偏度与峰度在脉冲激光回波分析中的应用研究

将波形序列做平移处理,并结合其坐标信息可以计算波形的偏度与峰度,两者分别反映了波形的对称性和尖峭程度。在脉冲激光探测中,偏度和峰度可以用于对回波信号的特征分析,目标表面的反射率变化和起伏通常不会引起回波波形偏度和峰度的较大变化,只有当目标表面反射率或起伏出现突变时回波的偏度和峰度才会呈现出较大的值,而且不同突变情况下的回波的两参数的值也是不同的,这为脉冲激光探测的回波特征分析提供了重要依据。     

Rytov近似法在闪烁效应中的应用与改进

利用Rytov近似法和湍流大气中高斯波束的传输理论,针对湍流大气中水平传输的主动探测激光,建立了其单程传输到达目标端接收平面的闪烁指数模型,对模型进行改进使其适用于强湍流的大气条件,并对数值仿真的结果进行实验验证。结果表明,改进后的模型更符合实际传输情况,传输距离、湍流强度等因素都会影响闪烁指数的变化,数值模拟与实验测量的结果在变化趋势上有较好的吻合。但由于系统本地噪声、探测器散粒噪声和背景噪声等随机因素的存在,使实测结果略大于数值模拟结果。     

湍流大气中高斯光束通过角反射器的解析传输

将高斯光束通过角反射器的传输过程简化为其连续通过2个平行四边形光阑的传输过程,利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导了双程大气湍流条件下高斯光束通过角反射器的近似三维解析传输公式。数值计算表明,当入射角较大时反射光的平均光强分布模式的畸变明显,且在同等数值时入射角带来的畸变效应大于方位角带来的畸变效应;远场情况下,除了一些小的旁瓣的存在反射光光强分布的主瓣具有较好的高斯模式。     

湍流下目标散射回波时域起伏特征研究

为研究不同目标散射回波受大气影响的差异,以高斯光束为模型,利用Rytov近似法和广义Huygens-Fresnel原理,推导得到了适用于不同目标的原路返回处的场分布。进行了弱湍流下漫反射面、角反射器和“猫眼”目标的高重频激光散射回波起伏探测实验,通过对实验数据的处理分析,得到了同等条件下三种目标散射激光在时域上受大气影响的差异特征,并定性地分析了产生此种差异可能的原因,为激光主动探测应用的目标分类识别提供了重要依据。     

相位屏法研究湍流大气对干涉图样的影响

基于马赫-泽德光路发射的相干光为模型,利用功率谱反演法生成随机相位屏的方法模拟湍流大气,分析了相干高斯光在湍流大气中的传输过程并建立了传输模型,推导得到了接收屏上的干涉光强。数值仿真分析了湍流大气对干涉图样分布以及条纹间距和对比度等特征参数的影响。结果表明,随着湍流强度增大,干涉图样变得模糊甚至破碎,条纹间距增大,对比度下降。此研究结果对于激光主动干涉探测技术的应用具有一定参考意义。     

基于M-Z干涉的相干高斯光束远场干涉图样研究

为了使远场相干光斑分布及干涉图样的条纹间距和条纹对比度满足激光主动相干探测的要求,对基于马赫-曾德尔干涉原理的相干光发射装置发出的相干高斯光束在远场的扫描相干光场分布特性进行了分析,推导了高斯光束远场扫描相干光场的解析光强分布公式,得到了高斯光束远场扫描干涉图样。利用物理光学相关原理推导了远场的相干光光程差、干涉图样的条纹间距以及条纹对比度的表达式。数值仿真分析了马赫-曾德尔干涉光发射装置的分束镜旋转角度、探测距离和扫描角速度对远场相干光强分布特性的影响,得到了这几个物理量之间的定量关系。结果表明,远场扫描相干光强分布主要受到分束镜旋转角度、探测距离和发射装置扫描角速度等参量影响;干涉光发射装置的分束镜旋转角度同时影响远场接收屏上干涉图样的条纹间距及条纹对比度。该研究结果对实际探测中如何选取分束镜的旋转角、使其在满足条纹间距目标尺寸要求的前提下,适当调节旋转角度,获得尽可能大的条纹对比度是有帮助的。     

基于回波闪烁效应识别光学目标的方法研究

为获取光学目标更多的特征信息、达到目标识别的目的,文中利用不同目标回波特征受到湍流大气调制作用的差异性,将目标回波的闪烁效应作为目标识别的手段之一。采用功率谱反演法生成随机相位屏模拟双程湍流大气扰动,利用硬边光阑展开为有限级数和的形式以及Collins衍射积分公式推导角反射器、镜头目标和朗伯漫反射体的反射光的复振幅分布,通过原路返回处的光强分布得到反射光的闪烁指数。分析了湍流强度和目标尺寸对上述三种目标回波的闪烁指数的影响,并进行了实验验证。研究结果表明:光学目标与漫反射目标回波的闪烁指数差别明显,整体相差一个数量级,随着口径的增大,光学目标回波闪烁指数整体上呈现减小的趋势;角反射器和镜头目标回波的闪烁指数在数值上差别不明显,但可以通过多组测试结果绘制回波闪烁指数随时间的变化曲线的方法将二者进行大致的区分。该方法可以快速地从漫反射背景中识别出光学目标,同时也为光学目标的分类识别提供了参考价值。     

目标散射特性对激光雷达回波特性的影响分析

研究目标散射特性对其激光雷达回波特性的影响是进行目标激光雷达主动成像、跟踪以及目标识别的基础。首先推导了考虑探测激光时空分布的目标激光雷达回波公式,通过3DS MAX软件建立了三种典型目标的三维模型,采用单站激光雷达BRDF模型仿真得到了理想漫反射、近似镜面反射以及粗糙表面三种情况下不同目标多角度回波峰值序列,基于此分析了目标散射特性对其激光雷达回波特性的影响,可为目标激光雷达主动探测及成像提供理论参考。     

猫眼终端回波闪烁效应分析

利用Rytov近似和物理光学传输矩阵法,研究了猫眼光学系统离焦量对逆向通信系统中猫眼终端回波闪烁效应的影响,得到了水平传输时高斯波束在接收平面的闪烁指数的表达式,通过数值仿真实验分析了猫眼光学系统的离焦量对接收平面光强闪烁指数的影响.结果表明,无论湍流和传输距离如何改变,总是存在一定的离焦量使得闪烁指数最小;离焦量增大时闪烁指数总体呈现先减小后增大的趋势,且随着距离和湍流的增大闪烁指数也增大.