激光引信大视场小型化发射光学系统设计

由于受系统体积限制，目前激光引信大视场探测方式无法满足小型化结构简单的需求。针对激光引信弧矢方向无漏探测、子午方向窄视场探测的技术要求，提出了一种小型化大视场激光引信发射光学系统的设计方法，采用由三个管芯线型阵列排布的隧道结半导体激光器作为发射光源，合理选择光学视场空间布局方式，设计了三象限扇形轮流发射方式激光引信发射光学系统，其特点在于体积小、视场大、结构合理，装调简单，单路发射光学系统体积为8 mm8.2 mm15 mm，单路弧矢方向探测视场达120。设计的发射光学系统能够满足弹径为70 mm的便携式防空导弹激光引信大视场目标探测要求，解决了周视激光引信小型化的需求问题。     

基于等光程原理的激光引信光学整形方法

由于受环境、空间、功耗等方面的限制,常规弹药激光引信难以采用传统光束整形方法实现回波聚焦。本文针对常规弹药激光引信目标回波能量低、探测距离有限这一问题,研究非球面光学设计理论,提出一种基于等光程原理的单级非球面光学整形方法。建立激光接收系统ZEMAX光学理论模型,对比分析不同条件下光学整形能力,仿真结果显示相对于传统单级球面光学接收透镜,单级非球面光学接收透镜能将整形光斑中心辐照亮度提高三倍。在理论分析基础上进行光束整形对比实验,测试不同条件下整形光斑尺寸以及分布情况,实验结果显示单级非球面光学接收透镜能有效压缩光斑,汇聚激光回波能量。     

非线性发射过载对激光引信光学接收系统的影响

激光引信包含精密光学系统,其中光学接收系统占重要地位,在常规弹药引信过程的应用中,高发射过载环境对系统弱回波聚焦质量造成严重影响,系统工作可靠性无法保证。提出接收聚焦透镜与窄带滤波片一体化方案,设计出一种新型缓冲结构接收系统光学,应用有限元分析软件ANSYS建立传统激光接收系统以及新型结构动力学模型,对接收聚焦透镜进行非线性动力学仿真以及ZEMAX光学仿真;最后进行空气炮冲击实验,结果表明:在经历70 000 g冲击加速度后,新型光学系统缓冲结构可有效缓解接收聚焦透镜塑性变形,提高脉冲激光束聚焦整形质量,激光回波能量显著增强。为常规武器激光引信接收光学系统抗高过载设计提供了一种新的方法和理论依据。     

提高脉冲鉴相激光近炸引信定距精度技术研究

激光引信是目前武器系统的一种探测控制方式。文中讲述了一般激光定距引信的工作原理 ,当引信在逐渐接近目标的过程中 ,弹目距离的变化 ,对目标回波幅度也将造成很大的影响 ,据此分析了产生定距误差的原因 ,依此提出了利用辅助发射频率来提高定距精度的方法 ,该方法对提高激光近炸引信定距精度具有指导作用     

激光多档定距引信系统参数综合优化

为配合多模战斗部的多位置点起爆要求,激光近炸引信需实现在1~25 m之间的多档定距,对于非同轴的激光引信,其探测距离范围与系统参数的选取密切相关。基于系统探测距离要求,建立非同轴系统工作距离计算模型,分析激光引信系统参数变化对最近工作点和最远工作点的影响,以接收偏角和发射接收中心距为变量,在满足约束条件的情况下,利用多岛遗传算法对变量进行优化。优化结果表明:在满足约束条件的情况下,接收偏角最小为90.97°,中心距为0.03 m。搭建激光多档定距实验平台对优化的系统参数进行验证,实验结果表明,设计系统参数能够满足多档定距要求。研究可为激光多档定距引信系统参数设计提供参考。     

探测距离对激光定距引信探测能力影响的分析与评价

为全面评价激光定距引信的探测能力,确定其随距离变化的规律,通过推导脉冲激光测距回波方程,建立脉冲激光测距数据分布解析方程并提出误差量化评价方法。仿真分析并评估了探测距离对回波信号及探测能力各指标的影响,最后通过试验得到验证。结果表明:可靠测程内,引信可实现可靠探测,随探测距离减小,测距随机误差先减小后增加,系统误差逐渐增加;引信最大可靠测程为84.8 m,测程内随机误差为0.22~0.73 m,满足引信远程定距的需求;提高阈值可明显改善测距误差,但会造成可靠测程减小。所得探测能力变化规律与评价方法可为脉冲激光引信设计与应用提供理论依据。     

一种应用于激光微烧蚀的光学聚焦系统简化设计方法

针对激光微推力器对光学聚焦系统结构紧凑、聚焦光斑尺寸小以及避免羽流污染的特殊要求,采用传统的光线追迹法研究单透镜直接聚焦、双透镜准直聚焦两种典型方案光学设计方法。针对低功耗半导体激光器光纤耦合输出的芯径和数值孔径条件,在50m级聚焦光斑约束下,研究单透镜聚焦系统设计方案,得到了透镜厚度、焦距、工作距等设计参数的关系;研究准直聚焦光学系统的双透镜系统设计方案,得到了透镜厚度、透镜中心距、工作距等设计参数特征关系。针对两种典型光学设计方案,给出了工程应用设计参数。文中提出的设计方法避免了复杂的光学设计过程,可为激光微推力器激光光束微尺度聚焦提供一种简单实效的方法。     

宽视场有增益光学系统设计

从激光探测告警光学系统的视场和光学增益出发,分析了浸没透镜的光学增益和像差特性。针对激光告警设备设计了宽视场有增益光学系统:视场角30°,光学增益可达20倍以上,结构简单,对降低激光辐射源功率、增强探测距离有一定的意义,经分析该方案可行。     

调频连续波激光引信探测系统设计

调频连续波（FMCW）激光探测技术将调频测距原理与激光的优点相结合,具有探测精度高、抗干扰能力强等优点。为验证FMCW激光探测原理和性能,设计了FMCW激光引信探测系统,包括激光发射子系统、激光接收子系统和信号处理子系统,具有FMCW激光发射、接收、信号处理和探测距离信息输出等功能。对FMCW激光引信探测系统的测距性能进行试验测试,结果表明:FMCW激光引信探测系统的最大探测距离12 m,测距误差在0.3 m以内。所设计的FMCW激光引信探测系统具有较高的探测精度,可应用于FMCW激光引信。     

激光探测小型化收发系统设计

针对激光探测小型化收发系统的设计难点,提出了一种大视场小型化设计方案。将激光器与驱动电路集成在氮化铝基板上,达到提高性能和压缩尺寸的目的。经过理论计算和ZEMAX光学仿真,采用光纤、自由曲面阵列柱透镜及球面柱透镜实现光的整形和会聚,减小轴向尺寸。设计了带放大电路的小体积接收模块。对小型化系统中脉冲电流带来的电磁干扰问题进行分析,采用多种措施屏蔽电磁干扰。最后加工制作了原理样机并进行了测试实验,结果表明:该系统有效抑制了电磁干扰,并能有效探测距离为5 m的目标,验证了小型化技术的可行性。     

基于光纤传输的激光引信仿真系统

激光引信是制导武器普遍使用的近炸引信，然而要在实验室内获得接收机窗口处的光信号功率并验证信号处理系统的准确性是比较困难的。针对这一问题，提出一种基于光纤传输的激光引信仿真系统。此系统首先通过耦合透镜和自聚焦透镜将发射机输出的激光束耦合进入光纤通道，然后通过程序控制的宽带光强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通过光纤传输并经过耦合透镜馈入引信的接收机窗口。该系统的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。     

超短脉冲激光系统中空间滤波器透镜的优化设计

在超短脉冲激光系统中,像差的存在会使焦斑能量集中度降低.为了克服系统中像差的影响,提高系统最终功率密度,分析了系统中像差的来源,并利用光线追迹方法模拟了系统光路,计算了全系统的像差,提出并设计了双分离透镜作为末级空间滤波器输出透镜进行全系统像差的补偿.实验表明,利用所设计的双分离透镜,可以有效地补偿系统色差和球差,使系统输出焦斑半径从未补偿前的8.6 μm缩小为5.7 μm,而系统的聚焦功率密度提高了8倍,改善了装置性能.     

用CPLD电路实现激光引信电路系统小型化设计

激光引信小型化是激光引信的关键技术。文中阐述了应用ＣＰＬＤ技术实现激光引信电路系统小型化设计。介绍了器件和软件的选取,描述了用Ｖｉｅｗｌｏｇｉｃ公司的Ｗｏｒｋｖｉｅｗ Ｏｆｆｉｃｅ软件实现激光引信数字电路部分的高度集成过程、设计思路、输入方法、功能仿真、时序仿真和Ｖａｎｔｉｓ器件的生成,并指出了设计过程中应注意的问题。同时,给出了一些解决方法。最后,把用ＴＴＬ器件完成的电路和用ＣＰＬＤ器件完成的电     

远程激光拉曼光谱探测系统前置光学系统设计

为实现远程物质高空间分辨力的拉曼光谱探测,设计了共孔径远程激光拉曼光谱探测系统的前置光学系统。光学系统采用共孔径结构,实现了激光发射系统、拉曼光收集系统及微区成像系统的共孔径、共光轴。设计的光学系统能够对激光进行聚焦以缩小激光光斑尺寸,使系统具有优于0.125 mrad的空间分辨率。该拉曼光收集透镜有效通光口径为50 mm,拉曼散射光在耦合透镜焦平面上的像高小于25m,可以与50m狭缝宽度的光谱仪进行空间光耦合,也可使用50m芯径的光纤来耦合光学系统与光谱仪。该系统可用于远距离物质的激光聚焦、拉曼光谱探测及微区成像。     

激光半主动光学系统设计与可视化检测

激光制导是当今最常用的制导方式之一,激光半主动光学系统性能的优劣直接影响其制导精度。提出了一种激光半主动光学系统像差优化设计方法,通过赋予不同的球差与离焦量实现激光半主动光学系统初始结构设计,通过对非对称像差优化实现光斑均匀化设计,设计并研制了折射式激光半主动光学镜头,光学系统工作波段1064 nm,视场为±9.2°,光斑大小5 mm,能量分布均匀;为解决激光半主动镜头不能单独检测的问题,提出了利用色差特性实现镜头低成本可视化检测的原理,并搭建了激光半主动光学镜头的可视化检测系统。镜头的测试结果表明,光斑大小满足设计要求,低成本可视化检测系统大幅提高了镜头检测效率,并易于工程化,批量化生产。     

三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

针对动车组空间三维坐标的测量需求,设计了三维激光雷达共光路变焦光学系统。系统采用发射/接收共光路的结构形式,以高斯光学为理论基础,对能量传输进行了详细的分析,得到扩束透镜链的严格限制关系。为简化系统结构,利用液体透镜代替传统的机械变焦机构,以几何光学为理论基础,计算出光学系统初始结构,并采用Zemax光学设计软件进行仿真,设计出三维激光雷达发射/接收共光路光学系统。该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰,还简化了结构、缩小了仪器体积。采用液体透镜调焦代替机械调焦,避免了调焦引起的机械振动,有效提高了激光雷达的定位精度。通过改变液体透镜的光焦度,实现了在2~30 m测量范围内,发射光学系统在被测物体表面的光斑半径小于20 m/m,接收光学系统超过90%的聚焦能量集中在半径小于1.6 m的圆内,满足用户要求。