全向激光告警系统中激光光斑精确定位方法

在成像型全向激光告警系统中,大视场探测与精确定向构成一对矛盾.为提高全向激光告警的定向精度,需要对激光光斑进行亚像素级的精确定位.在分析了鱼眼镜头大视场聚焦探测像差引起的光斑非对称性,并且信息量不足,不易于实现亚像素激光中心定位的基础上,提出通过镜头离焦的成像方式探测激光,使得激光在成像面上形成一定大小的弥散圆形光斑.在面阵探测器获取光斑采样像素点的基础上,通过双三次B样条插值曲面重建圆形光斑.并提取一定灰度值的光斑圆周插值点,作为圆形光斑边缘.通过快速Hough算法计算圆心,从而实现光斑中心的亚像素精度定位.通过实验对比验证,说明该方法可有效地提高激光光斑中心定位精度.     

全向激光告警系统的探测灵敏度分析

阐述了全向激光告警系统的结构特点,阐明了成像型全向激光告警系统的两个限制因素:光学系统像面照度均匀性和大视场角之间的矛盾;大视场接收和窄带光谱滤波技术之间的矛盾.分析了鱼眼镜头像面照度的均匀性,以及窄带干涉滤光片对于不同入射角的透射率.综合鱼眼镜头、窄带滤光片和面阵探测器3个硬件之间相互关系,给出激光全向告警探测灵敏度的估算公式,并通过实验验证了其准确性.最后得出结论,为了保证像面的均匀性及系统探测灵敏度,鱼眼镜头和滤光片的参数要配合得当:在选择鱼眼镜头时,需酌情考虑其最大像方出射角;窄带光谱滤光片需满足一定的透射率要求,则要求鱼眼镜头出射光线的最大像方出射角要控制在滤光片有较高透射率的入射角范围之内.对全向激光探测告警系统的器件选择,使器件组合达到最佳的探测性能具有指导意义.     

成像激光告警的光斑定位误差分析

分析了成像型激光告警系统中CMOS面阵探测器光敏区域的空间分布、光敏区域对激光成像光斑积分采样模型及光斑中心定位方法.阐述了CMOS填充因子、CMOS噪声及鱼眼镜头大视场引入的大像差等因素对光斑中心定位造成的误差,并根据误差理论进行了各种类型误差的合成,给出系统光斑中心定位的误差估算方法和公式.并通过仿真估算误差数据与实验误差数据的对比,验证了误差估算方法的有效性.光斑定位误差分析对CMOS探测器参数选择及系统的定向精度指标论证有参考意义.     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

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。     

近红外全向激光成像探测系统建模与仿真

考虑激光发射系统、激光的大气传输、光学接收系统、探测器和电路以及信号处理系统的影响,对近红外全向激光成像探测系统进行数学建模,基于Visual C++6.0开发了系统仿真软件,并进行仿真实验,实验参数的设置以自主研制的1.06 μm全向激光成像探测系统为依据.外场试验采用85式手持激光测距机作为激光发射源,在系统满足探测概率95%,虚警概率1%的前提下,实际测出的最大可探测距离与仿真实验结果相对误差为1.8%.结果表明:该仿真软件能较客观、全面地反映出近红外全向激光成像探测系统在不同环境、不同系统条件下的探测结果,为系统结构论证、参数优化设计以及性能验证提供了依据.     

利用双Gamma大气闪烁模型分析激光告警探测概率

针对激光告警系统属于小孔径、远距离弱信号和高探测概率探测的特点,分析和研究了大气湍流造成的激光信号的闪烁影响模型,探讨了大气闪烁效应对激光告警探测概率的影响规律.结合激光告警探测器的信号探测原理和探测器噪声分析,基于Andrews双随机起伏调制理论推导了适用于中、强大气闪烁双Gamma模型的激光信号大气传输和信号探测理论模型.根据仿真计算和结果分析指出,激光告警系统的探测概率不但是与探测器功率信噪比、探测器噪声、环境背景噪声和系统功率阈值等因素密切相关的综合函数,而且大气路径的闪烁效应也对激光告警系统的探测概率有明显影响.     

具有亚像素级定位精度的激光三角测距新算法

在以CCD作为探测器的激光三角测距系统中，测距精度主要取决于激光光班在CCD上成像的定位准确性。本文提出一种光斑定位的新算法，采用光班附近一定区域内的所有节点分别进行插值，并分别赋于不同的权值，然后进行加权平均，最终得到光斑的准确位置。该算法充分利用了光班附近的众多信息，避免了单个节点对定位精度的影响，显著提高了定位精度和稳定性。实验证明，可以达到1/10像素定位精度。     

激光远场能量密度分布测试系统的实现

要设计了基于CCD成像法的激光远场能量密度测量系统,给出了CCD成像法测量远场激光能量密度分布的基本原理,并在特定条件下对激光能量测量模型进行简化.利用漫反射靶板将激光的能量分布信息采集至CCD相机,并在靶板的特征位置上安装能量探测器,依据激光能量模型,将激光光斑图像灰度信息与激光能量探头所测的实际能量值进行信息融合,...     

光栅衍射型超广角激光告警系统的灵敏度分析

研制了光栅衍射型超广角激光告警样机,推导了系统探测灵敏度的估算公式,用1064 nm脉冲激光在半视场角0°~78°范围内测试了样机的最小可探测能量密度。结果表明,半视场角0°~42°范围内,入射激光能量密度保持1.8 nJ/cm2基本不变的情况下,告警系统1级成像光斑的灰度值约由20逐渐减小为7;48~78°范围内,告警系统的最小可探测能量密度约由2 nJ/cm2逐渐增大为7 nJ/cm2;分析表明,随激光入射角度增大,告警系统像差增大导致成像光斑面积变大是引起告警系统最小可探测能量密度变大的主要原因。     

成像型激光探测系统作用距离研究

作用距离是激光探测系统设计首要考虑的内容。以成像型激光探测系统为技术背景,分析了激光在大气中的传输效应,得出了光束传输与大气参量如大气能见度和折射率结构常数的关系式。进而考虑大气闪烁对激光瞬时分布的影响,综合孔径平均效应推导出了系统在一定探测概率时,用最小探测功率或最小照度表示的作用距离模型。并结合典型实例,数值模拟了接收功率与探测距离的定量关系。计算结果表明,灵敏度为毫瓦每平方厘米级的激光能够探测到一般战术情况下经过接收器平台附近的激光信号,从而为系统设计和研制提供了理论依据。     

激光侦察告警设备作用距离仿真

提出了考虑探测概率曲线的激光告警设备作用距离的仿真方法.结合激光告警设备的探测概率曲线和大气湍流作用下的点光强起伏的概率分布,仿真得到激光单脉冲能量为10~(-5)J时,中等湍流强度(C_n~2=10~(-14) m~(-2/3))下激光告警设备的作用距离约为6.5km.实验结果证明这一方法是可行的.这一仿真解决了小孔径激光告警设备的作用距离外场评估费时费力的难题,为小孔径激光告警设备作用距离的评估提供了参考.     

非扫描激光主动成像系统性能分析

介绍了面阵非扫描型激光主动成像系统的原理、特点及影响其性能和成像距离的因素。对激光主动成像模型、ICCD探测器性能、灵敏度指标换算和目标识别性能进行了分析计算。依据入射辐照度和探测器辐照度灵敏度,建立了探测距离公式和入射辐照度需大于探测器辐照度灵敏度2倍的距离估算方法。采用808 nm波段激光进行的主动成像实验证明了理论分析的有效性。     

激光成像雷达前视成像仿真及障碍物识别方法研究

飞行器前视激光雷达通过测距得到前方三维距离像,由三维距离像可以获得飞行器前面障碍物的形状、高度、宽度等信息,从而为飞行器进行地形跟踪和障碍物回避提供依据。文中根据激光成像雷达原理,推导了激光雷达前视成像方程。在三维地形图上,由前视成像方程仿真得到激光雷达前视三维距离像。在三维距离像上提出了障碍物信息提取方法,并在三维地形图上进行了前视成像仿真实验和障碍物信息提取实验。     

基于相关探测技术的激光气溶胶散射信号截获

在激光散射告警器设计中,为了兼顾探测概率与虚警概率两项指标,围绕适用于激光气溶胶散射信号探测的相关探测技术开展了理论与实验研究。在对低空中1.06 m激光气溶胶散射信号的辐照度分布与时域特征进行理论分析的基础之上,根据相关处理对信噪比的改善效果与作用条件的实验研究结果,理论计算了基于相关处理的激光告警设备的探测灵敏度,并据此研制了实验装置,在外场实验中实现了激光气溶胶散射信号的离轴截获。研究结果表明:相关探测技术能够在保持低虚警的同时,进一步提高探测装置的散射信号截获能力,是一种提高散射探测概率的有效途径。     

镜面反射综合孔径成像方法研究

常规的综合孔径成像方法需要进行相干探测,阵列单元为结构复杂的超外差结构,随着成像频率的增加,其研制难度和性能要求将限制综合孔径成像技术在高频段的发展。文章提出的镜面反射综合孔径成像方法采用非相干探测方法,通过探测器阵列或单元扫描对目标场景进行幅度(功率)探测即可获得可视度函数,然后通过成像反演方法获得场景的亮温图像。镜面反射综合孔径成像方法使用的非相干探测单元结构简单,实现难度低,可避免在高频段实现综合孔径成像的难点。镜面反射综合孔径成像方法相比常规综合孔径成像方法实现相同的成像结果可节约一半的天线阵列孔径,并且最少只需一个阵列单元即可实现综合孔径成像。通过理论分析、仿真计算和点目标源成像实验对镜面反射综合孔径成像技术进行了研究。镜面反射综合孔径成像技术为实现综合孔径成像技术提供了一种新途径。     

暗室消光性对激光侦察告警辐射仿真测试的影响

研究了利用激光暗室进行的激光侦察告警辐射式仿真测试模式,提出利用激光指示信 号模拟装置的仿真测试方案。分析了仿真测试中暗室漫反射干扰引起的虚警的干扰模式原因和表现,根据激光目标指示器和激光测距机战场使用与大气传输的理论分析,给出了告警激光信号能量功率的仿真计算模型,探讨了激光暗室各个漫反射表面的漫反射特性、漫反射系数(反射率)等因素对激光侦察告警辐射式仿真测试的影响,为进行激光被动侦察告警辐射式仿真测试提供理论依据和参考。     

激光主动照明成像实验研究

激光照明成像系统为主动光学系统。在低照度情况下,使用激光对远距离目标进行照明,最终利用激光回波在CCD上成像。通过对激光经大气传输后回波功率的研究,对激光照明成像系统作用距离进行推导。利用886 nm固体激光器和CCD相机建立实验系统,验证利用激光照明在主动探测中的可行性。     

空间CCD凝视成像跟踪系统的作用距离分析

在充分考虑了空间背景光辐射特性以及漫反射目标对相干光和自然光的不同反射特性的基础上,利用信号检测的统计学方法,导出了空间电荷耦合器件(CCD)凝视成像跟踪系统分别在激光照明主动跟踪模式和太阳光照明被动跟踪模式下的作用距离表达式。结果表明,空间CCD凝视成像跟踪系统在脉冲能量为1mJ的激光照明主动跟踪模式下可对1m2空间漫反射目标实现10km量级范围内的跟踪;而利用太阳光照明的被动跟踪模式下的跟踪距离可达几百千米。     

镜面反射综合孔径近场成像及其成像分辨率研究

镜面反射综合孔径成像技术是一种通过非相干探测实现综合孔径成像的方法,利用功率探测获得余弦可视度函数,进而通过反演算法获得目标场景亮温图像。文中对镜面反射综合孔径成像方法的近场成像及其成像分辨率进行了理论研究,并通过点源成像实验对理论分析结果进行了实验验证,实验测得的成像角度分别为16.07°、18.48°、23.73°和27.47°,对应的成像分辨率分别为0.95°、0.98°、1.00°和1.04°,实验结果和理论计算结果相符,表明了镜面反射综合孔径成像技术在近场成像领域应用的有效性和优越性。