海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究

尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数。开展海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究,对确定感知舰船尾流的光学参量,从散射信息中分离出光尾流特征信息,验证尾流光散射特性模型有重要意义。讨论了海水及气泡群的激光背向散射特性实验研究,给出了实验结论。     

舰船尾流光特性分析

在远场尾流区气泡之间是不相关的，气泡光的散射是不相关散射．基于这一认识，利用Mie散射理论初步分析了远场尾流区光的散射特性，发现远场尾流区尾流光的背向散射强度明显增强，不同深度和不同长度光的背向散射强度都有一定的差别．尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数．     

舰船尾流光特性分析

在远场尾流区气泡之间是不相关的,气泡光的散射是不相关散射.基于这一认识,利用Mie散射理论初步分析了远场尾流区光的散射特性,发现远场尾流区尾流光的背向散射强度明显增强,不同深度和不同长度光的背向散射强度都有一定的差别.尾流光的背向散射特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数.     

舰船尾流中脏气泡光的散射特性

阐述了舰船尾流气泡的分布特性和气泡数密度的衰减特性．基于Mie散射理论。计算和分析了干净气泡和脏气泡光的背向散射特性，群体干净气泡和脏气泡光的背向散射特性．     

鱼雷激光尾流自导方法的研究

提出了基于尾流的光学效应的鱼雷激光尾流自导方法。舰船在航行过程中不可避免地会产生舰船尾流。舰船尾流的光学特性主要由尾流气泡的光散射效应所决定。普通海水中存在着许多作布朗运动的微粒(包括海水中的杂质分子、悬浮粒子、有机及无机溶解质、微生物和气泡等)，它们会对光波产生散射效应，但当光在存有大量气泡的尾流中传输时，光的散射效应就会大大增强。根据气泡的光散     

舰船尾流中脏气泡光的散射特性

阐述了舰船尾流气泡的分布特性和气泡数密度的衰减特性。基于Mie散射理论,计算和分析了干净 气泡和脏气泡光的背向散射特性,群体干净气泡和脏气泡光的背向散射特性.     

水中气泡尺度计算的图像处理方法

舰船尾流场中气泡幕的存在,使得舰船尾流区域的海水的光特性与周围海水的光特性 有很大差异,利用尾流场光学特性的异变,可作为水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要手段。尾流中气泡大小、浓度对于研究对光在海水中传输特性有很重要的意义。文中给出了在实验室条件下用图像处理方法计算水中微小气泡尺度的方法,实验结果对于研究舰船尾流场的光学特性有实际意义。     

多尺度复杂水质尾流气泡的激光探测仿真与实验

舰船尾流气泡具有尺度范围大、稀疏、离散等特征。利用蓝绿激光的海水穿透性能以及气泡对激光的后向散射特性，可以实现舰船尾流气泡的远场检测。舰船尾流的稀疏、离散特征导致气泡的激光散射回波信噪比极低，对光学接收处理系统及尾流信号处理方法带来了困难与挑战。建立了舰船尾流气泡的激光后向散射模型，通过蒙特卡罗仿真验证了不同水质、不同气泡距离和不同尺度气泡的激光后向散射特性，设计了可抑制近场水体强散射干扰的水下气泡激光测试分析系统，实现了激光能量与雪崩光电二极管接收增益间的匹配调节。针对室内和湖泊环境，开展了不同水质和光电探测参数下的尾流气泡检测性能测试，通过对数据进行统计处理分析得到了舰船尾流气泡的激光探测特征规律。设计的水下气泡激光测试分析系统可以实现对舰船尾流气泡的有效探测，为舰船尾流探测系统在不同水质环境下的工程应用提供了理论及数据支撑。     

空射激光制导武器对舰船隐蔽指示特性研究

舰载光电对抗系统是舰载装备电子防护对抗光电制导武器的重要手段。为提高激光精确制导武器对舰船攻击过程中的突防成功概率,研究了激光制导对舰船攻击的尾流偏差指示方法。结合舰船尾流气泡特性、激光半主动激光制导模式、尾流气泡激光散射特性模型,建立了空射激光制导武器对近水面层舰船尾流气泡探测模型。对激光照射舰船尾流不同区域、不同天气情况、不同照射角度下散射特性进行了仿真。研究结果可为新型激光精确制导武器对舰船隐蔽突防打击提供参考。     

舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究

在Mie散射理论的基础上分析了尾流气泡的光散射特性，并用脉冲激光对尾流模拟气泡幕的后向散射光信号进行了实验研究，对气泡幕位置、接收发射轴夹角和多次散射等影响因素进行了详细讨论。实验发现：气泡幕存在条件下后向散射光信号得到明显增强，且信号的峰值强度随气泡幕位置等参量的变化而改变：当气泡幕位置较近时，多次散射光信号将对接收信号产生明显的作用，是影响接收信号强度的一个重要因素。     

舰船气泡尾流激光雷达的关键技术

针对舰船气泡尾流激光雷达研发中的三项关键技术———复合散射理论研究、激光断层和偏振检测技术、后向散射抑制技术展开综述,总结了相关领域研究成果并提出新的技术方案。对复杂海洋环境下的激光复合散射理论进行了系统的分析,有针对性地给出了相关研究方法及研究关键点。提出利用激光断层和偏振检测技术对舰船尾流进行检测的新方法。基于Monte Carlo模型分析了尾流激光雷达近场后向散射光的大动态衰减规律,提出一种新的基于雪崩光电二极管的大动态范围信号接收技术。在国内首次成功研发尾流激光雷达样机并首次获得大量详实的海试数据。海试结果表明,该样机对8节航行下的千吨级民用船舶尾流探测距离大于3.7 km。     

舰船尾流消光特性分析

阐述了介质的浊度、消光和朗伯公式之间的关系、基于Mie散射理论,计算和分析了舰船尾流的浊度和消光特性。认为舰船尾流的消光特性是水下航行体跟踪、识别和定位目标的重要参数。     

舰船尾流中气泡的主动声反射/散射模型

用声反射和折射定理分析气泡与水的分界面处入射声波的反射与折射作用,振动类比电路和气泡的多阶谐振公式分析气泡的声散射作用,建立尾流中气泡的主动声特性模型.通过分析尾流中气泡的主动声反射/散射模型,为后续的多个气泡及尾流的主动声反射/散射模型奠定基础.     

舰船尾流激光制导方法的研究

为了研究鱼雷的激光尾流制导方法,分析了舰船航行时所产生尾流的几何特征和光学性质,讨论了舰船尾流中不易在短时间内消失的微气泡对激光的散射特性,提出了利用激光在尾流区域内、外传输时,其前向或后向散射激光在时域、频域和空域中光学参数的变化来快速、准确地判别鱼雷是否进入、穿出尾流,从而导引鱼雷沿目标舰船的航迹靠近目标的新型鱼雷制导方法。讨论了实现鱼雷激光尾流制导的几种不同途径,得出了上视激光尾流制导是一种既不会破坏鱼雷雷体的流线性结构,又可以通过激光扫描来确定尾流边界的先进的鱼雷制导方法的结论。     

飞机尾流的雷达回波Doppler特性分析

尾流的形状大小及强度等主要由飞机飞行重量、飞行速度及机翼结构等参数决定.在湿性大气条件下,尾流对电磁波的散射主要是由尾流系统中微粒的Bayleigh散射造成的,通过分析尾流粒子模型的速度谱,得到了尾涡速度谱与Doppler速度之间的关系,这一特性与大气环境中湍流的特性有明显区别,可为飞机尾流的雷达探测和定位问题提供理论依据,并可指导雷达设计,从而引导飞行器规避飞机尾流,减少飞行事故的发生.     

舰船尾流共轴激光雷达近场抑制比的计算方法

水下激光雷达在近场就已经发生了激光的多次散射,其共轴光学系统对近场水体的强散射信号将具有一定的抑制能力,可防止接收系统饱和。研究共轴光学系统近场抑制比的计算方法具有重要意义。分析讨论了常规光子返回贡献公式不适于近场计算的原因,提出新的水下近场共轴光学系统的返回贡献公式及基于坐标变换的简单计算方法,结合Monte Carlo仿真计算了水下近场抑制比。分析计算了近场抑制比、抑制时长与激光脉冲宽度的关系,结果表明:该方法完全可满足水下共轴光学系统计算的需要。     

尾流中气泡的主动声特性模型及有限元分析

尾流中气泡的主动声学特性是主动声探测和声波在尾流中传播的理论基础。分析入射声波在空气与水的分界面的反射/折射特性和气泡在受迫振动条件下的散射,建立尾流中气泡的主动声学特性的弹性薄球壳模型。对气泡模型运用有限元分析得到气泡的谐振频率,与理论值比较验证了模型的正确性。