联网平台的星敏感器光学系统设计与验证

星敏感器为卫星提供高精度的姿态信息。随着卫星互联网技术在国防和民用领域中不断发展,要求其搭载的星敏感器向体积小、重量轻、精度高方向发展,因此需要充分结合应用需求对星敏感器光学系统进行设计。文中基于黑体辐射定律,建立6.0等星在相同的积分波段内色温与辐照度的关系,确定系统有效口径;基于星点高斯模型,提出通过提升光学系统能量集中度,实现小口径高灵敏探测;基于蒙特卡洛分析方法确定星敏感器工作视场;基于灵敏度确定杂散光抑制技术要求。利用上述论证结果开展光学系统设计,系统3×3像元内能量集中度优于95%,在-40℃～60℃区间内星点质心偏移不超过0.40μm,在32°杂散光抑制角处,系统消光比为3.0E-8。最后以试验室质心精度标定、外场观星精度与灵敏度测试、杂散光测试验证光学系统设计的合理性。试验结果表明：星敏感器标定精度为1.45″,外场观星精度为4.2″(3σ),极限灵敏度为6.04等星,杂散光背景灰度均值为36.51。     

预警卫星半实物仿真系统设计与实现

国防支援计划(DSP)是美国现役的预警卫星系统,主要对导弹进行早期探测和预警。为评估DSP卫星对目标的探测能力,文中分析了预警卫星的部署情况和工作模式,提出了预警卫星仿真系统的总体设计方案,确定该系统的功能模块以及实现方式;根据预警卫星双波段探测的工作模式构建了红外双色扫描探测模型,提出了基于双霍夫变换的多帧关联目标检测算法,利用目标的运行特性有效去除背景噪声,并结合双波段探测信息融合策略降低卫星虚警率,最后利用双星定位方法预估目标轨迹并对不同发射角目标的预测轨迹与真实轨迹之间的误差进行对比分析。通过试验运行,该系统达到了预期结果,具备对目标导弹的探测和跟踪能力,为导弹性能评估提供一种仿真手段和依据。     

不同光电平台共享目标信息的方法及误差分析

为了满足车载光电侦察系统在野外环境下能够实时快速将目标信息分享给相关辅助武器系统,提出了一种不同光电平台共享目标信息的方法,并给出了该方法的误差分析。该方法通过引入光电侦察系统的平台姿态角、辅助武器系统的平台姿态角等信息,确保光电侦察系统侦察到的目标信息能够实时、准确地传递给辅助武器系统。为了验证该方法的准确性,通过建模分析,得出该方法能够实现目标信息的共享;通过仿真试验对该方法的误差进行分析,得出该方法转化后的目标信息比直接使用采集到的目标信息在精度方面提高了大约3.5 m。     

基于地基观测的时序卫星红外光谱建模与分析

针对地基观测的卫星红外光谱受复杂因素的影响和外场试验对测量卫星物性信息的缺乏,无法解释卫星红外光谱反演出特征的有效性和具体物理意义的问题,提出了一种基于地基观测的卫星热红外光谱的建模和分析的方法.首先,考虑了太阳辐射、地球辐射、卫星各面对探测器的可见情况、地基探测器可探测卫星的范围、大气衰减等因素的影响,更加准确地建立卫星热红外光谱模型.然后,以风云三号卫星为例,利用该模型计算了在观测时序上卫星在地基探测器入瞳上的3—14μm红外光谱辐照度;分析了影响卫星红外光谱变化的主要因素.最后,利用普朗克函数拟合卫星红外光谱,提取出特征与卫星的物性比较,并对其进行分析.结果表明:在各种影响因素中,由卫星运动引起的对探测器可见情况的改变是影响卫星红外光谱数据的主要因素.等效温度和等效面积物理含义能被有效地解释,等效温度接近于太阳帆板的温度,温差仅在15 K左右,等效面积能表征卫星投影面积的变化;发现利用帆板和本体有较大的温差,能实现帆板和本体的分离,并实现新特征的提取.     

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。     

水中单光束扫描激光引信捕获率建模与仿真

为了提高反鱼雷鱼雷(ATT)激光近炸引信对来袭鱼雷的捕获率,首先根据鱼雷目标的激光反射特性,分析了鱼雷目标回波功率随激光束入射角度和入射位置的变化规律。采用空间解析几何方法描述了ATT与来袭鱼雷的交会模型,给出了任意交会距离和姿态时目标回波功率计算方法。根据系统最小探测功率,建立了水中单光束扫描激光引信捕获率蒙特卡罗仿真模型,仿真了系统捕获率随激光脉冲频率的变化关系,获得了探测不同距离目标的最大捕获率和相应的激光扫描频率和脉冲频率。结果表明:当激光扫描频率为15Hz,脉冲频率为4kHz,系统能可靠捕获距离9m内目标。所得系统捕获率仿真模型和结果可为ATT单光束扫描激光引信系统设计提供理论参考。     

一种新型的双光束扫描卫星光通信捕获技术

提出了一种基于双光束扫描的卫星光通信捕获技术。使用两束信标光同时对目标卫星所在的不确定区进行扫描,目标卫星在探测到信标光后利用无线电信号向主动方卫星发送应答信号。通过对应答信号所携带信息的计算分析,最终确定目标卫星所在位置,实现捕获。数值仿真计算表明,该方法比传统方法扫描效率提高90%左右。     

前置放大器在高频信号检测系统中的作用

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.我们在实验室已搭建的高频信号频谱检测系统基础上,研究了前置放大器的噪声参数对整个高频信号检测系统性能产生的影响.通过实验,我们将两个不同输入电压噪声密度的低噪声放大器应用于检测系统,并对所得的结果进行了比较.讨论了在前置放大器方面对基于约瑟夫森效应的液氮温区的小型高频信号检测系统进行改进的可能性.     

基于太阳吸收光谱观测大气一氧化碳柱总量

基于地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区一氧化碳(CO)垂直柱总量的变化,连续采集近红外太阳吸收光谱,获得2015年9月至2016年7月整层大气CO的垂直柱总量的时间序列。观测结果显示合肥地区大气中柱平均干空气混合比(XCO)有着明显的季节变化,在2015年10月有着较小值,然后逐渐增加,到2016年3月达到最大值,之后逐渐下降,在2016年7月底达到最小值,并分析了季节变化的原因。为了对地基近红外波段观测进行验证,采用MOPITT卫星数据和站点同一光谱仪采集的中红外光谱反演的CO柱总量与同期测量的数据进行比对。结果表明,MOPITT卫星数据与地基观测值的季节变化一致,而MOPITT观测值整体高于地基FTS观测值;近红外和中红外波段反演的CO柱总量季节变化范围一致。将地基观测和卫星观测数据进行日平均计算, 并进行相关性分析,得到的地基近红外和卫星观测、地基中红外的CO日平均柱总量的线型回归相关系数分别为0.85和0.91,显示出高的相关性,证明了地基近红外波段反演CO垂直柱总量数据的准确性。首次采用地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区CO的垂直柱总量,并将得到的观测结果与卫星数据比对,得到准确的CO的垂直柱总量,为解大气CO的时空分布状况及其演变规律、追踪合肥地区CO的源汇分布提供理论依据。     

用于侦察告警的Bragg声光接收机

针对测频器件的缺陷,提出了利用声光器件对电磁波进行实时测频的设计方案。根据现代光学理论设计了声光频谱分析系统,研制出软硬件设备。通过试验和仿真,达到了对电磁频谱进行实时检测分析的目的。与其他测频器件相比,所设计的系统体积小、耗能少、稳定性好,传递速度快,且易于计算机控制。采用声光器件制成的Bragg声光接收机能够在复杂的电磁环境中同时快速检测出多束射频电磁波,在电子战中有很高的应用价值。     

星载微光探测仪器的发展及其数据应用

星载微光探测仪器可以在低照度条件下获取可见光至近红外谱段的云图及地面特征资料,是监测夜间和晨昏时段低云大雾的最有效手段。本文介绍了星载微光探测原理;综述了国内外星载微光探测仪器的发展历程,对其卫星系统、仪器技术指标、成像关键技术、数据特点等做了详细论述;最后总结了星载微光探测技术在低云大雾监测、城市灯光和火情监测、烟雾和尘埃监测等方面的应用,它可为我国气象卫星发展相近载荷起到借鉴作用,并完善和丰富我国现有的气象业务观测体系。