激光反射式光幕探测技术研究

针对现有天幕靶探测灵敏度低、易受天空亮度影响、夜间不能工作等问题,提出了一种基于激光反射的主动式光幕探测方案,该方案采用一字线结构光半导体激光器作为主动光源,采用光学镜头、狭缝光阑、滤光片和光电倍增管组成光路探测系统。当飞行弹丸穿越一字线结构光半导体激光器和光路探测系统共同组成的探测光幕时,弹体表面反射回的部分光线被光路探测系统接收,经光电探测器件光电转换,并经后续信号处理电路对光电探测器件产生的电信号进行处理,输出与飞行弹丸穿越探测光幕面时刻相对应的模拟信号和脉冲信号。对系统光能量进行分析和计算,并通过实弹试验测试,结果表明:系统能够在夜间正常使用,灵敏度达到200倍以上弹径。     

一种大面积抗干扰高射频激光光幕靶设计

提出了一种能同时测量高射频火炮射击速度和密集度的大面积激光光幕靶设计方案。采用半导体激光脉冲调制、光电传感器列阵接收和单片机数字处理技术,不仅实现了光靶与计时系统一体化,而且有效地去除诸如炮口闪光、外界自然光及蚊虫等干扰,提高了测量的灵敏度、精度和可靠性。     

基于原向反射式激光光幕厚度一致性研究

在原向反射式激光光幕测速技术中,针对半导体激光光源产生的激光光束散射角使得出射光幕厚度不一致、原向反射屏产生的反射光幕剩余发散角使反射光幕厚度不一致这两方面导致弹丸穿过光幕不同位置触发光幕响应时间不一致的问题,根据几何光学原理,对半导体激光器弧矢与子午方向建立数学模型,设计了具有不同面型的非球面准直透镜组,将出射光斑尺寸控制在1 mm之内且子午和弧矢方向发散角分别为0.13 mrad、0.46 mrad。出射光束经过Powell透镜一维扩束后,形成厚度为1 mm、均匀度达到85.7%的扇形出射光幕,经过原向反射后,配合狭缝光阑使反射光幕有效厚度控制在1 mm。使用Zemax软件模拟弹丸过靶仿真,弹丸不遮挡系统光幕时探测器接收到原向反射光强1.54 mW,弹丸遮挡系统光幕时探测器接收到原向反射光强为1.03 mW。当弹丸紧贴出射光幕侧面边缘(即1 mm光幕边缘),分别距离光源100 mm、300 mm、500 mm处的弹丸触发探测器接收到的光强大小均为1.54 mW,显然,光强相对于无弹丸遮挡光幕情况下没有产生变化,证明系统有效可探测光幕厚度一致且为1 mm。该结果表明,本研究方案具有可行性。     

基于改进型六幕光幕靶的弹道测量技术研究

现有的六幕光幕靶测量系统实现了近距离弹丸速度、姿态以及着靶坐标的测量,而在实际工程应用中需要计算的是弹丸整个飞行过程中的速度、姿态以及远距离的落点坐标。针对现有系统工程部署中的不足,提出了双交叉结构的六幕光幕靶的设计原理。利用双交叉结构的六幕光幕靶的测量结果以及外弹道计算原理,通过四阶龙格-库塔方程建立了弹道测量模型,实现了弹丸飞行全过程的弹道测量和计算。通过使用弹道系数1.0的标准弹丸进行仿真实验和分析,计算出其射程和射高分别可以达到16 269m和3 672m,证明了其与实际的弹丸运动曲线相吻合,能够实际应用于工程部署。     

原向反射式大面积三角形探测光幕灵敏度分布

分体式大靶面测试系统的探测光幕灵敏度直接影响飞行弹丸速度测量的精度。可在散布不大的情况下,使用反射膜与激光器代替矩形大面积测试系统中的人工光源,简化测试系统。对新建的三角形探测光幕的灵敏度进行了分析,综合考虑激光器在不同传播距离处的光强度衰减、空间的非均匀性分布及反射膜逆反射系数和镜头离轴效应等因素,采用数值仿真和实弹试验的方法,将同一弹径的弹丸穿过光幕不同位置时的灵敏度等效到同一基准点进行归一化分析。结果显示,镜头离轴效应对灵敏度影响最大,激光器空间非均匀性分布影响最小。在3.5 m×2 m(宽×高)的直角三角形探测光幕区域进行实弹试验,其结果与仿真结果一致,距镜头越近,灵敏度越高;反之越低。研究结果可为类似原向反射式大面积探测光幕的工程设计提供参考。     

大面积三角形探测光幕灵敏度空域分布分析

分体式探测光幕实现室内靶道弹丸初速测试时,探测光幕的灵敏度直接影响初速测量的精度。研究了线光源配接镜头式接收装置组成大面积三角形探测光幕的灵敏度分布,考虑光学镜头离轴效应和线光源随距离衰减现象,将探测光幕内不同位置处光照度等效到线光源处,假设光幕厚度均匀,弹长始终大于幕厚,弹丸遮挡探测光幕所形成的面积与当前区域光幕截面积之比等效为弹径与当前位置处光幕宽度之比。在4.8 m×2.4 m 三角形探测光幕上进行理论仿真与实弹试验验证,仿真分析与实弹试验结果一致,靠近镜头处灵敏度大,远离镜头处灵敏度小,且关键探测区域内模拟电压幅值标准差为0.05 V,均匀性符合测试要求。研究结果可为三角形探测光幕的工程设计提供参考。     

用于小破片群测量的光幕靶测试技术

设计并组建了一种阵列式光幕靶测试系统,主要用于测试战斗部正常破片的速度以及破片群分布,尤其是小破片群速度及破片群分布。介绍了激光光幕靶的测试原理,利用该光幕靶进行了室外爆炸动态实验测试,并对实验结果进行了分析。结果表明,该光幕靶能够精确测量尺寸为5mm的破片速度及破片群分布。     

基于蒙特卡罗法的水下激光光幕探测性能研究

为了提高水下激光光幕的探测性能, 根据水下光束传播规律, 构建了水下激光光幕探测模型, 基于蒙特卡罗模拟方法对水下激光光幕探测性能进行研究。基于水下激光光幕探测模型, 利用MATLAB软件进行仿真, 分析海水衰减系数、初始功率及传输距离对水下激光光幕传输的影响。仿真结果表明:海水的衰减系数越小, 水下激光光幕传输率受到的影响越小。海水参数和传输距离一定时, 随着初始功率的增加, 只会影响到达探测端的最终功率, 但对传输率影响不大。当海水衰减系数一定, 传输距离为1 m时, 其传输率约为15%且变化稳定; 当传输距离增加到30 m时, 传输率在5%以下。     

用于光幕测试的时刻信息提取方法研究

从理论上分析了弹尖、弹底、幕中、弹中触发方式和广义相关算法这五种时刻信息提取方法,建立了弹丸穿过光幕的几何计算模型。结合工程实现中的问题如光幕厚度、厚度的一致性、放大电路一致性以及电路噪声,分析比较了不同方法对这些参数的敏感性,采用理论模拟信号在MATLAB上进行了仿真。结果表明,采用幕中、弹中触发和广义相关算法,可以精确提取时刻信息,而不受这些参数的影响。从理论上阐述了光幕厚度与测试精度的关系,其结果可以指导光幕靶和天幕靶的工程设计。     

一维光幕测试旋转对称破片的动能

针对飞行破片动能测试,提出了一种采用光幕测试飞行破片动能的方法。该方法采用两台光幕靶测试飞过光幕的破片的速度,通过破片穿过光幕输出的波形提取体积信息,得到破片的穿靶质量,进而得到破片的动能。文中分析了光幕输出波形与破片体积关系的理论模型,采用3种典型的旋转对称形状物体仿真验证了理论模型,并研究了一种标定方法。实弹射击试验表明,所提方法可以测量旋转对称破片或弹丸的动能,测量精度满足靶场测试的要求。     

光幕性能测试系统数学建模和软件设计

光幕性能测试系统主要是为研究更大规模的光幕靶和密集度靶提供必要的数据准备和理论基础的。研制出了用于探测光幕靶、密集度靶等光幕面内光能分布情况(光强度、一致性、均匀性)的测试仪器。光幕光能量数学模型的建立和光幕性能测试软件是非常重要的。为了了解其功能对光幕发光的情况,利用Visual C++6.0开发工具设计了一个光幕性能测试系统软件,实现了光能分布情况的采集和处理。文章从数学建模及软件设计两部分着重介绍了该系统的设计过程。测试结果表明,基本符合理论分析的光场能量计算公式,为光幕性能测试系统提供了可靠的数据和软件支持,提高了光幕性能测试系统的质量。     

激光光幕式压力机械光电保护装置的研究

以激光束形成光幕为压力机械提供一种光电安全保护装置。这种以Ｈｅ－Ｎｅ激光束形成的光幕配以相应的电子电气元件构成的安全保护装置，简单可靠。。实现了保护高度４００ｍｍ，长度６ｍ，光轴间距３０ｍｍ的灵敏区，及稳定的安全保护功能。     

L形光源大面积矩形探测光幕灵敏度空域分布分析

镜头式探测器配接L形LED光源构成大面积矩形探测光幕,常用来布置在封闭的室内靶道测量外弹道参数,其探测区域的灵敏度大小直接影响测量精度,文章研究和分析了配接L形LED光源的10m×10m大面积矩形探测光幕灵敏度空域分布规律,考虑镜头边缘效应和光传播路径损失,将飞行弹丸遮挡的光投射到镜头处计算光电器件接收的光通量变化,推...     

二级轻气炮遮挡式激光光幕测速系统

 研制了用于测量二级轻气炮毫米级弹丸速度的遮挡式激光测速系统。该系统主要包括测速平台和激光测速仪,采用红光半导体激光器作光源,硅光电二极管为光电探测器。测速平台安装于炮管测速段,具有结构简单紧凑、抗振动、激光光幕易于准直和测量等特点。激光光幕高度为20 mm,避免了弹丸偏离轴线过多时因无法遮断光束导致的测速失败。运用该测速系统进行了一系列二级轻气炮测速实验,成功测量了金属弹丸和非金属弹丸的速度,测速范围为1.58～4.51 km/s。将测量数据与磁测速系统测量数据进行比较,结果表明,该激光测速系统的测量精度高、稳定性好、灵敏度高、抗干扰性强、适用范围广。     

激光波长测试技术

<正> 随着激光技术的发展,一些边缘科学应运而生,工业、农业、国防、医学等部门新成就不断涌现。然而人们对激光自身参数——波长或波数精确快速的测定方法还比较陈旧,南通光学仪器厂与中国科学院物理所联合研究、试     

弹丸激波在激光光幕靶测量中的影响分析

分析了弹丸在飞越激光光幕靶时弹丸激波对激光传播的影响。针对难于实际测量由激波形成的空气折射率分布问题,应用弹丸超音速绕流场的数值计算结果和折射定律,借助SolidWorks软件分析了激波内折射率为常数的情况下光线穿过激波时的折射和出射轨迹,并用模拟实验验证了其正确性。讨论了激波对激光光幕靶测量的影响,为光幕靶的设计与应用提供了依据。     

基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统设计

为真实模拟实弹射击场景,降低军事射击训练成本,设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束,将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩,实现极小发散角光束出射,提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为15 mrad,出射光斑直径0.3 mm,激光扩束倍率300倍,系统出射光束发散角达0.035mrad。距光学系统出光口1 km位置,激光光斑直径约为120 mm,可满足千米射击训练要求,突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为364mm,结构简单,利于工程化,应用前景广阔。     

基于激光布里渊散射的高速气流测试技术

激光布里渊散射是由介质密度涨落引起的一种非弹性散射现象,其散射谱特征参数（频移、线宽）取决于散射角和散射介质压强、温度等参数,通过探测高速气流激光布里渊散射谱,可反演获得高速气流压强、温度等参数。介绍了基于激光布里渊散射原理的高速气流参数测试原理,设计了一种基于法布里 珀罗干涉仪的高速气流参数测试装置,搭建实验平台获取了高速氮气气流的激光布里渊散射谱。实验结果表明,通过激光布里渊散射谱获得的高速气流压强、温度值与理论值相对误差在15%以内。     

激光光抽运技术应用

本文简要介绍光抽运方法，评述激光光抽运技术在原子分子物理研究和激光光谱学上的应用．     

基于FPGA的高速光幕同步系统设计与实现

常规光幕实现发射器和接收器双方信号的同步需要专用同步电缆来完成。针对这一缺点,提出了一种新的高速光幕同步方法,即在发射器的每个循环周期的第一通道发射光脉冲之前增加一个作为帧同步码的光脉冲段,接收端通过判断帧同步码的方式实现收发信号同步,这样便不再需要专用同步电缆,有效地节省了光幕同步系统成本。进一步地,采用新提出的高速光幕同步方法,基于FPGA技术,设计并实现了高速光幕同步系统的总体方案,硬件制作了可应用于高速运动物体的实时到位检测的高速光幕检测装置。实际工程应用表明,采用此方法的高速光幕检测装置,成本低,工作稳定可靠,捕捉与同步性能优良。