基于"猫眼"效应的激光回波功率理论分析

激光主动侦察技术是利用光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的反射回波的"猫眼"效应来实现对复杂漫反射背景中的光学窗口侦察、定位.对基于"猫眼"效应的激光回波功率从理论上给出了详细的公式推导,并进行了应用分析和定量计算.这对激光主动侦察中的激光器功率、作用距离等参数选择有着重要的意义.     

猫眼离焦量与探测光束参数对猫眼回波的影响

研究光学系统离焦量和探测激光束参数对猫眼光学系统回波强度的影响.通过数值仿真和实验的方法,分析猫眼回波强度与离焦量和探测光束参数关系.据此提出了通过改变探测光束参数增强猫眼回波强度的初步方案.     

"猫眼"目标回波功率的影响因素分析

光电系统广泛存在着所谓的"猫眼效应",针对"猫眼"目标的反射特性,建立了正负离焦时"猫眼"目标回波发散角数学模型,采用几何光学方法对正入射条件下具有"猫眼效应"光学系统的回波发散角进行了推导,总结出离焦条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,分析了各因素对"猫眼"目标回波功率的影响,并对理论分析的结果进行了验证.结果表明:"猫眼"目标的回波功率受发射激光参数、大气透过率、"猫眼"目标光学系统参数等诸多因素影响,其中压缩激光发散角、提高发射功率能够显著增强回波功率,增加大气能见度和"猫眼"目标反射面反射率同样增加回波功率,而离焦量的增大则会引起回波功率的衰减.     

基于“猫眼效应”的激光主动探测技术应用研究

基于“猫眼效应”的激光主动探测技术,是对无人机光电系统实施强激光干扰较为有效的探测和效果评估方法。基于对光学探测系统参数理论分析,建立了因离焦量而引起的回波发散角及回波功率计算模型。从激光发散角、入射角、反射角等方面研究了激光主动探测技术所受影响因素,为判别干扰是否有效,对激光回波探测功率的影响因素进行细化分析,在仿真条件下计算出激光干扰有效的入射角度范围。     

基于APD的“猫眼”目标激光回波探测实验研究

针对＂猫眼＂目标激光主动探测,从抑制噪声干扰和激光后向散射出发,研究了APD激光回波信号探测系统的组成原理和电路设计。设计了一种基于APD的激光回波接收放大电路,采用自动增益控制技术（AGC）,同时给出了接收系统的控制时序逻辑图,并分别对窗帘、玻璃、光滑墙体,望远镜等目标的回波信号进行了接收实验和分析,提出了鉴别＂猫眼＂目标的方法,为后续＂猫眼＂目标识别的实验研究提供了依据。     

1.06μm激光对光学薄膜的损伤

本文讨论光学薄膜的激光损伤类型及原因,探讨底板表面光洁度的影响,就减反膜和反射膜的激光损伤加以研究,提出几种提高抗激光能力的方法。     

CCD损伤状态的“猫眼”回波信息评估方法

CCD损伤状态与“猫眼”回波强度和偏振度为复杂非线性关系,无法单独根据强度或偏振度数值正确评估CCD损伤与否。结合多源信息融合技术与机器学习,利用适合非线性数据分类判别的KNN、K-SVM和PNN三种方法对CCD损伤状态评估方法进行研究。分别进行了近、远距离“猫眼”回波探测实验,以回波强度、偏振度信息和CCD实际损伤信息作为输入数据,分别对三种方法进行了训练,对比了训练的三种方法的评估测试结果,包括评估点的错误数量、错误率及评估时间,发现室外复杂环境时通过选择最优平滑因子σ的PNN方法错误率最低,在考虑实际评估允许时间范围内,PNN方法最适合用于基于“猫眼”回波信息的CCD损伤状态评估应用。     

基于“猫眼效应”激光成像的目标探测

基于“猫眼效应”激光成像的目标特点,提出了一套有效的抗干扰探测算法,实现了对距离1000 m范围内目标的精确探测。算法针对目标的圆形形状特征,定义了一个新的判别参数——偏心距,并通过实验与常用判别参数偏心率进行比较,结果表明,偏心距在目标的圆形形状判别中更精确。     

光电系统离焦量对其猫眼效应回波功率的影响规律及原因分析

离焦量是决定光电系统猫眼效应回波功率强弱的关键因素。为了分析不同离焦情况对猫眼效应回波功率的影响规律及原因,通过对光电系统猫眼效应几何光学传输模型的分析,推导了包含离焦量的猫眼效应回波功率和等效回波波束球心的表达式,分析了不同离焦情况对回波功率的影响机理,并进行了实验验证。研究结果表明:在离焦情况下,猫眼效应回波波束可以等效为从目标处发出的一束锥状球面波,随着离焦量的增大,该球面波的球心距接收点的距离逐渐增大,因此回波功率逐渐衰减;正离焦时,该等效球面波的球心与接收点位于目标的同侧,负离焦时,球面波的球心与接收点位于目标的异侧,因此,在相同离焦量条件下,负离焦所导致的回波功率衰减程度比正离焦时更大;实验结果验证了这个结论。     

影响1.06μm光学薄膜激光损伤因素的实验研究

本文对光学薄膜淀积过程中真空室的真空环境对薄膜激光损伤的影响了理论与实验方面的分析，对分子泵，扩散泵真空系统及扩散泵＋离子束辅助淀积（ＩＡＤ）制备出的膜系样品所进行的损伤实验表明，分子泵系统制备出的薄膜显示出较高的损伤阈值。     

激光斜入射条件下“猫眼”效应的实验研究

"猫眼"目标回波功率是激光主动探测系统的重要指标,可用来评估光电装备"猫眼"效应的强弱,并为探测器的优化设计提供参考。依据所建立的斜入射条件下"猫眼"目标回波功率数学模型,仿真分析了入射角对"猫眼"目标回波功率的影响,利用搭建的激光主动探测系统对典型"猫眼"目标进行了实验研究,理论仿真结果与实验结果表明,激光在有限斜入射条件下,"猫眼"目标回波功率将随入射角的增大而迅速下降,并很快湮没于噪声之中。这为进一步研究基于"猫眼"效应的激光主动探测适用条件提供必要的实验依据。     

水雾中1.06 μm激光辐射的衰减特性

通过试验研究了1.06 m激光辐射在水雾环境中的衰减特性。定量测量了不同气象光学视程（MOR）的水雾对1.06 m激光辐射的衰减程度,计算了水雾环境下的1.06 m激光辐射的等效MOR。分别采用试验数据和经验公式计算了1.06 m激光辐射在不同能见度条件下的消光系数。通过对比发现由经验公式计算的消光系数存在明显偏差,尤其是在低能见度条件下。基于试验数据,推导了一种以可见光能见度为输入的消光系数计算公式,对估计云雾环境下近红外光辐射的衰减特性具有重要参考价值。     

重复激光脉冲对熔石英损伤的演化机制

采用重复频率为10 Hz,波长为1064 nm的纳秒激光脉冲辐照熔石英元件,通过改变激光作用脉冲数,研究了不同脉冲累积效应对样品损伤形貌的影响。研究发现熔石英样品损伤主要来自于等离子冲击波作用,且损伤后,样品带隙会发生明显降低。对比激光作用样品内部和表面形貌,发现激光作用样品内部时,内部约束层使等离子冲击作用时间加长。通过对比损伤形貌的差异,可以将损伤形貌由内到外分为断裂融化区、断裂区、融化区三个部分,并通过冲击波压强变化,对各损伤区形貌成因进行了解释。     

1.06 μm激光大气透过特性的数值计算研究

利用Modtran大气辐射传输模型,分析大气环境对1.06μm激光透过特性的影响,包括大气分子,气溶胶,雾,降雨,水平能见度以及不同的探测路径对1.06μm激光透过特性的影响。研究表明,1.06μm激光在大气传输中大气分子吸收效果非常小,基本可忽略不计;气溶胶对其的影响则较大,且透过率随着能见度的降低而减小;雾和降雨对激光的衰减作用非常明显,在大雾或者中雨大雨的条件下,激光的透过率非常小,基本很难通过。这些结论对于1.06μm激光制导武器的论证、研制、仿真和作战具有积极的意义。     

1.06 μm激光大气透过特性的数值计算研究

利用Modtran大气辐射传输模型,分析大气环境对1.06 μm激光透过特性的影响,包括大气分子,气溶胶,雾,降雨,水平能见度以及不同的探测路径对1.06 μm激光透过特性的影响。研究表明,1.06 μm激光在大气传输中大气分子吸收效果非常小,基本可忽略不计;气溶胶对其的影响则较大,且透过率随着能见度的降低而减小;雾和降雨对激光的衰减作用非常明显,在大雾或者中雨大雨的条件下,激光的透过率非常小,基本很难通过。这些结论对于1.06 μm激光制导武器的论证、研制、仿真和作战具有积极的意义。     

基于“猫眼效应”的激光主动侦察系统探测距离分析

为满足实战条件下激光主动侦察系统的设计需求,针对光学系统“猫眼效应”的离焦量分析,推导了脉冲激光探测距离的公式,并结合MATLAB数据仿真分析,得出了探测距离与CCD接收灵敏度、激光束散角、激光功率和大气能见度的关系曲线。该研究对提高和改进系统的作战效能具有十分重要的意义。     

大气湍流对远红外激光主动探测影响的试验

远红外激光主动探测设备利用"猫眼"效应原理,能够快速、准确地发现红外热像仪,输出带有热像仪参数的信息.大气湍流是影响主动探测回波率的重要因素.在某沙漠地区的试验结果表明:日出、日落前后大气湍流的强度最小,对主动探测回波率的影响也最小.而中午前后、午夜前后湍流强度则相对较大,大气湍流对回波率的影响也较大.通过将试验结果和美国白沙试验基地(沙漠)一天内湍流变化数据进行对照,可以得出:上述现象是沙漠地区的普遍现象.总结出了大气湍流对激光主动探测影响的规律,为远红外激光主动探测设备能力评估提供了重要依据.     

基于激光动态探测机理的目标回波特性

针对激光近程全向动态探测问题,基于激光动态扫描探测机理,在激光近场探测理论基础上,推导出基于激光动态探测机理的目标回波轮廓波形方程,分别从理论推导和实验分析两方面入手,研究了目标回波特性影响机理。结果表明:随着发射功率的增加,回波信号幅值提升幅度较大,脉宽压缩;随着激光发射脉宽的增加,回波信号幅值呈现快速下降,且脉宽展宽;随着光束发散角的提高,回波幅值缓慢降低且脉宽展宽;随着目标距离的增加,回波信号幅值迅速降低且脉宽展宽。     

探测受声波调制的激光漫反射回波信号

基于光电接收目标的漫反射光原理,采用红外激光探测室内声波,在对目标特性研究和漫反射回波信号光功率估算的基础上,设计和研制了实验系统。用红外激光探测从玻璃目标返回带有受声波调制的激光漫反射回波信号,在6-63 m距离及直接反射光线与探测器光轴之间的夹角β≤±4°时,可以听见所探测到回波信号中的声音;当β=4°-15°时,可以探测到激光漫反射回波信号,但听不到声音。实验证明,利用漫反射激光探测室内声音的方法是可行的。