强光干扰红外成像系统性能计算与仿真研究

针对现代战场诸如探照灯、照明弹、战场火光(多种面光源和点光源等)等强光光源对红外成像系统探测性能的影响,建立红外成像系统对面目标的识别性能和对点目标的探测性能估算的数学模型,并在VC6.0下实现对目标与背景温差、目标的识别距离等参数的计算,建立红外成像系统作用距离模型。最后,对红外成像系统分别受杂散光、强激光干扰以及硬损伤情况下的效果进行仿真,仿真结果可对实际红外成像系统受强光干扰效果做一借鉴,最后对干扰效果的提出了主观评价方法。     

红外成像系统激光干扰饱和串音效应的仿真

分析了激光辐照下,红外成像系统饱和串音效应的机理,计算了投射到探测器表面的激光光斑半径及能量分布,建立了红外成像系统激光干扰的饱和串音模型,并利用系统仿真软件,模拟了激光辐照前后的系统成像效果,证明了激光干扰对红外成像系统成像质量的影响。     

一种折反二次成像式长波光学系统的杂散光抑制

讨论了一种折反二次成像式长波红外光学系统的杂散光抑制方法,该光学系统采用R-C反射式结构和二次成像光路,用于小型低成本红外成像制导系统。利用LightTools软件仿真找出光学系统中的主要杂散光来源和传输路径,结合仿真分析结果设计出了合适的机械拦光结构。然后在LightTools中建立了光学机械结构模型针对杂散光抑制进行了迭代设计,并对杂散光抑制效果进行了仿真验证。设计的光学系统加工、装配完成后进行了太阳杂散光抑制试验,仿真和试验结果表明:太阳夹角7以外不存在杂散光干扰,可以满足系统杂光抑制要求。     

定向干扰激光的红外成像建模与仿真

为有效应对红外成像制导武器,激光定向干扰技术在近年得到重点发展,并有望成为未来红外对抗的主要方式。着眼于对激光干扰条件下红外系统成像特性的研究需求,对机载激光定向干扰从发射、大气传输、光学系统传输以及探测器响应的全链路过程进行了分析建模,构建了激光干扰条件下红外系统成像特性的仿真模型,最后通过试验验证了文中方法和模型在对激光的红外成像灰度等级、成像光斑及灰度分布特性、成像饱和与致盲毁伤效果方面能够有效反映红外成像系统对激光的实际响应特性,并取得与实测试验相近的仿真结果,从而为后续深入研究激光定向干扰效能奠定基础。     

变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验

开展了变焦彩色CCD成像系统的激光外场干扰实验,测得了半导体激光（750 nm）对变焦距（17~187 mm）彩色CCD相机的干扰效果;同时利用典型的激光干扰CCD模型,完成了对实验结果的验证与理论分析。理论与实验结果表明:750 nm激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象;在激光辐照条件相同情况下,光学系统焦距f越大,被光阑截断的激光就越少,到靶的激光功率密度就越高,CCD靶面的光饱和面积就越大;光学系统焦距f为17 mm时,CCD靶面的光饱和面积为0.33 mm0.29 mm,而当光学系统焦距f增大至120 mm时,CCD靶面的光饱和面积为1.8 mm1.2 mm。仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。研究结果将对CCD器件的实际应用具有一定的指导意义。     

激光干扰下红外成像系统性能预测研究

激光干扰是抑制红外成像系统现场性能的有效手段,为实现对激光干扰下红外成像系统性能预测,文中以激光干扰红外成像探测器的作用机理为基础,通过对红外成像系统吸收的激光能量与对比度增强之间的关系进行分析,得到干扰激光的能量与对比度增强之间的关系,进而修正红外成像系统的对比度阈值函数;并结合NVThermIP性能模型实现激光干扰对系统性能的预测,给出了仿真结果,为红外成像系统的性能预测评估和理论模型的继续完善提供依据。     

光电成像系统激光干扰效果定量评估研究综述

光电成像系统作为现代战争中人类的“眼睛”而被广泛地应用于目标侦查、火控观瞄、精确制导等领域。另一方面,光电成像系统很容易受到激光的干扰,如何进行定量、准确和客观地评估激光干扰光电成像系统的效果是干扰技术研究的一个重要环节。同时,利用所研究的激光干扰效果评估方法建立相应的仿真评估系统对于缩短干扰装备研制和鉴定的周期,降低研发的成本具有十分重要的意义。对国内外研究进展情况进行了综述,总结并展望了该领域未来的研究方向。     

基于编码成像的激光能量调控方法研究

为了有效提升光电成像系统焦平面探测器在外界存在激光干扰条件下的环境适应性,同时不显著降低原成像系统成像性能,提出了一种基于编码成像的激光能量调控方法,构建了一套以液晶空间光调制器为核心器件的编码成像实验系统并对该系统的成像性能进行了测试,设计了一套基于编码成像的激光能量调控实验验证系统并开展了多参数条件下编码成像抗激光干扰实验研究。实验结果表明,基于编码成像的激光能量调控方法可在不显著降低成像质量前提下有效提升焦平面探测器的抗激光干扰性能。     

激光对CCD相机Binning模式下饱和干扰效果仿真研究

在分析CCD相机成像原理基础上,讨论了CCD相机Binning模式下成像特点和规律,建立了激光对CCD相机Binning模式下饱和干扰的理论模型,并与一般模式下CCD相机的激光干扰效果作了对比。开展了加窄带滤光片的CCD相机成像实验,在此基础上以一般模式下的实拍图像为基础,采用Matlab仿真验证了Binning模式下的图像增强效果,并加载人工激光光斑,获得了激光对CCD相机Binning模式饱和干扰的仿真结果,对激光对多光谱相机干扰机理和干扰评估研究具有一定参考作用。     

改进的激光成像制导有源干扰仿真研究

目前,激光成像制导作为一种新型的精确制导方式,在战场上发挥着越来越大的作用。然而,针对激光成像制导的干扰方法效果却并不理想,具体表现为:方式被动、成功率低、干扰效果不明显等。针对激光成像制导系统输入信号的激光有源干扰技术是近几年提出的新型干扰方式。在其研究基础上,对光学仿真,特别是激光光学仿真进行了较为深入的研究,并提出了一种改进的激光有源干扰方式:利用截获的敌方激光探测信号相关信息,复制其激光信号作为干扰信号,对敌方激光成像制导系统进行干扰,掩盖重要军事目标,具有成本低、方式主动等优点,从而提高对激光成像制导输入信号的干扰能力,干扰成功率可达98%以上。     

激光角度欺骗干扰半实物仿真试验系统

根据激光角度欺骗干扰工作原理,提出了一种用于激光半主动制导武器角度欺骗干扰的半实物仿真试验系统。介绍了系统设计原理、组成和工作流程。基于光信号变换和计算机信息处理等技术,将激光导引头和激光指示目标信号模拟器等实物接入仿真系统,制导控制系统通过数学仿真方式实现,构建接近真实飞行环境的激光半主动制导武器工作回路。在此基础之上,引入角度欺骗激光干扰信号,进行对半主动激光制导武器的角度欺骗干扰试验。重点分析了若干关键技术,包括实时仿真技术、弹目视线精确模拟技术、激光束变换与控制技术、大面积漫反射屏研制技术、杂散光控制技术和仿真系统误差分析技术,并提出了工程解决办法。     

三维激光扫描技术下杂散光大数据预处理系统设计

杂散光的产生会降低图像对比度与信噪比,影响扫描测量结果准确性,基于此,提出三维激光扫描技术下杂散光大数据预处理系统。通过三维激光扫描系统原理与工作流程,分析杂散光点源透射比、双向散射分布函数与基本传输方程,建立6种杂散光传输路径模式;利用小数定标规范方法对三维激光数据做规范化处理,确定神经网络模型,将最速下降BP算法作为学习方式对神经网络训练;将神经网络引入到系统设计中,将系统结构从整体上分为格式转换子系统与预处理算法实现环境子系统,完成杂散光大数据预处理系统设计。仿真结果表明,杂散光大数据经过预处理后可以有效抑制杂散光对激光扫描的影响,成像信噪比一直保持在200左中右,测量精准度达到98%。     

不同波长激光对CCD的干扰性实验研究

为了对比研究激光对可见光CCD的干扰效果,采用532nm,808nm和1064nm波长的激光对同一可见光CCD进行了干扰实验。结果表明,3种波长的激光对CCD都有一定的干扰效果,由于干扰波长、干扰功率、工作方式等不一样,干扰效果也存在差异。对于脉冲式激光器,532nm激光比1064nm激光具有更低的光饱和阈值;当各波长激光输出达到一定功率时,CCD会出现饱和串音的现象。此干扰实验为更好干扰CCD成像系统提供了一定的实验依据。     

红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

在红外探测系统中,当目标信号比较弱时,少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比,从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统,系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性,提出了一种新的基于光线光学的计算模型,讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法,并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图,并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。     

基于二维函数PST的离轴四反系统杂散光分析

离轴四反系统是顺应多光合一机载观瞄系统未来发展的光机核心部件。该类型系统容易受到视场外部强杂散光的影响,系统杂散光的点源透射率(PST)一般要求不大于10^-4量级,因此,对系统PST进行全方位扫描计算是分析和抑制其杂散光的关键。针对系统的非对称性,将PST作为随杂散光入射空间水平角和垂直角变化的二维函数,用以评价外部杂散光的影响,同时建立了水平角、垂直角与光机建模所需绕坐标轴旋转的过程量的对应转换关系,编制了仿真控制程序,通过调用LightTools软件实现杂散光的自动追迹和PST的二维扫描计算。对多光合一离轴四反系统,计算了整个入射半球空间内、所有方向的杂散光对应的PST分布情况,从而筛选出对机载观瞄应用影响较大的三路杂散光,寻找到其传输的路径和关键表面。基于此,设计了内部遮光罩和挡光环,优化系统内部的杂散光陷阱结构,使得系统的PST峰值由原来10^-1量级降低至10^-4量级,在规避角范围以外小于10^-7,可满足机载光电观瞄系统的使用要求。为离轴四反系统杂散光分析及抑制提供了依据。     

大功率激光光学系统杂散光分析的数据结构

文中主要研究发功率激光光学系统光学表面多次反射而形成的杂散光及其数学模型与计算方法，提出了杂散光分析的二叉树数据结构。利用这种数据结构，作者编制了激光光学系统杂散光分析软件，针对两个实例建立了近轴鬼光束树。实例计算表明，采用该数据结构可以全面描述杂散光状况，并根据设计人员的要求捕捉危害较大的鬼像。     

激光干扰对CCD跟踪性能影响的图像尺度分析

分析CCD成像跟踪系统的组成及常用跟踪算法,针对激光干扰图像的特点,结合机器视觉中背景杂波的量化方法,提出一种基于小波能量与平方和根的图像尺度,并将其应用于激光干扰对成像跟踪性能的影响分析。该尺度利用小波能量尺度在成像跟踪系统方面以及平方和根尺度在目标局部对比度方面各自的优点,适用于激光干扰后跟踪算法性能的评估。激光视场内干扰与视场外干扰的实验结果表明,该尺度能够较好地反映激光干扰图像对于CCD成像跟踪算法性能的影响,初步验证了尺度的有效性。     

空间可见光相机的杂散光分析与抑制

当空间可见光相机对地物目标进行成像时,视场内外的辐射会引起像面上产生杂散辐射,从而降低相机的成像质量,严重时可能会造成相机无法正常工作。为了提高相机的成像性能,介绍了可见光系统中杂散光的产生机理及其抑制措施,建立了相机的光机模型,分析了系统的杂散光,改进了遮光系统的设计。利用建立的杂光系数测量装置测量了相机镜头的杂光系数,并验证了建模分析结果。     

基于反射式光幕靶的信号处理电路设计

针对大面积反射式光幕靶的特点设计了光电转换电路,并通过野外试验对测试电路的性能进行了实弹考核。该光电转换电路具有低噪声、高增益、低输出阻抗、较好的响应带宽和带负载能力。通过野外实弹试验表明,该电路能有效去除飞虫干扰和杂散光的干扰,保证了大面积反射式光幕靶的测试性能。