基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法

针对激光引信易受云烟雾干扰的问题,提出了一种基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法。计算了不同脉冲宽度条件下的云烟雾后向散射回波功率,并给出了云烟雾后向散射回波功率随发射脉冲宽度的变化规律。分析了不同云烟雾条件下使用不同发射脉冲宽度探测时所得到的回波功率比。实验结果表明,在使用不同脉冲宽度激光探测条件下,云烟雾激光后向散射功率比大于3,使用该方法可有效提升激光引信抗干扰性能。     

考虑脉冲展宽和限带接收的目标等效LCS 计算

对于窄脉冲激光探测系统,当激光经探测目标不同散射面元散射后到达接收机的时间 差大于发射激光脉冲宽度时,存在激光回波脉冲宽度展宽和相应峰值功率下降问题,加上激光接收机响应带宽的限制,由此,对探测目标的等效LCS 不能简单地由一般的公式计算。在考虑以上因素的情况下,本文对朗伯散射体等效LCS 的计算方法进行初步探讨。     

考虑脉冲展宽和限带接收的目标等效LCS 计算

对于窄脉冲激光探测系统，当激光经探测目标不同散射面元散射后到达接收机的时间差大于发射激光脉冲宽度时，存在激光回波脉冲宽度展宽和相应峰值功率下降问题，加上激光接收机响应带宽的限制，由此，对探测目标的等效LCS不能简单地由一般的公式计算。在考虑以上因素的情况下，本文对朗伯散射体等效LCS的计算方法进行初步探讨。     

基于不同材质气溶胶下激光回波特性研究北大核心CSCD

激光引信易受到气溶胶的干扰,造成引信的虚警,对激光抗气溶胶干扰的研究一直是亟待解决的难题。大气环境中气溶胶的组分是多样的,因此研究不同材质气溶胶的激光回波具有重要意义,而烟雾和云雾是不同材质气溶胶的典型代表。本文基于Mie散射理论和蒙特卡罗随机逻辑方法,分别建立了激光烟雾、云雾单次和多次散射模型,对比分析了不同脉冲宽度10 ns、20 ns和50 ns的光束、不同材质气溶胶烟雾和云雾、不同散射次数的回波特性,得到了不同脉冲宽度激光在不同材质气溶胶下的散射回波规律。仿真结果表明:激光发射脉冲宽度越小和气溶胶能见度越大,目标回波和气溶胶回波的区分效果越好;激光在云雾中的透过率高于烟雾,反射率低于烟雾;激光在烟雾中的衰减度高于云雾。该结论可为研究激光引信在气溶胶环境下后向散射回波特性和提高抗干扰能力提供了研究思路。     

微脉冲激光雷达探测信号的数值模拟计算

本文对微脉冲激光雷达探测的大气后向散射回波信号进行了数值模拟计算，计算结果得到了实验的验证，并就激光脉冲能量、发射的激光脉冲数、滤光片半宽度以及接收视场等系统参数对微脉冲激光雷达探测回波信号信噪比的影响进行了较为详细的分析和讨论。     

脉冲激光引信烟雾后向散射特性研究

激光引信的探测性能容易受到烟雾的干扰,引起虚警和漏警。为研究脉冲激光引信在烟雾环境中的传输特性,基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,建立脉冲激光引信烟雾后向散射模型,仿真905 nm脉冲激光在不同烟雾环境下的回波特性,进行相关试验,对比仿真归一化峰值强度与实测峰值电压,进行相关性分析,验证模型的准确性。分析不同烟雾质量浓度、烟筒长度与距离下脉冲激光引信在烟雾环境中的后向散射特性,得到不同条件对回波的影响规律,研究结果可为脉冲激光引信抗烟雾干扰提供支撑。     

光纤受激布里渊散射的光信号特性分析

为了研究抽运光的脉冲宽度对布里渊散射光的影响,对光纤传感系统中基于受激布里渊散射的三波耦合方程进行了分析,采用频域分析和一种微扰近似理论推导了散射光的近似表达式,然后通过数值计算分析了散射光随着脉冲宽度的变化规律。结果表明,在宽度接近于20ns(声子寿命)的脉冲下,散射谱出现多波峰结构;当宽度越来越接近于40ns时,主波峰逐渐增大,次波峰逐渐减小;当采用的脉冲宽度远远大于声子寿命时,散射谱只出现一个波峰并且维持一个波峰不变。此研究为传感中选取合适的脉冲宽度提供了参考。     

舰船尾流激光探测跟踪方法与试验

舰船尾流激光探测跟踪是水下航行器对舰船进行探测、识别、跟踪的新手段。论文基于舰船尾流分布特性、气泡目标特性,采用蒙特卡洛仿真方法,实现了多尺度、宽数密度、大厚度舰船尾流气泡群的后向散射回波信号特性仿真,得到了水下航行器载激光探测系统在搜索、跟踪阶段信号的变化趋势,以及不同目标舰船的激光后向回波信号变化强度,可有效模拟激光探测系统对舰船尾流目标特性的真实跟踪状态。对于大型船只,当激光探测系统位于尾流之下时,航行器距舰船目标越近,尾流气泡激光回波越强,脉冲宽度展宽幅度越大;当激光探测系统位于尾流之中时,航行器距舰船目标越近,尾流气泡激光回波越弱,脉冲宽度变窄幅度越大。探测系统位于尾流之下时与探测系统位于尾流之中时,信号变化相反。小型船只信号变化趋势基本与大型船只保持一致,但尾流激光探测回波强度变低。开展了湖泊环境下船舶尾流激光探测跟踪试验,当探测系统在尾流之下时,大型船只尾流激光回波信号信噪比高,小型船只尾流激光难以检测。探测系统位于尾流之中时,大小船只尾流激光探测系统都可实现有效探测。论文可为舰船尾流探测实际工程应用提供支撑。     

各向异性散射介质中高斯脉冲激光的回波特性

采用蒙特卡罗法建立了各向异性散射介质中高斯脉冲激光的全链路瞬态辐射传输模型,构造并推导了散射方向概率模型及其坐标系变换过程。在此基础上,计算分析了高斯脉冲激光回波特性的时域分布及差异。研究结果表明:时域回波信号的脉冲增减来自于其他类别信号的转化和自身信号的超前或滞后;随着前向散射的增强,目标回波信号强度增大、峰值时刻前移、时间展宽减弱,散射回波信号响应与其相反且影响程度减弱;目标回波特性与[0°,90°]前向散射区域直接关联,散射回波特性与[90°,180°]后向散射区域直接关联。研究结论可为脉冲激光主动探测系统的性能提升及地物目标的反探测隐身提供理论指导。     

混沌脉冲激光雷达水下目标探测

海水对光波的吸收和散射,严重制约了激光雷达水下目标探测的性能。通过对激光在海水传输过程中产生后向散射的定量分析,说明了激光回波信号被海水后向散射影响的严重性。分析比较了距离选通技术和强度调制技术抑制海水后向散射的能力,提出了使用自身具有高频强度调制特性的混沌脉冲激光进行水下目标探测,设计了基于相关法测距的混沌脉冲激光雷达水下目标探测方案。通过对后向散射光以及带有不同后向散射强度的回波信号光的时域和频域特性的研究,使用互相关噪声水平算法判定混沌脉冲激光雷达抑制海水后向散射的能力。理论仿真分析表明,当后向散射光强度是混沌脉冲激光强度36倍时,仍能提取出目标信号。     

脉宽可控的腔倒空射频波导CO2激光器

为了得到脉宽可控的腔倒空射频波导CO2激光器,采用了在陶瓷板上直接开波导槽的方法,构成了多通道Z折叠主本振激光器结构,并在主振波导进行CdTe电光晶体腔内调Q。在理论上计算了加载在CdTe上的高压脉冲下降时间的长短对腔倒空激光脉冲宽度的影响,并通过对高压脉冲电源等效负载参数的调整,得到了脉冲宽度可控的高重频腔倒空激光脉冲。在20kHz,40kHz,65kHz及70kHz的重频工作下,得到了半峰全宽约30ns、峰值功率在2kW以上的腔倒空激光脉冲。结果表明,这种新型腔倒空射频波导CO2激光器满足激光外差成像雷达系统参数要求。     

High power optically pumped far infrared laser systems

Single mode, 60-80 ns pulse width, 50-70 kW peak power laser oscillators operating on the 384.6 μm line of D2O have been developed. The characteristic linewidths of these oscillators are less than 25 MHz full width at half maximum which favorably compares with the intrinsic width of 6-8 MHz associated with the pulse length of about 60 ns. A 12.7 mJ, 195 kW, 384.6μm D2O laser oscillator-amplifier combination has been constructed and tested. Although single longitudinal mode operation is attained from this oscillator-amplifier system, amplified spontaneous emission (superradiance) from the amplifier adds low power level wide-bandwidth background radiation. Studies of far infrared lasing action in CH3F and CH3I are also described.     

基于声光调Q的高峰值功率全光纤脉冲激光器

报道了基于声光调Q的高峰值功率全光纤脉冲激光器,通过改变驱动信号,可获得不同特性的脉冲激光输出。当重复频率为10 kHz时,脉冲宽度在3~900 ns可调。在脉冲宽度为65 ns时,获得1.24 W的平均功率输出,单脉冲能量0.13 mJ,峰值功率2 kW。当重复频率为100 Hz时,可获得脉冲宽度为86 ns、平均功率84 mW的输出,单脉冲能量0.84 mJ,峰值功率10 kW。该激光器结构简单,可以通过调制方便地改变激光参数,可作为进一步放大、压缩脉冲和提高重复频率的种子源。     

陶瓷多通道折叠射频波导稳频脉冲CO2激光器研究

为了研究可用于红外激光外差成像雷达、由腔倒空脉冲工作模式的主振激光器和处于连续工作模式的本振激光器组成的射频波导稳频脉冲 CO2激光器,采用输出端腔外准折叠和主、本振全反射端共用同一块原刻闪耀光栅的方法,分别缩短了器件的长度和提高了主、本振激光器的外差频率稳定性。通过调节CdTe调制器上的高压脉冲下降沿时间,可以使主振得到宽脉冲的腔倒空激光输出,本振通过插入压电陶瓷来实现系统的外差中频信号的偏频锁定。主振在腔倒空模式下工作重频可达到70kHz,得到脉冲峰值功率达到2.5kW（脉宽约为30ns）、主本振外差中频（120MHz）频率漂移在短期内小于1MHz 的结果。结果表明,研制的激光系统可以满足外差成像雷达系统的特殊要求。     

环形腔中背向散射特性的理论研究

研究了连续激光注入时无源环形腔的背向散射特性。首先,分析了注入光与无源腔频率完全匹配时,正向光和背散光振幅的稳态解,以及充光和快速关断过程中正向光和背散光振幅随时间的演化。其次,推导了无源腔中正向光和背向散射光的峰值半宽。最后,讨论了正向光和背散光随注入光频率扫描速度的变化。发现在环形腔中,总背向散射光强要比单圈背向散射光强大,背向散射光的峰值半宽为正向光的0.64倍。这些发现对背向散射精密测量、扫频法测腔损具有一定的参考作用。     

Gain switching of waveguide laser based on Nd-doped silica planarlightwave circuit pumped by laser diodes

A gain-switched Nd-doped silica waveguide laser pumped by laser diodes (LDs) was successfully realized. The light from two CW operated and modulated LDs was synthesized and used to investigate gain switching characteristics under various pump conditions. Pulses with a peak power of 1.0 mW and a full width at half maximum of 480 ns were obtained at a repetition rate of 150 kHz. The average modulated pump power was 17 mW and the bias pump power was 35 mW. A gain-switched pulse repetition rate of 25 to 150 kHz was achieved by controlling the pump power of a CW operated and a modulated LD     

Study of Lasing Action in a Pulsed Optically Pumped D<Subscript>2</Subscript>O Gas Terahertz Laser

A modified three-level laser kinetics model for a pulsed high-power optically pumped gas terahertz laser is introduced and used to model the lasing kinetics process of a gas terahertz laser system. We, for the first time to our knowledge, investigated the time evolution dynamics process of the pump intensity, population distribution among the energy levels, pump and THz signal gain coefficient, and the THz laser intensity within the pulsed D₂O gas THz laser. High-power THz pulse with peak power of about 7.4 kW and pulse width of 145 ns at wavelength of 385 μm were obtained in the simulation, using an incident pump pulse with peak power of 2.2 MW and pulse width of 110 ns. THz pulse delay of 40 ns and pulse broadening of 35 ns were quantitatively analyzed. In addition, the experimental results for the pulse profile, pulse width, pulse broadening, pulse energy, and peak power are in agreement with the theoretical simulation results.     

基于小波分析的脉冲激光回波信号分离方法北大核心CSCD

针对脉冲激光引信易受战场烟尘粒子后向散射回波干扰的问题,提出了一种基于小波分析的激光回波信号分离方法。通过Mie散射理论和蒙特卡洛方法,建立烟尘环境脉冲激光传输与接收理论模型,模拟含有噪声的激光回波信号。在回波信号分离过程中,首先通过基于阈值的小波去噪方法,去除激光回波信号噪声。再采用峰锐化算法提高回波信号的峰分辨率,解决波峰重叠度过高的问题。最后,对锐化后的回波信号进行连续小波变换,得到波峰峰位参数,并根据峰位值求解出最佳高斯拟合波形,得到峰强及峰宽信息。实验结果表明,利用连续小波变换求解出的回波峰位值偏差在7.9%之内,通过高斯函数拟合得到的峰宽值误差小于2.71%,峰强值误差小于1.82%。该方法通过对烟尘环境脉冲激光回波进行解析实现目标反射回波和烟尘后向散射回波的有效分离,可为实际战场环境脉冲激光引信抗烟尘干扰提供理论参考。