基于激光偏振特性的水下声信号探测方法研究

水下航行体辐射的声波传播到水-空气分界面上时,会在水表面形成微扰,使水表面元产生微倾角.提出一种利用激光偏振特性对水下声信号进行探测的方法,不直接利用散射光强信息,而是利用激光在布儒斯特角附近入射水表面时,反射光偏振特性随入射角剧烈变化的特点对水表面微扰进行高精度探测.建立了该方法的理论模型,得到了入射波、出射波垂直分...     

基于多重散射强度和偏振特征的舰船尾流气泡激光探测方法

研究多重散射效应对舰船尾流气泡群光散射强度和偏振特征的影响是舰船光尾流探测以及新型光自导鱼雷研究的基础. 基于矢量Monte Carlo方法建立了舰船尾流气泡群激光后向探测仿真模型, 重点研究了尾流气泡群的多重散射机理,分析了多重散射效应、尾流气泡群密度对回波信号强度和偏振特征的影响规律. 基于粒子碰撞重要性抽样的基本思想, 在传统能量接收方法的基础上, 提出了回波光子偏振贡献接收方法和回波信号偏振信息统计方法, 解决了小视场系统光子返回概率低无法形成回波能量的难题. 构建了模拟尾流气泡群激光散射强度和偏振探测实验平台, 从实验的角度验证了模拟结果的准确性. 实验和模拟结果的一致性表明, 利用回波强度、偏振信息可表征气泡群距离、密度信息, 从而可对舰船尾流特别是低密度尾流进行高精度的探测和辨识. 关键词： Monte Carlo 偏振 多重散射 气泡     

基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究

对舰船尾流激光散射机理及探测过程的数值模拟是研究舰船尾流激光探测与制导的重要基础.首先分析了Monte Carlo方法引入到尾流激光雷达数值模拟领域研究的可行性.结合自行研制的尾流激光雷达实际参数,建立了尾流激光探测的Monte Carlo数值仿真模型.通过对仿真结果进行统计,深入剖析了仿真结果方差大及光子利用率低等问题的成因.为解决该问题,基于有偏采样理论和分裂-轮盘赌基本原理提出了接收光学视场内光子强行碰撞方法和以光子自由程总长度为准则的光子分裂方法,并进行了两方法的融合.仿真与实验结果的对比分析表明,提出的模型仿真结果与实验数据符合较好,验证了模型的正确性;提出的接收光学视场内光子强行碰撞方法和光子分裂方法能有效减小方差并提高光子利用率;解决了Monte Carlo方法引入到尾流激光雷达模拟过程中的适用性问题.     

水下多粒子场激光偏振特性研究

水中粒子偏振效应的变化对激光水下探测领域的研究具有重要意义。针对不同粒子多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于激光偏振特性理论,通过实验测量的方法,对比分析了线偏振激光入射不同气泡大小和不同气泡数密度形成的气泡幕、不同气泡幕所在距离、洁净水与混浊水、不同入射角度情况下回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了水下激光偏振特性变化用于激光水下探测领域的可行性。     

基于尾流激光雷达的能量对消式大动态接收技术

水下尾流激光雷达在近场就已开始与水体发生了激光的多次散射, 很容易导致接收系统因动态范围不够而饱和, 其反向恢复时间一般长达10² ns级, 影响远场信号接收.本文针对此问题分析了激光水体后向光散射强度衰减规律, 自主研发了一种能量对消式水下激光雷达前端接收系统. 该系统通过在近场强信号尖峰上叠加一个高速反向瞬态对消电流抑制接收系统饱和, 之后将两信号融合, 还原真实回波信号波形.分析了技术难点并给出了解决方案, 讨论了瞬态对消电流的生成时刻对强度的影响规律.经实测与分析, 该系统对消电流脉宽为5 ns, 幅度控制步进为122 nA, 幅度调节范围为135---360 μA, 成功实现了对近场强散射的抑制. 该系统完全可以满足尾流激光雷达大动态探测的需要.     

同步双脉冲激光致声研究

利用高速摄像机拍摄了同步双脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡的运动过程。分析了该条件下产生的四种典型激光声信号特性,初步计算了光声能量转换效率。研究结果表明:通过调节脉冲激光的能量差,可以控制激光声信号峰值间隔,提高激光声信号脉宽;两空泡之间无量纲距离为1.5时,溃灭过程中出现融合现象,融合过程中空泡热力学能转化为机械能,融合后形成的单个空泡能量变大,其溃灭产生的激光声信号主频降低;同步双脉冲激光聚焦击穿情况下的光声能量转换效率为6%~10%。