典型粗糙表面激光后向散射特性实验

对现有的粗糙度比较样块和其他典型粗糙目标进行了后向光散射特性的实验。实验结果表明,当入射光为632.8 nm波长时,随着入射角的增大,不同的被测目标的散射强度变化得比较明显。如果被测目标的表面斜率均方根比较接近,可以发现它们整体的散射光强度变化趋势几乎一样,而且它们的偏振度也相差不大。表面斜率很小的被测目标,相对其他被测目标,其散射光光强明显大很多,其偏振度也是最大的,说明相对光滑的表面探测到的后向散射光强度比相对粗糙表面探测到的散射光强度大得多。文中关于典型粗糙表面后向散射偏振特性的研究结果对于探讨进行目标识别的理论及应用方面有一定的价值。     

激光海水气泡幕偏振特性分析

针对不同环境条件下海水中的气泡幕对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法对整个模型进行仿真。在仿真过程中,充分考虑光子在气泡幕中的运动过程,对比分析了圆偏振光入射不同气泡半径、不同气泡密度和不同气泡幕宽度以及线偏光不同角度入射下,回波信号在强度和偏振度特性上的差异性;同时验证了激光海水气泡幕偏振探测法用于激光通信探测领域的可行性。     

舰船尾流气泡多重散射偏振特性研究

舰船尾流气泡的多次散射效应对光尾流探测领域的研究具有重要意义.针对水中气泡多次散射对后向散射光强以及偏振度的影响规律问题,基于矢量Monte Carlo方法,采用欧拉矢量法对光子在水中气泡后向散射偏振态进行跟踪,对比分析了线偏振、圆偏振激光入射情况下,不同散射次数回波信号在强度和偏振度特性上的差异性,验证了欧拉矢量法用于光尾流探测仿真领域的可行性.     

基于米氏散射理论的太阳光散射偏振特性

大气散射光偏振特性的研究对于降低自然扰动对偏振光导航系统的误差影响,优化系统具有重要意义。实验采用矢量偏振分析装置测量了不同天气情况下大气散射光偏振度和太阳光单次散射角,研究了两者之间的关系。结果表明,在不同天气条件下,大气散射光偏振度和太阳光单次散射角之间皆为抛物线型关系,散射光偏振度变化主要由大气散射粒子大小变化引起。当散射粒子半径增大时,散射光偏振度减小,并且偏振度最大值所对应的散射角值发生偏移。基于米氏散射理论建立了单次光散射偏振模型对该实验进行了理论分析,数值仿真结果与实验结果一致。     

水下尾流相干探测的理论与实验研究

研究水下舰船尾流形成初期相干光探测干涉图像的特性及不同水体条件下干涉图像的变化情况,仿真不同退偏情况下的干涉图像。基于Monte Carlo方法建立了气泡群散射的仿真模型,分析气泡群多重散射的强度特性并模拟前向及后向接收屏的光强分布情况。搭建马赫-曾德尔干涉光路进行水下舰船尾流气泡的相干探测实验,验证了理论和模拟的准确性。结果表明,设计的光路可以测量该实验条件下尾流前向散射光的干涉图,不同水环境下干涉图的光强和对比度具有很大的差异,可以通过对干涉图的直接处理来进行水环境的区分。利用干涉法进行尾流区域判断,为尾流区域的探测提供了一个新的思路。     

基于偏振成像和图像融合的目标识别技术

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并利用图像融合技术计算了目标的Stokes图像和偏振度图像.结果显示:偏振成像有效地滤除了杂乱背景散射光的影响,明显提高了目标成像的对比度和分辨率.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

水下单光束扫描探测系统光路参数优化设计

针对水下单光束扫描探测系统探测水中近场目标的需求,为抑制海水后向散射干扰,提高系统信噪比,对系统光路参数进行了优化设计。通过推导系统盲区距离公式、水中目标回波和后向散射功率方程,分析了系统探测区域和信噪比同光路参数的关系。在不同水质条件下,基于粒子群算法(PSO)对光路参数进行了优化计算。结果表明:对探测区域为6-10 m的系统,当发射光束与接收视场平行,接收视场半角为9 mrad,收发间距为10.6 cm时,系统信噪比达到最佳。为验证理论模型的正确性,设计了水下激光探测光路模拟系统,测试不同光路参数下系统信噪比,实验结果与理论值一致。优化结果可为水下单光束扫描探测系统光路设计提供理论依据。     

偏振光谱仪偏振探测精度分析

用于野外地物偏振光谱测量的偏振光谱仪,其偏振探测精度直接影响到地物偏振光谱信息获取的准确性,进而影响到目标偏振特性的解译水平。设计了适用于光栅光谱仪的偏振测量组件,将两种型号的光栅光谱仪改装成偏振光谱仪。基于可调偏振度光源验证偏振光谱仪的偏振光谱测量精度,首先分析了偏振光谱仪的偏振敏感性,然后给出了偏振光谱仪对可调偏振度光源输出不同偏振度谱的实验测量结果。实验结果表明:在460~920 nm波长范围之间,偏振光谱仪具有一定的偏振敏感性,加装退偏器之后,偏振光谱仪对输出光的测量偏振度与可调偏振度光源输入的标准偏振度具有很好的一致性,实测值与理论值的绝对误差均在2%以内,从而验证了两种型号的偏振光谱仪偏振测量组件设计的可行性,能够满足实验测量的要求。     

组织模型光散射的偏振特性

偏振门技术已被广泛用来探测上皮生物组织的结构,但组织的光学参量如何影响入射光的偏振态这一问题尚未解决.结合斯托克斯测量系统模型和米氏散射理论,计算分析了散射体分别等效成直径为5.0、9.0 μm球形粒子的散射光强分布及偏振度分布,以及线偏振光、圆偏振光入射时大小粒子后向散射光的偏振度光谱.结果表明:无论是小粒子还是大粒子,后向单次散射光均具有很高的偏振性,偏振度光谱对粒子尺寸的变化比较敏感,而当线偏振光入射时,随着粒子平均尺寸的增加,光谱振荡频率及偏振度都将增大.该方法对于早期癌症检测具有潜在应用意义.     

偏振遥感识别低反射率伪装网研究

偏振遥感是一种新型的侦察手段,具有传统遥感所不具备的优点,是研究大气与地面目标的重要方法.为了研究伪装目标的偏振散射特征,在光学与红外波段测量了三色迷彩伪装网的偏振参数.研究发现,在探测条件一定的情况下,伪装网散射光的偏振度受入射角度和表面反射率的影响较大.入射角增大,伪装网散射光的偏振度也随之增大;表面反射提高,其散射光的偏振度降低.偏振度成像可以增强低反射区域的亮度和对比度,而偏振角成像对伪装网的外形特征非常敏感,偏振遥感对复杂背景中的低反射率伪装目标识别具有独特优势,对军事伪装目标的生存构成了严重威胁.     

激光引信云雾后向散射的偏振特性分析

针对激光在大气中传输时受到云雾的散射和吸收作用而影响激光引信的探测性能的问题,开展云雾对激光后向散射偏振特性的影响研究。利用Matlab对收发同轴窄视场模式下云雾对激光后向散射进行蒙特卡罗方法模拟,结果表明:不同粒子半径、不同能见度下云雾对激光后向散射的平均偏振度在0.08~0.25之间,与人造金属目标的偏振度之间存在较大的差异,可通过设定适当的阈值提高激光探测系统的抗云雾干扰能力。     

偏振技术在激光引信抗烟雾干扰中的应用分析

激光引信如何抗云、烟环境干扰一直以来为该领域的研究热点。利用人工实体目标反射与烟雾后向散射回波的偏振度差异,设计了一种基于偏振探测的激光引信。该探测系统对烟雾后向散射信号产生消光效应远大于目标探测信号,选择性的降低了引信接收烟雾后向散射信号的能力。并结合激光引信的阈值探测原理和探测概率曲线,理论计算了该偏振探测系统对烟雾的探测概率降低到原探测系统的0.4%。最后结合工程研制经验,分析了该探测系统通过系列措施,既能保证其对目标的探测,又可大幅降低对烟雾的探测概率,而有望成为本质提高激光引信抗环境干扰的新方法。     

低信噪比激光引信回波幅值提取技术

在对激光引信回波进行信噪比分析的基础上,针对低信噪比时峰值检测法在回波幅值提取中相对误差较大的问题,提出了一种采用小波阈值去噪提高幅值提取精度的方法。基于Mallat算法对回波信号进行快速分解与重构,并实际计算了峰值检测法在低信噪比回波幅值提取中的相对误差。研究结果表明,小波阈值去噪能较好地分离回波信号中的高频噪声,减小低信噪比回波幅值提取的相对误差,从而提高了回波幅值提取的精度。     

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。     

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。     

典型背景和目标的长波红外偏振成像实验研究

红外成像可以获得目标的强度信息,偏振成像可以获得目标的偏振信息,二者结合更有利于目标的探测识别。实验选用天空中飞机、海面上船只、草地上车辆三种典型自然背景下的典型目标作为研究对象,并利用自行研制的四通道同时长波红外偏振成像系统实现图像采集。实验结果表明,相对于传统的长波红外成像,长波红外偏振成像具有以下优势:长波红外偏振度图像在一定情况下具有更高的图像对比度,有利于目标的探测识别;长波红外偏振角图像可以突出目标细节,有利于观察者对场景内容的理解;长波红外偏振度和偏振角图像在一定情况下可以抑制杂波干扰,有利于杂波情形下的目标成像研究。     

基于实测数据的Ka波段海杂波极化特性研究

文中介绍了获取Ka波段海杂波的试验条件,并利用获取的实测数据进行了杂波特性分析.发现:HH极化与VV极化下海杂波的幅度分布区别不大,与瑞利、韦布尔及K分布拟合程度较为接近,与理论分析基本一致;海杂波时间相关性很短,在不同极化方式下变化不大;其空间相关长度约为4 m,且随着擦地角增加而略有增加.此外比较分析了HH和VV两种极化下海杂波后向散射系数随擦地角的变化趋势,在低擦地角情况下,VV极化条件下的海杂波后向散射系数高于HH极化.本文的研究结果为海杂波背景下低空小目标的检测研究提供了更加丰富有利的支撑.     

基于线偏振激光主动成像的目标探测与识别

在对偏振光进行Stokes参量法描述的基础上,用线偏振激光对六种不同材料的目标进行了主动成像实验.实验中,先分别用CCD1和CCD2接收水平偏振图像和竖直偏振图像,然后,根据两幅图像的平均灰度值IX和IY,算出了不同目标反射光的偏振度P.在此基础上,对绿色油漆覆盖的铁片和铜片进行目标识别实验,通过对偏振图像进行直方图均衡化处理,将两种不同材料的金属目标明显地识别出来.实验证明,偏振图像具有识别目标细节的能力,特别适合暗小目标的探测与识别.