扫描型星载光电探测器激光干扰建模与仿真

激光干扰是目前对抗光电探测器的重要手段之一。从激光对光电探测器的干扰机理出发,研究了激光远场光斑大小,探测器表面激光覆盖面积,改进了扫描型星载光电探测器激光入瞳模型。为辐照到探测器光敏面的激光功率密度建立了模型,并以1.06μm激光辐照HgCdTe红外探测器为例,通过仿真计算,证明了星载低功率激光器对星载光电探测器干扰的可行性。     

近红外激光对图像传感探测器的干扰研究

为了研究近红外激光对图像传感器的干扰机理，利用波长为1064nm的连续激光辐照黑白电荷耦合器件相机，观察激光对黑白相机的干扰现象, 将实验中采集到的数字图像进行处理，提取了黑白相机在不同激光功率下的干扰程度曲线，并进行了分析。结果表明, 图像传感器相机干扰包括干扰光斑和串音线，激光功率越高，干扰光斑半径越大，串音线缓慢变宽，相应干扰区域中饱和像元数越多，干扰程度越严重；对于1064nm激光对黑白相机的干扰过程，饱和像元数量正比于激光功率基本呈线性增长；对实验现象中出现的规律性点阵光斑和旁支串音线的新现象解释为与光学镜头的傅里叶频谱性质有关；利用相关公式推导得出一般干扰过程的拟合曲线，并根据图像传感器基本像元结构的电容势阱特点和载流子溢出方式来对干扰过程进行仿真模拟，仿真结果与实验数据基本相符。该结果有助于近红外激光对CCD的干扰研究。     

激光辐照条件下光学相机像质评价方法研究

倾斜刃边像分析法是调制传递函数评价方法中最常用的方法之一,该方法成像过程中光束透过能量高、实用性强,具有广泛的应用前景。将倾斜刃边像分析法应用于激光辐照条件下相机成像质量评价系统,分析方法可信有效,但需综合考虑刃边倾角度、刃边两侧灰度对比度和背景噪声等影响因素。采用倾斜刃边像分析法计算不同功率密度和光斑位置下系统不同的 MTF 曲线和 MTFA 值,结果表明:当激光功率密度偏小或光斑位置距刃边较远时,刃边对比度和MTF值影响较小;当激光功率密度逐步增大或光斑位置向刃边靠近时,局部MTF呈降低趋势变化,刃边对比度和MTF值影响逐渐增大,干扰效果也逐渐明显,尤其是在光斑覆盖目标时,MTF值无法计算,干扰效果达到最佳。因此,基于倾斜刃边像分析法可实现定性和定量评价光学相机成像质量。基于该仿真结果,建立相应的激光辐照条件下光学相机成像质量测评系统,可为光学相机激光辐照效应实验及其激光干扰效果评估提供技术支持。     

激光对天基红外系统预警卫星光电探测器的干扰效能研究

从分析预警卫星光电探测系统入手,在介绍了激光干扰光电探测器机理的基础上,研究了激光在大气传输中的衰减效应及远场激光光斑尺寸估算,建立了激光辐照星载光电探测器的远场能量密度模型,并以1.06μm激光辐照星载HgCdTe探测器为例,通过仿真计算,定量地评估了激光武器对天基红外系统预警卫星光电探测器的干扰效能。     

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。     

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。     

连续激光辐照CMOS相机的像素翻转效应及机理

为了研究激光对CMOS图像传感器的干扰效果,利用632.8 nm连续激光开展了对CMOS相机的饱和干扰实验。随着入射激光功率的增加,分别观察到未饱和、饱和、全屏饱和等现象,并发现,在全屏饱和前,功率密度达到1.4 W/cm2后,光斑强区中心区域出现了像素翻转效应。进一步加大光敏面激光功率密度到95.1 W/cm2,激光作用停止后相机仍能正常成像,证明像素翻转效应并非源自硬损伤。基于CMOS相机芯片的结构和数据采集处理过程进行了机理分析,认为强光辐照产生的过量光生载流子使得光电二极管电容上原来充满的电荷被快速释放,使得相关双采样中的两次采样所得信号Vreset与Vsignal逐渐接近,是输出像素翻转的一种可能原因。     

基于光斑与图像特征的动态激光干扰效果评估

激光主动成像系统通常用于重要区域监视和危险目标识别,其上的光电成像探测器易受敌方激光干扰产生局部饱和甚至损伤,导致目标识别失效。在实际中,激光干扰功率和光斑位置等因素均时刻发生变化,导致激光对每帧图像的干扰效果也不尽相同,因此,动态的衡量激光干扰效果具有重要意义。提出了一种基于光斑特征和图像特征的无参考动态激光干扰图像评估算法,通过加速分隔测试特征(FAST)算法提取特征点,并运用特征点匹配确定图像的目标区域,在该目标区域利用饱和像素数和光斑相对位置变化表示光斑特征对图像质量的影响,利用图像中特征点和边缘点分布特性以及边缘清晰度表示图像特征的变化,将5个评价因子相乘,得到归一化的评估指标。利用激光主动成像识别系统对设定目标进行照明成像识别实验,采集不同干扰功率和干扰方位的激光干扰图像。基于提出的无参考动态特征评估算法对获得的连续多帧激光干扰图像进行评估,结果表明该算法能够准确评价不同功率、方位激光的干扰效果,客观反映光斑遮盖下自动目标识别算法的失效程度。     

不同光斑半径的连续激光作用金属靶材的温度场

采用有限元软件模拟了能量高斯分布的连续激光辐照金属靶材的温度场,分析了激光光斑半径和辐照时间对靶材温升的影响,对靶材温升速率随时间的变化情况作了探讨.结果表明:靶材升温区域主要集中在激光辐照区,温升区域随激光光斑半径和辐照时间的增大而扩大,靶材温升速率随辐照时间而变化,辐照前期,温升速度较快,辐照后期,温升速度较慢.     

激光辐照3CCD规则分布亮点的研究

为了研究激光辐照3CCD,除观察到主光斑、衍射光芒外,主光斑附近呈现规则分布的亮点。采用傅里叶光学的成像原理,通过数值计算的方法,得到了激光对3CCD的干扰效果模拟图,数值模拟的研究结果与实验现象基本一致。结果表明,主光斑附近规则分布的亮点并不是由杂散光引起的,而是激光辐照六边形光阑,在透镜组焦平面所成的频谱分布。     

星载偏振相机模拟前端单粒子锁定及损伤机理

单粒子锁定效应容易引起星载遥感仪器产生故障。针对空间高能粒子辐射环境诱发的偏振遥感相机性能退化问题,利用高能重离子和皮秒脉冲激光对星载偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器开展了试验研究,获得了此类器件的单粒子锁定特点,为工程设计及试验评估提供了参考。试验结果显示:偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器对重离子诱发的单粒子锁定比较敏感,单粒子锁定LET阈值处于4.4~13.4 MeV·cm2·mg?1之间。针对模拟前端芯片LET阈值偏低的问题,提出了一种模拟供电端和数字供电端串联大功率防闩锁限流电阻和在轨定时开关机的设计方法。试验结果表明,该方法可有效避免器件单粒子锁定造成的器件过流烧毁及仪器失效等故障。研究结果可为星载偏振相机用模拟前端信号处理器抗辐射加固设计和单粒子地面模拟实验方法的建立提供技术基础与保障。     

基于FPGA的星载电场仪信号处理系统设计

为了构建空间电场测量体系,设计了基于FPGA的星载电场仪信号处理系统。区别于探空火箭电场信号测量系统,星载电场仪系统采用XilinxFPGA为主控制器和数据处理单元,同时针对星上环境提出了偏置电流源和浮动参考地等独特设计。文章介绍了系统的硬件设计和软件设计。测试结果表明,系统稳定可靠,具有一定的参考价值和实际应用价值。     

天基红外预警系统扫描相机预警探测能力研究

随着2021年5月第5颗地球静止轨道卫星完成部署,整个天基红外系统所有卫星接近部署完成,其对地的监视能力有了大幅提升。文中在大量查阅有关文献和公开报道的基础上,对天基红外系统所有9颗在轨卫星的扫描相机进行了综合性能分析。首先,根据扫描相机的探测器体制以及飞行轨道特性,对其扫描成像体制进行分析,计算获得了所有9颗在轨卫星扫描相机的光学系统参数、探测器参数、地面分辨率、灵敏度等关键参数的估计值。其次,对天基红外系统大椭圆轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,其最优在轨运行方式为两两同步,且单个轨道两颗卫星相差1/4周期;对天基红外系统地球静止轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,东北半球中纬度地区至少有两颗卫星处于优良对地观测位置。最后,根据弹道导弹尾焰辐射特性以及天基红外系统扫描相机的探测参数,计算分析了所有在轨卫星对导弹尾焰最低观测高度,结果表明:东半球北纬40°地区,可同时被4颗以上卫星监视,且部分星载相机具备弹道导弹的点火时刻探测能力。     

空间相机连续调焦地面仿真测试系统设计

为使空间相机获得清晰准确的地面目标图像,相机需要依据结构变化对焦面位置进行调整。如果空间相机可以在轨快速对目标景物连续调焦,通过地面下传图像准确判断出最优焦面位置,将会极大提高空间相机的工作质量和效率。为验证连续调焦方法的可行性,提出了一种地面仿真测试方法。采用动态目标发生器和平行光管模拟相机在轨对地面目标成像。应用计算机系统作为目标发生器远程控制、数据处理、信息发送和接收设备,空间相机实时接收飞行器模拟设备发送的命令和工程参数,完成模拟在轨连续调焦。试验结果表明,所设计的系统能够依据图像判断最优焦面位置,满足设计和测试要求。     

基于CRC纠错与迭代干扰消除的星载AIS接收机

为了提升星载船舶自动识别系统( AIS)的卫星接收性能,提出了一种采用4 b循环冗余校验( CRC)纠错与迭代干扰消除算法的星载AIS接收方案。针对星载AIS系统中多路信号碰撞明显的情况,首先,通过分析星载AIS系统中CRC错误类型,采用比特反转的方式进行纠错;其次,对纠错后的序列进行AIS数据重构,采用迭代干扰消除方法消除重构信号,并将余下信号作为输入信号再次进入系统进行解调。仿真结果表明,和传统的CRC纠错系统相比,针对典型的两路信号碰撞情况,基于4 b CRC校验与迭代干扰消除的星载AIS系统能够带来1~2 dB的误码率增益,对星载AIS系统的性能提升有重要指导意义。     

合成孔径雷达遥感技术及其应用

简叙合成孔径雷达（ＳＡＲ）的原理、应用和最新发展,以最常用的二维成像技术为例,首先说明横向高分辨尺寸的合成孔径的原理,再指出用大带宽信号取得纵向（距离向）高分辨尺寸。在应用方面,列出了ＳＡＲ的十类主要的民用和五大类主要的军用。文中简要叙述了９９年代星载ＳＡＲ的热潮,以及我国也将在２００３年左右发射星载ＳＡＲ上天。最后大中简述了ＳＡＲ技术的两种最新发展,三维成像和运动目标检测。     

星载CCD相机图像采集电路设计与实现

以DALSA公司的CCD传感器FTT1010M为核心,设计并实现了一种星载CCD相机图像采集电路,详细介绍了图像传感器FTT1010M的特性、工作模式、工作时序,并阐述了其模拟驱动电路、时序电路、电源转换电路等图像采集电路的设计与实现。经过实际项目验证,设计的采集电路能够满足各项技术要求,具有较高的实用价值。     

星载光学遥感仪器激光防护薄膜技术

激光武器的迅速发展使得激光防护技术研究成为必要，目前，破坏卫星上的遥感仪器是激光反卫星的一个主要可能途径。为了有效防护星载遥感仪器，利用光学薄膜方法，可以对氧碘激光进行防护的薄膜，在不影响遥感仪器正常工作的条件下，可将遥感仪器的激光损伤或致盲阈值提高80倍，大幅度提高了遥感仪器的生存能力。     

地面反射太阳光对CCD探测系统影响的研究

对地面反射太阳光对远距离CCD探测系统的影响机理和太阳光的发散特性进行了研究,推导了目标物体在CCD探测系统入瞳面上照度的计算公式,建立了地面反射太阳光对远距离CCD探测系统影响的数学模型,并利用matlab软件对该数学模型进行仿真.通过分析,从理论上证明地面反射太阳光对CCD探测系统的影响是十分显著的.     

推扫相机激光干扰等效缩比模型研究及实验验证

随着激光技术的快速发展,推扫相机的激光干扰问题倍受关注。推扫相机一般有较高的角分辨率,口径大焦距长造价高,若按照对等要求进行干扰实验研究,其技术难度大实验费用高。针对激光对推扫相机干扰效果评价的难题,从推扫相机成像原理和激光对推扫相机干扰机理入手,提出了一个推扫相机激光干扰等效缩比模型,并通过实验对该模型进行了验证。实验表明:在推扫相机F数不变的前提下,保持相同的入瞳激光功率和积分时间,激光对缩比相机与原相机具有相同的干扰效应,即在两相机像面上的激光干扰面积基本相同。该研究成果可应用于激光对推扫相机干扰效果评价和相机激光防护研究等方面。