离焦量对“猫眼效应”反射特性的影响

为了研究目标光学系统在焦平面反射元件离焦情况下的"猫眼效应"反射特性,采用ZEMAX光学设计及分析软件对"猫眼"目标进行建模和仿真,得出了入射激光通过"猫眼"目标后的能量通过率、后向反射激光束的发散角、远场光斑及其能量分布情况等特性,以及正负离焦量对反射特性影响的区别,并且得出在离焦情况下能够产生"猫眼效应"后向反射光所必需的入射激光束的入射角范围.结果表明,离焦量对"猫眼效应"后向反射光特性有决定性的影响,尤其是对远场光强影响较为显著,这为激光主动探测体制的探测能力分析提供了可靠性依据.     

相干高斯光束通过卡塞格伦镜头反射光的时间分布特性

利用物理光学的相关知识、Collins衍射积分公式以及硬边光阑的复高斯函数分解法,推导得到相干基模高斯光束通过卡塞格伦镜头原路返回点处的反射光时间分布的解析表达式。数值仿真分析了条纹间距和中心遮挡比对卡塞格伦镜头反射光时间分布的影响,设计实验并对数值计算结果进行验证。结果表明:随着条纹间距的增大,卡塞格伦镜头反射光的时间分布峰数目减少,峰值光强减小,回波曲线包络中的频率点分量减少;中心遮挡比的增大将引起反射光时间分布的能量和频率分量的丢失;随着扫描速度的增大,回波信号的分布变得密集,呈现方差减小、偏度和峰度增大的趋势;卡塞格伦镜头和透射式镜头的回波信号的峰度特征在数值上差异明显,可以通过回波信号的统计特征区分折反式镜头目标和透射式镜头目标。所获得的结果对激光主动干涉探测识别技术的应用具有重要意义。     

"猫眼"目标回波功率的影响因素分析

光电系统广泛存在着所谓的"猫眼效应",针对"猫眼"目标的反射特性,建立了正负离焦时"猫眼"目标回波发散角数学模型,采用几何光学方法对正入射条件下具有"猫眼效应"光学系统的回波发散角进行了推导,总结出离焦条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,分析了各因素对"猫眼"目标回波功率的影响,并对理论分析的结果进行了验证.结果表明:"猫眼"目标的回波功率受发射激光参数、大气透过率、"猫眼"目标光学系统参数等诸多因素影响,其中压缩激光发散角、提高发射功率能够显著增强回波功率,增加大气能见度和"猫眼"目标反射面反射率同样增加回波功率,而离焦量的增大则会引起回波功率的衰减.     

“猫眼”效应在激光侦听中的应用研究

光电设备或光学瞄准设备的光学窗口对入射激光具有较强的反射特性,该特性被称为"猫眼"效应。"猫眼"效应具有2个特点:1)能使反射光线沿入射光的方向返回;2)可以获得高质量的反射光。因此,"猫眼"效应能够很好的解决激光侦听中高质量信号光的获取问题。本文从理论上分析了"猫眼"效应的产生机理,论述了基于"猫眼"效应的激光侦听技术原理,并对"猫眼"效应应用中的一些问题做了讨论。     

影响激光主动探测效能的机理研究

利用猫眼效应可对光电装备进行主动探测。面对环境的复杂性,寻求提高主动探测效能的方法尤为重要。建立猫眼效应分析模型,分析影响猫眼效应回波效能的作用机理,利用入射角,离焦量等参数推导出回波能量平均照度表达式,分析制约主动探测能力的因素从而寻求提高探测概率的方法,并利用FRED进行仿真。研究表明：离焦量产生回波发散角降低回波能量;微量的入射角在不改变有效通光口径的同时可以降低回波发散角;利用探测激光波长和发散角可以弥补猫眼系统固有的离焦量从而提高探测能力;仿真结果证实了这个结论。     

高斯光束通过猫眼逆反射器的变换特性

运用矩阵光学对高斯光束通过猫眼逆反射器的传输变换进行了理论推导,并对猫眼逆反射器后向反射光特性进行了分析.研究表明,当入射光腰与猫眼逆反射器的距离不同时,选取合理的正离焦量可以得到比输入高斯光束发散角更小的反射光束.     

“猫眼”目标探测影响因素及仿真分析

研究了光电成像系统中广泛存在着的"猫眼"效应,针对"猫眼"目标的回反射特性,建立了不同情况下回波强度的数学模型,并据此模型,借助Trace Pro软件对典型目标在不同激光发射距离、不同镜头离焦量、不同入射角度下的"猫眼"效应进行仿真计算分析。结果表明,理论计算和仿真结果一致,因此可以用于指导未来激光主动探测系统设计。     

基于“猫眼效应”的激光主动探测技术应用研究

基于“猫眼效应”的激光主动探测技术,是对无人机光电系统实施强激光干扰较为有效的探测和效果评估方法。基于对光学探测系统参数理论分析,建立了因离焦量而引起的回波发散角及回波功率计算模型。从激光发散角、入射角、反射角等方面研究了激光主动探测技术所受影响因素,为判别干扰是否有效,对激光回波探测功率的影响因素进行细化分析,在仿真条件下计算出激光干扰有效的入射角度范围。     

基于减弱“猫眼效应”的隐身技术研究

针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁,在有限改变光电设备结构和牺牲成像质量前提下,提出了一种基于减弱“猫眼效应”的隐身技术.运用矩阵光学追迹法对这种隐身技术作定量分析,并用实验进行验证.研究结果表明:有限改变光电设备结构能有效地减弱“猫眼效应”,从而达到隐身效果.     

激光主动侦察技术应用

光电设备或光学观瞄设备的光学窗口对入射激光具有较强的反射特性，该特性亦被称为“猫眼”效应．从理论上分析了猫眼效应产生的机理，并将理论计算结果与实验结果进行了比较；论述了基于“猫眼”效应的激光侦察技术原理，最后介绍了该技术的应用．     

柱面光学微结构用于红外激光防护研究

激光防护是一种可广泛应用的技术,论文针对目前红外激光防护技术中存在的可见光波段吸收强、镜面反射造成设备或人员损伤等问题,提出一种形成于光学窗口表面的红外激光非镜面反射光学微结构,具有对可见光透过率影响小,同时对1 064 nm红外激光大角度散射的功能,从而实现激光防护。文中采用光线追迹方法设计具有移位结构的双面微柱透镜阵列,阵列周期T与透镜单元曲率半径R之间需满足0 T R/27的关系。应用Virtual-Lab光学建模软件对设计的柱面微结构进行模拟,模拟结果为:可见光平均透过率下降7%,对实用结果影响很小,并可以通过可见波段镀制增透膜进行弥补;1 064 nm红外激光反射率约为75%,发散角大于30。采用数字掩模光刻技术完成微柱透镜阵列实验,实验结果与模拟结果趋势相同,最终得出结论:微柱透镜阵列能实现大角度散射,能够极大降低激光单一方向反射回波能量,从而达到了激光防护的目的。     

基于“猫眼效应”的Nd:YAG激光谐振腔

阐述了“猫眼效应”的基本原理,分析了将“猫眼”目标作为激光谐振腔腔镜,取代普通激光器球面腔镜,获得激光振荡的可能性;计算了“猫眼”目标作为激光腔镜时的等效反射率,指出利用激光在其焦平面的聚焦特性实现激光干扰的新方法。并在实验中得到证实。     

“猫眼效应”的物理模型及证明

本文阐述了光学系统中存在的"猫眼效应"物理模型,利用傅氏变换性质证明了"猫眼效应".当激光光束以任一角度入射至"猫眼"光学系统时,将沿入射光方向返回。对普通目标和"猫眼"目标的光学反回率作了比较。     

激光主动探测系统的探测能力分析

为了能够准确获取"猫眼"光学系统激光反射回波信号方向性和发散度的信息,基于光学系统"猫眼"效应和高斯光束的变换规律,依据激光大气传输的衰减和强度闪烁特性,给出了激光主动探测系统回波能量衰减和起伏的数学模型.结合野外试验分别对焦平面光学系统和离焦光学系统的关键指标进行了工程计算、分析论证和比较,结果表明:在激光主动探测系统探测识别时,可根据回波信号强度来识别不同类型的目标:同时对激光在大气传输中能量的衰减和光强的起伏进行了工程计算和分析论证,结果表明:大气湍流会大幅度降低激光主动探测系统的探测距离.     

Schmidt结构的改进型龙虾眼光学透镜研究

龙虾眼光学是解决大视场高能射线聚焦的关键技术。从成像光学的视角考察了龙虾眼光学系统的成像原理,制作完成了基于Schmidt结构的改进型龙虾眼光学透镜原理样机,并对该系统在可见光波段的性能进行了测试。该龙虾眼透镜由厚度为300 m的抛光铝板作为反射工作面,反射面成扇形排布,并具有完全对称的球形结构;反射面间夹角由特殊加工的角间距27.6'的楔板保证。原理样机的有效焦距为65 mm,中心张角为17.4817.48,其在空间各个方向上的成像能力几乎相同,可以满足空间大视场探测系统的任务需求。     

减弱激光回波的隐身技术

针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁,提出了一种基于减弱猫眼效应的隐身技术。以夜视仪物镜为例,运用矩阵光学追迹法对这种隐身技术作定量分析,并用实验进行验证。研究结果表明:猫眼效应回波强度容易受到侦察环境和系统装配误差等因素的影响,例如:光敏面倾斜、离焦。因而,在有限改变光电设备光学结构及降低成像质量的前提下,人为地的制造一些装配误差可以减弱系统的猫眼效应,从而达到隐身的目的。这一技术能有效减少自身在军事对抗中被敌方侦察打击的概率,具有一定的军事参考价值。     

红外点源导引头的激光回波分析

为了研究用激光主动扫描法侦察远方飞航导弹来袭方位的原理及实验技术,以红外点源导引头光学系统为例,运用矩阵光学追迹法对影响"猫眼"效应回波强度的因素作定性、定量分析。研究结果表明,回波强度受导引头光路中光学镜头相对孔径、摄像管靶面倾斜和离焦的影响较大,扫描激光光束的入射角等因素对回波强度也有一定影响。在主动扫描装置距被探测导引头约10000m、扫描光束的入射角为0.08rad条件下,反射面离焦及倾斜使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的43.80%分别下降到1.53%和0%。这一结果对"猫眼"效应用于主动式侦察的原理在导弹来袭告警系统中的应用是有帮助的。     

可应用于高效光电对抗的新颖结构激光谐振腔

光电设备具备的猫眼效应可以将入射的光线沿原路反射,基于这一现象,可以将该光学系统作为激光器的一个腔镜构成激光谐振腔。文中计算了猫眼效应光学系统作为激光器腔镜的等效反射率。实验中用灯泵Nd:YAG激光器,角锥棱镜和猫眼光学系统搭建了免调激光谐振腔,获得了激光振荡,激光起振的同时,在猫眼光学系统焦平面不同材质介质上留下烧痕。这种将对方光学系统作为激光器的腔镜,激光起振即摧毁的构成,可应用于光电对抗之中实现高效对抗。