阵列式激光靶影响因素分析

激光光幕靶是弹丸测速的主要设备之一,针对阵列式点状激光靶的测速要求,研究了系统调试和测量过程中的影响因素。根据阵列式点状激光靶的测速原理,通过实验分析了负载电阻、光照距离、光照角度、发射角等因素对单路接收信号(负载电压)的影响;根据弹丸过靶时遮挡激光光束对光强变化情况,建立了相应的数学模型,并以此得到了不同压差下计时的相对误差,分析了光幕均匀性对整个测速系统的影响。理论建模和实验分析为阵列式点状激光靶的结构设计和在测速系统中的应用提供了理论依据和参考。     

激光等离子体推进中靶动量测量方法的改进

总结了激光等离子体推进中靶动量的测量方法,设计了双光束测量方法.该方法能够减小靶宽度和靶的运动速度对测量结果的影响.     

双光束激光多普勒测速系统

激光多普勒测速以其高精度、使用方便而在速度测试领域得到广泛的应用. 本文介绍了激光多普勒测速和双光束测速系统的基本原理,并对流体速度进行了测量,得出了相应的实验结果.     

基于平面方程的六光幕精度靶工程化建模及精度分析

针对传统几何法在六光幕精度靶测量模型解算及精度分析中因取近似结构参数而引入误差的问题,提出了基于平面方程的精确解算及精度分析法.依据工程实际,构建了高通用性的六光幕精度靶工程化测量模型及误差传递模型,系统地仿真比较了两类六幕结构中靶距及靶距误差、斜幕角度及角度误差、光源和接收对准误差等多误差源对弹丸速度及着靶坐标测量结果的影响,获得了一系列探测靶面内的测量误差分布数据,并结合实际给出了一个可满足坐标测量误差小于3 mm,相对测速误差小于0.3%指标的工程设计实例.研究结果可为六光幕精度靶的工程化设计与精度评估提供可靠的理论基础及数据参考.     

时分复用激光干涉测速技术研究

为了探索和发展瞬态激光干涉测量技术,本文从理论上对激光差频干涉测速度技术进行了分析,并对该技术的应用基础和发展前景进行了剖析.基于对该技术中关键技术的分析、讨论,提出了时分复用激光干涉测速技术的概念.充分利用了激光差频干涉测速技术中的延迟时间τ,在时间段0~τ和τ之后,激光干涉分别体现的是测位移技术和测速度技术,从而可较好地确定冲击与爆轰等物理过程中的第一冲击前沿的速度值(解决条纹丢失的不确定性);同时在硬件要求不太高(降低对记录用示波器等的带宽和采样率的要求)的情况下,保证有较高的速度测量上限.结合爆轰与冲击物理过程特性的考虑,通过选择合适的干涉测试技术参量,设计并建立了光纤时分复用激光干涉测速系统,进行了时分复用激光干涉测速技术的初步应用研究,获得了较好的应用结果,从而验证了该技术的有效性.     

真空环境下激光与固体靶冲量耦合的机理分析和数值模拟

在准真空环境下，采用高功率密度的调Q-Nd:YAG激光照射固体铝靶表面，测量了不同入射激光强度下气化靶物质对靶的冲量.通过分析不同情况下激光与固态靶、气化物质的作用机理，采用流体力学理论和三维有限差分的计算方法，对不同激光强度情况下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟，将模拟计算所得结果与实验测量结果进行了比较和分析，进而对实验结果进行了解释.由数值模拟结果与实验结果的一致性可见，本文采用的模型能反映激光作用下固体靶力学响应的物理过程.     

啁啾调幅激光雷达对距离和速度的零差探测

构建了一种用线性调频信号去调制激光振幅的激光相干雷达实验系统.系统使用窄线宽激光器、马赫-曾德尔(M-Z)幅度调制器以及光纤零差光路,利用直接数字合成(DDS)技术所生成的啁啾信号对激光振幅进行调制,完成了对目标靶运动速度与距离的同时测量,对速度距离分辨率和误差进行了测试和分析,对信噪比(SNR)与系统探测能力的关系进...     

光子多普勒速度测量系统的数据处理方法

光子多普勒速度测量（Photonic Doppler Velocimetry,PDV）系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动的测量。数据处理是PDV测速技术重要的组成部分,旨在从含有大量噪声的测量数据中获得靶面等运动体的速度信息。在分析PDV系统测速原理的基础上,讨论了激光冲击强化实验PDV数据中噪声的来源和特点,解释了条纹法的去噪原理,并针对小波变换的去噪问题,提出了一些新的处理方法。分别采用条纹法,短时傅里叶变换和小波变换法对激光冲击强化实验中的PDV数据进行了处理,从误差、处理的实时性和通用性等角度对三种方法进行了比较,并说明了小波变换法特别适合激光冲击强化实验PDV测速数据的处理。     

基于裸光纤探头的双点光子多普勒测速系统

全光纤光子多普勒速度测量(PDV)系统是一种新型的激光测速系统,可广泛用于冲击波、爆轰波以及其他短时高速运动物体的速度测量。多点测量可以获得靶面不同位置的速度,以测量靶面的形变。为提高测量的空间分辨率,提出使用裸光纤束为PDV系统的探头,并在实验上实现了空间分辨率为375μm的双点速度测量。裸光纤探头的间距较小,一个探头的测量结果可能受到另一个探头反射光的干扰。理论和实验的研究结果表明,当靶面各点速度相同时,测量结果不受干扰光的影响;当各点速度不同时,其测速误差不但与两被测点的速度差有关,还与传感光和干扰光的光强和相位有关。     

基于激光阴影照相系统的研究

针对目前高速弹丸飞行参数测量系统采用被动光源存在的光源能量利用率低、对环境敏感等问题，研究了一种组合式主动激光阴影照相系统。在对系统理论分析的基础上建立了高速弹丸的空间位置模型和2种测速模型。搭建了激光阴影照相系统试验平台，对系统设计的合理性进行了检验。试验结果表明:2种测速模型都能实现对弹丸飞行速度的测量，并且2种方法的对比误差比较小；弹丸空间位置在X轴方向的均方差为0.795 mm，在Z轴方向的均方差为0.496 mm。与纸靶的测量结果相比，偏离程度在1 mm范围内；该系统能够实现对弹丸飞行参数的测量。     

Experimental investigation of plume expansion dynamics of nanosecond laser ablated Al with small incident angle

Experimental study of expansion dynamics of pulsed-laser ablation plasmas from Al is presented. A systematic investigation of plasma plume expansion is done. The laser beam is focused on the target with an incident angle between 0° and 20°. The results show that the plume growth is almost normal to the target surface, irrespective of the incident angle of the laser. Besides, the time evolution of the plasma plume geometry ratio at different incident angles shows that the incident angle of laser beam influences very slightly its shape at later delay time. The results imply that when the incident angle is small (ranging from 0° to 20°), the influence of the incident angle on the plume expansion is rather trivial.     

空间碎片典型材料激光烧蚀反喷羽流实验研究

建立了观测和记录不同激光入射角度烧蚀6061铝合金靶材等离子体反喷羽流特性的实验装置,对实验结果图像进行了处理,并对处理结果进行了数值拟合。拟合结果表明,激光辐照靶材后100ns内,等离子体反喷羽流大致分布区域为靶面外5mm×5mm。激光以不同角度入射时,等离子体反喷速度相对于靶面法线方向大致呈轴对称分布。当激光相对靶面法线方向小角度范围内入射时,激光烧蚀引起的冲量主要沿靶面法线方向,反喷羽流沿靶面法方向的速度为20~40km·s-1。激光斜入射时,反喷羽流沿靶面法线方向的速度要大于激光垂直入射的情况。高斯函数可以很好地描述等离子体反喷羽流速度分布。     

单光束扩束扫描激光周视探测系统参数对探测能力的影响

针对现有单光束激光同步扫描周视探测对脉冲重复频率要求较高,难以实际应用的问题,提出单光束扩束扫描激光周视探测方法.基于单光束扩束扫描激光周视探测工作原理,推导了最低扫描频率和脉冲频率解析式;分析了圆柱目标回波特性及关键参数截面衰减系数,建立了脉冲扩束激光圆柱目标回波功率数学模型,讨论了系统参数对截面衰减系数的影响,得到最大相邻脉冲光束夹角表达式;重点分析了脉冲频率、光束角和光束入射角对不同直径目标的探测能力的影响;得到了探测系统对典型条件下最大光束角、最低脉冲频率的计算方法.结果表明,对扫描光束稍加扩束可有效降低脉冲重复频率要求.研究结果可为单光束脉冲激光周视探测系统设计、优化提供理论依据.     

Analysis of the restricting factors of laser countermeasure active detection technology

The detection effect of laser active detection system is affected by various kinds of factors. In view of the application requirement of laser active detection, the influence factors for laser active detection are analyzed. The mathematical model of cat eye target detection distance has been built, influence of the parameters of laser detection system and the environment on detection range and the detection efficiency are analyzed. Various parameters constraint detection performance is simulated. The results show that the discovery distance of laser active detection is affected by the laser divergence angle, the incident angle and the visibility of the atmosphere. For a given detection range, the laser divergence angle and the detection efficiency are mutually restricted. Therefore, in view of specific application environment, it is necessary to select appropriate laser detection parameters to achieve optimal detection effect.     

利用侧向阴影照相技术探测靶的飞行速度

 建立起一套侧向阴影照相的光学系统,利用可见光作为探测光,在状态方程实验中对靶的飞行速度进行探测。在天光KrF准分子激光装置上进行激光打靶实验,激光波长为248.4 nm。在激光功率密度为8.3×10¹¹ W/cm²的条件下,测得50 μm厚铝靶的飞行速度为3.28 km/s;在激光功率密度为4.7×1010¹¹ W/cm²的条件下,测得带100 μm厚烧蚀层的13 μm厚铝靶的飞行速度为2.52 km/s。最后进行了误差分析计算,实验中探测激光与靶表面偏离角度最大不会超过2.06°,偏离角对实验精度产生的影响可以被忽略。     

基于双向反射函数的水下激光引信回波仿真方法

针对鱼雷激光近炸引信探测水下近场目标的需求,开展了水下激光引信回波蒙特卡洛仿真方法研究.结合水下激光引信探测特点建立水下目标回波的蒙特卡洛仿真模型.为了提高水中非朗伯目标表面回波仿真的准确度,推导了基于双向反射函数的光子反射方向概率分布,根据概率分布随机抽样光子反射方向.仿真了不同距离和入射角度条件下的水中目标回波信号.仿真结果表明:目标回波幅度随目标距离和入射角度的增大迅速下降,目标距离在6~12m内变化时,信号峰值动态范围为11.5dB;目标距离为8m,激光入射角在0~45°内变化时,信号峰值动态范围为9.2dB.为验证仿真方法的正确性,在水池中进行水中目标蓝绿激光探测实验,实验结果和仿真结果一致.研究成果可为解决传统蒙特卡洛方法在水中非朗伯面目标回波仿真中的适用性问题及水下激光引信优化设计提供参考.     

Research on speckle noise of laser Doppler velocimeter for the vehicle self-contained navigation

A novel multipoint layer-type laser Doppler velocimeter (MLLDV) is designed to measure the velocity of a vehicle for the self-contained navigation system. In order to investigate the speckle's influence on the Doppler spectrum, formulas of time-lagged covariance and speckle broadening were derived for our MLLDV. Simulations and experiments are made for detailed analysis. The results show that the time-lagged covariance of photocurrent is directly proportional to the incident angle, and is inversely proportional to the elevation fluctuation of the ground together with the velocity of the vehicle. Speckle broadening is a function of the vehicle's velocity, the 1/e² Gaussian spot radius and the phase correlation length of the ground. For our MLLDV, Doppler frequency and Doppler broadening are both directly proportional to the velocity of the vehicle. Besides, the ratio between Doppler broadening and the corresponding Doppler frequency is about 0.72% when the speed of the vehicle varies from 0 to 9.6 m/s.     

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采用PIC/MCC模型,通过数值模拟的方法研究了束线离子和靶台复合加速离子注入过程中靶台偏压大小对注入过程离子动力学行为的影响,重点考察了不同偏压作用下离子的注入能量、注入剂量、注入角度以及注入范围的变化.结果表明,靶台上施加脉冲偏压后,在束流离子的作用下空间电荷分布发生变化,束流正下方的电势线会发生凹曲,凹曲的电场同时又作用于空间中的带电粒子,影响粒子的运动;靶台偏压越高,零电势线距离靶台越远,靶台电场对离子的作用范围越大.离子的注入剂量、注入能量随着靶台偏压的增大而增大,而偏压对离子注入角度的影响并不大,大部分离子都以垂直入射的方式注入到靶台表面.另外,离子注入到靶台上的面积会因束流离子在靶台电场中飞行偏转而增大,并且偏压越大注入面积增大越明显.     

扩压叶栅角区马蹄涡的实验研究

本文给出了用三维激光多普勒测速技术对扩压叶栅叶片前缘马蹄涡的测量结果。实验结果表明：在０°和１０°两种攻角条件下均存在清晰的前缘马蹄涡;二次流的影响使得在靠近端壁壁面的区域实际入口气流角和叶片中径处不同,在不同的攻角条件下这种影响也不同;前缘马蹄涡的存在使得接近前缘的气流方向改变,气流角增大。     

角度调谐的多普勒激光雷达硬目标转速测量

利用角度调谐方法确定直接探测多普勒测风激光雷达的初始工作点,角度调节精度可达10 μrad.在此工作点处使用频率稳定性为10-7,单纵模出现概率大于98%的Nd:YAG激光器,通过偏振分光光路测得参考信号与回波信号.配合目标准确放置到准直镜的焦距上,分别测量了配合目标静止,正转和反转时的参考信号与回波信号.利用配合目标静止时测得参考信号与回波信号的关系可得参考信号的角度矫正因子为1.1949,使用该矫正因子测得硬目标在正转和反转时转速与真实转速之间的误差小于0.5 m/s.