激光回波在主动探测中的运用研究

以红外成像光学系统为例,运用矩阵光学追迹法,对其产生的三种回波进行研究:"猫眼效应";"近似猫眼效应";"剩余反射效应"。研究结果表明:"猫眼效应"和"近似猫眼效应"产生的回波概率极低,而"剩余反射效应"的回波相对较稳定,回波概率较高。综合利用这三种反射回波,将大大提高探测概率。     

基于"猫眼"效应的激光回波功率理论分析

激光主动侦察技术是利用光电系统的光学窗口对入射激光具有很强的反射回波的"猫眼"效应来实现对复杂漫反射背景中的光学窗口侦察、定位.对基于"猫眼"效应的激光回波功率从理论上给出了详细的公式推导,并进行了应用分析和定量计算.这对激光主动侦察中的激光器功率、作用距离等参数选择有着重要的意义.     

“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。     

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。     

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．     

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.     

激光主动侦察技术研究

介绍了“猫眼”效应及激光主动侦察原理,给出了激光主动侦察条件下回波功率计算公式,分析了侦察系统的作用距离,讨论了光学系统离焦量对反射回波的影响,为激光主动侦察问题的深入研究作了有益的探索．     

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。     

激光主动侦察技术的原理研究

激光主动侦察是利用光学系统后向反射的“猫眼”效应对战场上敌方的光电装备进行定位和识别，以便有效防护和准确攻击．本文介绍的激光主动侦察技术是光电主动侦察告警的手段之一．它兼具激光测距和光学目标识别两种功能．     

基于"猫眼效应"的光学目标识别

通过分析“猫眼效应”的原理,论述了“猫眼效应”在侦察识别光学目标中的应用。     

基于DM642的人眼检测系统设计与实现

提出一种基于TMS320DM642DSP平台的实时人眼检测系统设计。所用算法结合了人眼在主动照明下的亮瞳效应,使用包括Adaboost,SVM的"人脸-人眼"二级检测算法搜索并确定人眼位置,同时针对DSP平台特点进行相应优化。经实验表明,该DSP人眼检测系统对于640×480分辨率的连续视频能达到实时性要求,并有着良好的准确性。     

Off型感受野研究及在红外图像处理中的应用

论证了感受野(RF)学说和侧抑制(LI)理论的本质一致性，引入医学领域眼球微动现象，在视觉瞬间，指出物象斑将不可避免地交替出现在On型感受野(On-center RF)和Off型感受野(Off-center RF)之间，据此提出了新的视觉机理假说，描述了Off型感受野的特征，并建立描述Off型感受野的数学模型，基于此模型探讨了新的边缘检测算法，应用于军事红外图像处理，显示了该算法的快速性以及对目标几何特征的放大能力。     

卡塞格伦镜头的猫眼效应激光反射特性

卡塞格伦(Cassegrain)及类卡塞格伦式光学镜头在光电装备中应用广泛.为了研究具备卡塞格伦式光学镜头的光电装备所特有的猫眼效应特性,采用ZEMAX光学设计分析软件建立了卡塞格伦镜头反射模型,利用物理光学传输方法仿真分析了其猫眼效应反射特性,并得出了猫眼效应可探测入射角范围.对一特定卡塞格伦镜头进行了激光辐照实验,得到了猫眼效应反射光斑图像,测试了猫眼效应绝对反射率以及反射光发散角.结果表明,当发射系统位于该卡塞格伦镜头的视场内时,可以探测到猫眼效应反射光,中心遮挡造成原路返回处光强分布中心能量降低,猫眼效应绝对反射率为11.48%,反射光发散角为3.3 mrad,按照假设条件可以满足30 km内激光主动探测的需要.     

调制器失调下的大视场猫眼回波特性分析

基于猫眼效应的逆向调制激光通信系统可以实现更快的通信速率,但是在实际应用中系统一般为非理想状态,其中调制器失调对猫眼回波分布有着重要的影响。基于柯林斯衍射积分公式建立了调制器失调下的大视场猫眼回波分布模型,理论分析了调制器俯仰角与入射角的关系以及两者对回波分布的影响规律并进行了实验验证。结果表明:调制器俯仰角和入射角共同影响回波光斑的形状,若两者取值符号相反,可减弱产生的影响。利用这一特性可以增强回波强度,改善猫眼逆向调制通信系统的性能。     

光学系统杂散光分析

杂散光是光学系统中所有非正常传输光的总称，杂散光对光学系统性能的影响因系统不同而变化。因此，在现代光学设计中，杂散光分析成为光学设计工作中的一个重要环节。杂散光产生的原因比较复杂，讨论了漏光和透射面残余反射引起的杂散光，针对漏光杂散光给出了高密度取样的分析方法，对于残余反射的杂散光建立了带能量因子的光线光学模型和光线二叉树的数据结构，在保证计算精度的同时减少了计算时间。对一个卡塞格林光学系统进行了漏光杂散光分析和光学表面残余反射杂散光的近轴与实际光线分析，得到减少杂散光的措施，达到了杂散光分析的目的。     

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.     

Application of optics-geometrical method in short-range optical radar

The paper describes application of optics-geometrical method in short-range optical radar for measuring reflection characteristics of target and radiator’s angular energy distribution. The possibility of signal sampling in a base-type optical radar device using multi-element photoreceiver is studied as well as ways of improving precision of measurements with respect to linear coordinate up to ∼1 mm. A ratio between reflection coefficient of target’s surface and image coordinate in photoreceiver’s plane is determined. A working equation for calculating radiation pattern of radiator using the method of self-scanning of photoreceiver’s field of view with respect to its flare with precision ±0.5° with respect to angle coordinate is obtained.     

主动探测回波激光脉冲时域特性

利用猫眼效应原理实施目标主动探测,能够快速、准确发现空间光学侦察设备。激光脉冲辐照不同的反射目标,产生回波经大气传输后具有不同的脉冲展宽,利用该特性可实现对不同目标的识别和定位。利用光子散射理论分析了近地面气溶胶散射效应引起的脉冲展宽,给出了影响脉冲展宽的主要因素,建立了猫眼和漫反射背景回波脉冲展宽的计算物理模型;为验证模型,设计并实施了基于飞艇平台的动态主动探测验证实验,实验结果表明:激光脉冲经过8～10 km斜程大气传输,猫眼和飞艇背景漫反射回波分别展宽了20～30 ns和90 ns,与物理模型计算值具有较好的一致性,验证了物理模型的正确性,该模型可为区分和提取猫眼回波信号提供理论依据。