大气条件下的激光主动成像仿真研究

基于距离选通的激光主动成像能够克服被动成像的缺点在低光照的条件下对目标清晰成像。根据成像的基本过程和模块化思想,建立了激光成像链路的7个数学模型,分别是激光发射模型、目标模型、目标和平台的运动模型、大气模型、接收光学系统模型、ICCD成像模型和噪声模型,研究了目标反射激光能量在各环节的传递情况,仿真得到了大气条件下的激光图像,通过对比分析实验图像,验证了模型的正确性。     

基于目标模型的激光主动成像仿真

成像仿真可为激光主动成像系统的优化设计提供参考,为目标探测和识别算法研究奠定数据基础。针对空间目标探测,提出了基于目标模型的激光主动成像仿真方法,介绍了对距离选通激光主动成像过程进行全数字仿真的主要步骤。通过对比分析,验证了仿真方法的有效性。     

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.     

基于Simulink的时刻鉴别模块误差分析

时刻鉴别模块的定时精度是脉冲激光三维成像系统距离分辨率的主要影响因素,选择合适的时刻鉴别方法对系统设计具有重要意义。本文依靠Simulink模数混合仿真特点,在Simulink中对前沿阈值、恒比定时及高通容阻等几种时刻鉴别方法进行了实现,并根据系统参数自定义激光波形,分析了激光脉宽在0.1～10 ns、入射角在50°～90°及目标距离在0.1～10 km等情况下恒比定时法及高通容阻法的定时误差。仿真结果证明高通容阻法要略优于恒比定时法。相较于从统计学角度分析时刻鉴别总体误差,这种方法能够更好地结合激光波形特征和电路特性动态反映各种时刻鉴别方法在不同情况下的定时误差,为实际应用中的时刻鉴别方法选择提供参考。     

脉冲半导体激光束并合参数研究

采用光束并合的方法可以提高脉冲半导体激光器峰值功率以及远场光斑的均匀性,从而提高激光主动成像系统的作用距离,并实现系统的小型化。首先应用指数高斯光束传输模型推导了并合光束的远场能量分布,并采用Matlab 仿真软件对影响光束并合效果的各激光器间轴线夹角、各激光器延迟时间以及并合激光器的间距等参数进行研究,最后进行光束并合实验,获得了1.5 km 外目标的选通成像图像,对比了不同并合激光数目对成像性能的影响,验证了光束并合方法可以有效地改进成像质量。     

采用组合透镜阵列准直半导体激光器线阵

为了满足半导体激光器线阵的远距离应用要求,需要对激光束进行准直处理.提出了一种由垂直双半圆柱透镜组合阵列构成的准直器,采用光线追迹的方法推导了激光束通过准直器的传输方程,分析了光线出射角与透镜阵列参数之间的关系,得出了准直器的最优设计参数,然后在zemax-EE非序列模式下仿真了此准直器的三维效果图以及探测器成像效果,得到的激光光斑接近于矩形,非相干照度集中在中央区域,并且经过准直器后的发散角大约为3 mrad.设计的准直透镜可以同时压缩快慢轴的激光束发散角,制作简单,安装方便.     

天基激光雷达三维成像的发展与现状

天基激光雷达三维成像是空间目标观测的重要手段。将天基激光雷达分为连续波和脉冲式两种,并简单介绍了各自的成像原理。结合应用背景,分析了典型天基激光雷达的特性及主要参数。横向对比了经过在轨测试且仍在使用的激光雷达,从成像原理、角度分辨率、工作距离及发展趋势等方面分析了典型天基激光雷达的共同特性,为天基激光雷达的设计提供了参考。最后结合我国激光雷达发展现状与瓶颈,给出了天基激光雷达三维成像发展与应用方向的一些建议。     

互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用

在微光成像中,距离选通成像是一种获取目标三维信息的有效手段。对于静止目标而言,可以通过对目标切片成像,获得不同选通距离的目标图像,进而通过二值化算法或质心算法获得目标的三维图像。而对于运动目标而言,在切片成像的同时,目标的空间位置会发生变化,因此需要对不同选通距离的目标图像进行配准,而后才能获得目标的三维图像。搭建了基于像增强电荷耦合器件(ICCD)的距离选通实验系统,提出了一种基于像质评价的互信息配准算法配准激光图像目标的空间位置,然后对配准后的激光图像通过互相关算法获得三维图像,并在保证一定的三维精度基础上,逐渐减少激光图像的像幅数,最后与二值化算法和质心算法三维重构进行了实验对比,实验结果表明,互信息配准算法能够有效配准激光图像,互相关三维成像算法精度高于二值化法和质心法,最少采用2幅图像即可获得目标的三维点云图像,大大降低了对运动目标三维成像的难度。     

脉冲半导体激光器光束并合技术研究

为了提高脉冲半导体激光器达到远场的能量密度,提出采用多个脉冲半导体激光器并合的方法来解决。介绍了光束并合的原理,并且就影响光束并合的因素进行了理论分析与推导,然后采用Matlab模拟分析了各个激光器出光时间同步性对光束合成功率密度与脉宽的影响,以及采用Zemax仿真分析了各个激光器间的轴线平行性以及激光器与准直系统间的同轴性对合成光斑质量的影响,最后通过具体的距离选通实验,验证了光束并合是一种有效地图像提高远场能量密度的手段。