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。     

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。     

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     

利用光学摄影术研究尾流气泡规律进展

舰船尾流中气泡对尾流特性的研究起着重要的作用.尾流中气泡的形状、大小以及数密度分布都是探测尾流的基础.用光学摄影方法研究尾流气泡具有直观、简便的特点.文章综述了自1979年以来各种研究气泡尾流的光学摄影方法,并对未来的研究重点提出了一些建议.     

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。     

舰船尾流气泡激光回波偏振压缩探测技术研究

对舰船尾流气泡探测是对舰船进行跟踪的一种独特的方法,采用蓝绿激光对尾流气泡 探测是可行的。在分析蓝绿激光在海水介质中的衰减特性基础上,提出采用偏振压缩技术对大动态范围的激光回波信号进行压缩,提高对尾流气泡探测的精度和深度。     

舰船尾流的激光散射特性

根据Mie 散射理论,在认为气泡不相干的情况下,计算了气泡在不同散射方向的散射强度,得出舰船尾流某个横截面上气泡群的光散射特性;计算结果表明气泡群的后向散射增强非常明显;舰船尾流横截面上尾流中心气泡的散射强度远大于尾流边缘处的散射强度,说明利用舰船尾流中气泡与背景海洋中的气泡对光散射的差异来作为鱼雷自导的一种手段是可行的。     

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。     

差动激光多普勒尾流探测方法

利用差动激光多普勒探测法,研究了能够探测尾流中气泡和湍流分布的光学诊断方法。实验研究了模拟尾流场中运动气泡及湍流的后向散射光的多普勒频移谱特性。采用差动相干探测法获得了模拟尾流场的流速,测量值与实际流速误差小于1.5%。实验结果表明:相干光束夹角对散射光频移量具有明显影响,散射光多普勒频移量随两相干光夹角的增大而增大;气泡运动引起的频移主要集中在低频端,为一宽带谱;并且频移谱的宽度随气泡数密度的增大而增大。频谱的这一特征可作为舰船尾流识别的判据之一。     

基于独立成分分析的舰船气泡尾流后向散射光信号处理

光尾流自导鱼雷激光探测系统所获取的信号是水体和舰船气泡尾流共同产生的后向散射光信号,从该信号中提取出舰船气泡尾流的信息是光尾流自导鱼雷的关键技术。由于水体所产生的后向散射光信号强度大于舰船气泡尾流所产生的后向散射光信号,两个信号在时域和频域里的特征又十分接近,因此难以用传统滤波方法将其分离以提取有用的尾流信息。提出了采用盲源分离和独立成分分析的方法来处理激光探测系统所获取的信号,研究了盲源分离的算法,编制程序对课题组在激光探测舰船尾流海上试验所获取的数据进行了计算,结果表明:该方法可在不同探测条件下有效地将舰船气泡尾流场所产生的后向散射光信号从原始信号中提取出来,有利于系统正确判别舰船尾流及其特征。     

船舰远程尾流散射光偏振特性的蒙特卡洛模拟

为了研究船舰尾流气泡幕散射光的偏振特性,利用偏振光传输的蒙特卡洛模型模拟了不同偏振态入射光经过船舰尾流时散射光偏振度的二维空间分布模式,分析了偏振度的径向分布与气泡半径、气泡散射系数和气泡幕厚度的关系。研究表明,尾流气泡幕散射光的偏振度的二维分布具有空间方位选择性,不同状态入射光的分布模式差异明显;随着气泡半径的增大,尾流气泡幕前向散射光偏振度二维分布的图像的空间方位选择特性减小;随着散射系数的增大,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小;随着气泡幕厚度的增加,尾流气泡幕前向散射光的偏振度数值减小。     

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。     

海水非温度分层条件下的舰船尾流红外探测可行性研究

在海面行驶时,舰船后面会形成一条清晰可辨且持续时间很长的尾流区, 其长度可达数千米。利用红外成像技术进行尾流探测已成为世界上各大军事 强国重点发展的一项军事侦察技术。首先,从空间分辨率和温度分辨率两方面考虑,推导出了舰 船尾流的红外探测条件。然后基于红外测温原理,推导出了海水非温度分层条件下舰船尾 流与周边海水之间的等效温差的表达式。最后,以阀值信噪比和目标等效条带数为基础,得出了 舰船尾流的红外探测概率。研究结果表明,在海水非温度分层条件下,只有当探测天顶角较大时, 才能以一定概率探测到尾流;而且随着天顶角的增大,探测概率逐渐提高。     

舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究

利用Mie理论计算了舰船尾流气泡群的归一化体散射函数和散射能量分布函数,分析了尾流气泡群的前向光散射特性。计算和分析结果表明,气泡群的前向散射光强度远大于后向散射,前向散射能量占总散射能量的90%以上;散射能量分布函数在小于1°的前向小角度散射角范围内迅速增加到40%以上,然后随散射角的增加缓慢增加;气泡表面附着的有机膜会显著地增强气泡群的后向散射,但对前向散射的影响不大。     

气泡尾流光束衰减测量中的复散射校正

为了分析复散射对气泡尾流衰减测量的影响,采用小角度辐射传输方程,引入了表征复散射效应强弱的校正因子,通过数值求解分析了典型的尾流气泡尺度分布和数密度条件下复散射校正因子与接收视场角、光学厚度、光束大小和接收截面大小等参量之间的关系。结果表明,接收视场角在前向小角度范围内的变化对复散射校正因子的影响很大,而视场角较大时对复散射校正因子的影响基本相同;光学厚度的变化对复散射校正因子的影响显著,且在光学厚度小于1时,影响更明显;接收截面大小的变化在光学厚度小于1时对复散射校正因子的影响很小,但在光学厚度较大时,对复散射校正因子的影响比较明显;光束大小的变化对复散射因子的影响相对较小,且在光束束腰较大时对复散射因子的影响基本不变。该研究为尾流光束衰减测量条件的选择和优化提供了理论依据。     

液体温度对空泡生长和溃灭过程的影响

采用光偏转测试系统研究了不同温度纯净水中激光空泡脉动过程,通过实验获得了激光空泡在靶表面膨胀和收缩全过程,确定了空泡的最大、最小泡半径、脉动周期和泡壁运动速度。实验采用0℃到70℃的纯净水,测量了空泡的泡半径和脉动周期等特征参量变化情况。实验结果表明,液体温度是影响空泡脉动的一个非常重要的因素,随着液体温度的增加空泡的最大泡半径和溃灭周期均呈增加趋势。给出了相应的理论解释。     

一种基于斑点抑制的SAR图像舰船航迹检测算法

该文分析了合成孔径雷达(SAR)图像中舰船航迹的特性和斑点噪声模型及其局部统计特性。在此基础上,提出了一种先基于小波变换进行斑点噪声抑制,再基于Radon变换进行航迹检测的方法。对数据处理的结果表明,该方法较直接对SAR图像应用Radon变换能更有效、准确地检测到SAR图像中的舰船航迹。     

一种改进的SAR图像舰船尾迹检测算法

Radon变换被广泛用于合成孔径雷达SAR图像上舰船尾迹的检测.由于舰船尾迹在SAR图像上呈现线性特征,并对应于Radon变换域中亮或暗的峰值点,因此通过检测变换域中的峰值点可以确定舰船尾迹.提出了一种新的基于Radon变换的SAR图像舰船尾迹检测算法IADA(Improved Automatic Detection Algorithm).考虑到海杂波的影响,IADA算法主要利用局部自适应检测算法来搜索变换域峰值点;另外还采用方向梯度算法来搜寻被检测到尾迹的起点.在真实SAR图像上的检测结果证明了该算法的有效性和准确性.     

一种从SAR海洋图像中检测舰船航迹的算法

分析了合成孔径雷达 (SAR)图像中舰船航迹的特性和斑点噪声模型及其局部统计特性 ,在此基础上 ,提出了一种结合小波多分辨率分析、自适应阈值选择、边缘检测算子和Radon变换进行斑点噪声抑制和航迹检测的算法。数据处理的结果表明 ,该方法较直接对SAR图像应用Radon变换更有效、准确地检测到SAR图像中的舰船航迹     

基于FABEMD 和Goldstein 滤波器的SAR 舰船尾迹图像增强方法

增强SAR 舰船尾迹图像中模糊的开尔文尾迹并保持湍流尾迹特征对舰船及运动参数的反演具有重要作用。该文利用快速自适应2 维经验模式分解方法(Fast and Adaptive Bidimensional Empirical Mode Decomposition,FABEMD)实现图像中开尔文尾迹,湍流尾迹和其他中/大尺度海洋特征的分解,提高开尔文尾迹相对其他特征的图像和频谱对比度。同时引入并改进干涉图Goldstein 滤波器实现对开尔文尾迹的进一步增强,并利用不变矩对增强后的SAR 舰船尾迹图像进行评价。通过原理分析、增强实验和主/客观评价,表明该方法具有显著的开尔文尾迹增强效果,并保持了湍流尾迹特征,实现效率高且适用性较强。