基于LabVIEW激光引信回波模拟装置设计

激光引信回波模拟装置是激光引信测试设备的重要组成部分。介绍了激光引信回波模拟装置的组成,设计了用于该装置的硬件电路和软件控制系统。硬件电路采用单片机完成控制指令的接收和控制信号的产生,使用串行扩展芯片GM8125将单片机AT89S52的串行口扩展成5个,满足了激光引信回波模拟装置串口资源要求。软件控制系统基于LabVlFⅣ设计,主要包括串口通信程序和控制指令的产生程序,控制指令经串口通信传送给硬件电路。实验结果表明,该装置满足激光引信测试设备的要求。     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号.基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大,且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化;脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回波信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

脉冲宽度对云雾回波的影响研究

云雾后向散射会产生引发激光引信虚警的回波信号,基于蒙特卡罗法,对云雾散射回波进行了模拟仿真,并定量给出了云雾散射回波的波形、波峰位置、脉宽和峰值功率随发射脉冲宽度的变化规律.研究结果表明,回波峰值功率随着发射脉宽的增大而增大.且当发射脉宽增大到50ns后趋于饱和,峰值功率将不随脉冲宽度的变化而变化:脉冲展宽的程度随发射脉宽的增大而减弱;发射脉宽对云雾散射回波波峰位置的影响较小.给出的回渡信号模拟仿真结果可以为窄脉冲激光引信的目标识别以及探测阈值和脉冲宽度等参量的优化设计提供依据.     

基于分光棱镜的激光引信回波信号半实物仿真

基于分光棱镜的光学耦合系统,设计了激光引信仿真系统.该系统通过将准直整形后的发射机窗口输出的激光束耦合进入校准夹具的光学系统中,通过光开关和程序控制的电控可变衰减器实时地模拟光束经过目标反射引起的光强衰减,最后将衰减后的光信号馈入激光引信的接收机窗口.该设计能够较为准确地模拟激光引信在交会过程中的回波光功率大小,并可实时地仿真激光引信各通道的回波信号,从而可以在实验室内验证激光引信信号处理系统的可靠性.     

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.     

周视脉冲激光引信海杂波回波功率建模与仿真

针对周视脉冲激光引信在超低空条件下照射到海面时产生的海杂波干扰信号易使激光引信虚警率高的问题,以激光散射特性和海面运动特性为基础,提出了一种基于面元积分法的宽波束激光照射面积自适应解算方法,建立了周视脉冲激光引信海杂波回波功率模型。仿真结果表明:海面风速越大、激光入射角越大,海杂波回波功率越强;相同条件下,入射角为90°时的回波功率约为60°时的2倍,约为45°时的3倍。该方法可以作为周视脉冲激光引信海面试验的有效补充,可为超低空条件下抗海杂波干扰设计提供技术支撑。     

近距云雾回波蒙特卡罗模拟与实验测量

在激光引信中,云雾后向散射会产生引发虚警的回波信号。基于蒙特卡罗法对云雾回波信号进行了模拟仿真,并在云雾室内开展了测量实验,利用测量结果对理论模型进行了验证。研究结果表明:当发射脉冲宽度小于10 ns时,云雾散射回波展宽效应显著,且展宽效应主要是由多次散射产生的;激光回波的实验测量结果与理论计算结果吻合得较好,都近似为高斯波形,且其回波宽度的差别小于6%,回波功率差别小于30%。     

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。     

半主动激光制导能量传输与模拟技术

为模拟实战环境下半主动激光制导的目标回波能量,设计并研制了注入式激光能量模拟设备。对激光制导能量传递过程及模拟技术进行研究。首先,针对激光制导武器工作过程,建立了激光在大气中传输发生散射与衰减的模型,并针对实战中存在的各种烟雾、降雨、干扰烟剂等进行建模仿真。接着,设计了激光目标回波能量模拟器的总体方案,选用DPS-A激光器和布儒斯特角薄膜偏振器模拟激光衰减过程。设计了光纤耦合与匀光准直系统。最后,构建了激光制导半物理仿真系统,分别进行了激光回波能量模拟实验、激光导引头标定与激光末制导试验。实验结果表明:激光能量模拟误差小于3. 0%,导引头线性角度范围内残差小于0. 08°,测角精度小于0. 45 mrad,末制导过程体视线角跟踪误差小于0. 2°。该系统可模拟多种实战环境中激光能量传输情况,且精度高,能够满足激光制导半物理仿真要求。     

激光引信探测技术研究

分析了激光引信探测技术发展状况及工作原理。针对目前在研的激光引信探测的关键问题,即激光引信的前倾探测和伪随机码探测技术进行了分析。得出两个结论:激光引信对目标的45°前倾探测获得了一定的探测提前量,更有利于识别目标,也可以获得最佳起爆参数;伪随机码体制激光引信探测技术在保密性和抗有源干扰性能等方面比普通脉冲体制激光引信都有本质的提高。     

基于不同作用体制的激光引信探测技术

随着激光技术的飞速发展,半导体激光传感器已被广泛应用于近炸引信领域。对目前广泛使用的激光近炸引信体制中的几何截断定距、距离选通定距、脉冲鉴相定距以及伪随机编码定距的原理、特点进行了分析,指出了每种体制的局限性,为应用在具体背景下的激光近炸探测体制的选择提供了一定的参考价值。     

伪随机码激光引信探测系统设计

半导体激光器件的激光近炸引信在各种导弹和常规弹药中已得到了广泛的应用。设计了基于伪随机码脉冲激光引信的实现方法,根据其工作原理,整个系统可分为发射模块、接收模块、光学系统和信号处理模块。对伪码激光引信各模块的具体构成进行了详细分析,得出了选择各模块参数的依据。结果表明,伪码激光引信能够满足战技指标要求,且具有较强的探测和抗干扰性能。该设计方法对伪码激光引信的研制具有一定的指导意义。     

提高脉冲激光引信定距精度的仿真研究

激光引信是随着激光技术的发展而出现的一种近炸引信,其定距精度的高低,直接影响系统的最终性能。提出了采用Xilinx公司的SpartanⅢ系列FPGA芯片,通过对基准时钟的相移,利用4个相位相差90°的倍频时钟的方法进行脉冲测距,从而大幅度地提高脉冲激光引信的定距精度,理论上定距误差为0.1875m,并通过Modelsim进行仿真验证。     

激光引信中半导体激光器的准直及其测试

在理论上分析了单级单透镜光学系统对激光高斯光束发散角的影响。用单个平凸透镜对激光引信中的半导体激光器进行了准直，达到了激光引信光束准直的要求。通过CCD成像方法对准直后的光束发散角进行了测量，利用二阶矩算法计算出光束发散角。实验测得2个方向的发散角分别为θx=7.03°和θy=0.69°，验证了准直系统达到激光引信要求的θx＜10°和θy＜1°技术指标。     

定向起爆部脉冲激光方位探测引信系统时间空间匹配特性

根据定向起爆部对引信提出的时间匹配和空间匹配的要求,针对弹目交会相对运动环境,在惯性坐标系下3个相互垂直的2维平面内,建立了弹目相对速度下脉冲激光方位探测引信系统的最佳起爆延时和最佳起爆方位角模型,并对相关时间匹配和空间匹配特性进行了量化及数值仿真分析。结果表明:模型与弹目交会角、目标初始方位角、发射激光束与弹丸速度夹角、引信中心至目标尾部距离、目标外型参数、目标速度、破片飞散速度、弹丸内部结构参数、弹丸速度等目标区环境信息有关     

激光引信接收光学组件的研究与测试*

根据大气激光通信传输方程和黑体辐射理论提出了计算激光引信中接收光学系统接收视场的方法,通过接收视场确定了接收光学系统的初始结构参数,设计了焦距为15 mm,视场角为2ω≮±7°的柱透镜光学系统.采用倒置法,将线阵CCD探测器置于准直物镜的焦面上接收信号,解决了接收光学系统后截距过短无法安置线阵CCD的问题,扩大了测量范围,又保证了精度,测量误差为1%.针对激光引信的结构特点,设计了测量激光引信接收光学系统视场角的自动测试系统.实验测试结果表明该引信的视场角都在合格范围内,重复精度≤5%,满足设计的要求.     

激光引信接收光学组件的研究与测试

根据大气激光通信传输方程和黑体辐射理论提出了计算激光引信中接收光学系统接收视场的方法,通过接收视场确定了接收光学系统的初始结构参数,设计了焦距为15 mm,视场角为2ω≮±7°的柱透镜光学系统.采用倒置法,将线阵CCD探测器置于准直物镜的焦面上接收信号,解决了接收光学系统后截距过短无法安置线阵CCD的问题,扩大了测量范围,又保证了精度,测量误差为1%.针对激光引信的结构特点,设计了测量激光引信接收光学系统视场角的自动测试系统.实验测试结果表明该引信的视场角都在合格范围内,重复精度≤5%,满足设计的要求.