基于DSP的光栅衍射型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是一种可对来袭激光性能参数进行实时探测的光电对抗设备。基于光栅衍射效应以及DSP 信号采集及处理系统,设计并实现了激光告警系统,可对激光的波长、方位进行探测、告警。对激光告警系统的硬件和软件的设计与实现进行了研究,建立了入射激光波长以及方位的数学模型,推导了激光波长以及方位角与激光衍射点的数学表达式,并对激光告警系统进行了实验研究。实验结果表明:该系统能有效探测来袭激光波长及其方位,可测波长范围为500~1 100 nm,方位角为13,波长最大偏差10 nm,方位角最大误差1。     

基于DSP的光栅衍射型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是一种可对来袭激光性能参数进行实时探测的光电对抗设备。基于光栅衍射效应以及DSP信号采集及处理系统,设计并实现了激光告警系统,可对激光的波长、方位进行探测、告警。对激光告警系统的硬件和软件的设计与实现进行了研究,建立了入射激光波长以及方位的数学模型,推导了激光波长以及方位角与激光衍射点的数学表达式,并对激光告警系统进行了实验研究。实验结果表明:该系统能有效探测来袭激光波长及其方位,可测波长范围为500~1 100 nm,方位角为±13°,波长最大偏差10 nm,方位角最大误差1°。     

一种光栅型激光告警系统设计与实现

激光告警系统是用来截获、测量、识别敌方来袭激光信号并实现自动告警的侦查设备,在现代化战场上,准确识别来袭激光的波长和入射方位角,可提升我军的生存率。为准确获取来袭激光的波长和方位角等信息,本论文基于光栅衍射原理,设计了基于DSP+FPGA的激光告警系统,采用特定的图像处理算法,实现了对来袭激光的准确识别。经试验验证:该系统能有效探测来袭激光波长范围为:800~1500 nm,精度≤10 nm,角度分辨率≤2°。     

光栅衍射型激光告警光学系统设计

为实时测量来袭激光的特征参数、入射方向等信息,设计了基于光栅的激光告警光学系统.使用正弦透射光栅,来袭激光衍射后只有零级和一级衍射,有利于信号采样和处理.该光学系统由遮光罩、正弦光栅、平凸柱面镜、线阵CCD构成.通过理论分析和计算,确定了各光学元件参数.实验结果表明,采用该光学系统的激光告警器可以实现对波长范围为500～1100 nm、波长分辨率小于等于10 nm、入射角分辨率小于等于1°、视场角为22.5°的激光测量.     

基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统的设计与实现

当激光入射到正弦光栅时,会产生0级和±1级衍射谱线,通过测量衍射谱线的分布,可获得入射激光的波长及方位角信息。为了实时探测激光光源的波长和方位角,设计了一种基于正弦光栅的凝视型激光探测告警系统。介绍了系统的工作原理,推导了激光波长和方位角的计算公式,并对系统的探测精度进行了数值模拟研究。分析了光栅常数和柱面镜曲率半径对系统探测能力的影响,并且给出了相关函数。实验结果表明:当光栅常数为1/500mm、柱面镜曲率半径为20mm时,系统可实现对波长为320～1100nm、视场角为±20°范围内激光源的实时探测,波长分辨率可达到10nm,角分辨率可达到1°。     

基于柱透镜的非成像式激光定向方法

探测报知激光威胁源的方向是激光告警必不可少的一项技术指标。针对目前的告警系统的缺点,提出了一种基于柱透镜的高精度激光告警方法,并采用非成像方式对来袭激光进行定向。系统由两个相互垂直的线阵结构组成,线阵结构包括柱透镜组与线阵红外焦平面阵列。告警系统通过来袭激光在线阵焦平面阵列上线斑的偏移量来确定入射激光的水平方位角和俯仰角,从而达到对来袭激光进行定向的目的。文中阐述了该方法的基本原理及系统的结构组成,进行了误差分析,并对光学系统进行了仿真实验。实验结果表明:基于该方法的激光告警系统的视场角达到16。该方法对激光告警系统在汽车、飞机以及卫星上的应用具有十分重要的指导意义。     

基于二维激光告警的闪耀光栅设计

现有光栅衍射型激光告警中,正弦光栅存在1级衍射效率较低,闪耀光栅在闪耀波长附近0级和-1级衍射效率很低,这两种光栅的缺点都降低了激光告警的可靠性。为此文中提出了一种改进型闪耀光栅。将两闪耀光栅反相对接,并且中间留一定无光栅空间,此改进可提高波长在闪耀波长附近0级和-1级的衍射效率,将有效克服传统闪耀光栅的漏报警现象。设计加工了闪耀波长为800 nm的改进型闪耀光栅,理论分析了0级和1级衍射效率;采用波长为808 nm和850 nm的光,对改进型闪耀光栅进行二维激光告警实验测试,实验结果表明,在波长为闪耀波长附近光入射时,改进型较普通闪耀光栅的0级和-1级衍射强度有很大提高,能够被CCD有效探测。该改进型闪耀光栅可有效提高二维激光告警系统的可靠性。     

光栅衍射激光告警接收机的探测性能分析

灵敏度和信噪比是激光告警接收机两个重要的性能指标,它们直接影响系统的探测性能和抑制噪声的能力.根据信号统计检测理论,提出了一种计算光栅衍射型激光告警接收机灵敏度和信噪比的方法.首先,对激光信号和系统的内、外噪声进行了系统分析.然后,基于阈值探测理论和奈曼一皮尔逊准则,通过引入探测概率因子和虚警概率因子,求解出以激光信号电流为变量的方程,得到了灵敏度和信噪比的一般表达式.最后,结合该方法利用自行研制的基于正弦光栅衍射型激光告警接收机的实际参数对探测灵敏度和信噪比进行了数值模拟和实验验证,得到0.532 μm激光入射时的探测灵敏度计算值为1.95 mW/cm2,实验值为2.55 mW/cm2.不同入射波长之间的信噪比差异较小,表明该分析方法可以对激光告警接收机的信噪比进行评估.     

基于正弦透射光栅的激光告警接收机研究

在光电对抗中,高速、可靠地获取敌方来袭激光的参数是实施有效对抗的关键。提出了基于正弦振幅透射光栅衍射原理的窄脉冲激光波长和入射方向的测试方法,并设计了激光告警接收机原理样机,该样机由光栅、平凸柱面镜、ATMEL公司的驱动频率为50MHz的线阵CCD探测器、高速数字信号处理器TMS320V C5509和液晶显示电路构成。结果表明,该样机可达到如下技术指标:波长范围为500～1100nm、波长分辨率≤10nm、视场范围为22.5°、角度分辨率≤1°、反应时间<0.1s、灵敏度<10mW/cm2。     

二维激光告警光学系统设计

由于现有单激光告警系统只能实现来袭激光一维的方位和波长等信息,提出了一种单激光告警系统同时测得二维方位信息和波长信息的新方法,该方法的光学系统主要由遮光罩、光栅、透镜组和面阵CCD组成,通过对来袭激光经过光栅后的一级和零级衍射光斑位置的判决,得到来袭激光二维方位和波长信息。通过理论分析说明了该方法的原理,并推导得出二维方位角和波长的测量公式,根据要求推导确定了光学元件参数,并通过实验验证了其可行性。实验结果显示波长分辨率小于10 nm,角度分辨率小于1x方向视场角为30,y方向视场角为15。     

基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量研究

纳米位移测量技术是实现高精度纳米制造的基础。激光自混合干涉为精密纳米位移测量提供了一种结构简便、成本低廉,同时测量精度可达纳米量级的精密位移测量方法。区别于传统基于反射镜或散射面为反馈元件的激光自混合干涉测量方案,研究了一种基于平面反射式全息光栅的激光自混合纳米位移测量方法,该方法的位移测量结果以光栅的周期为基准。实验测得了在弱反馈强度条件下的光栅自混合干涉信号,通过阈值设定的方法确定位移方向的反转点,结合反余弦的相位解包裹算法处理光栅自混合信号,获得了对应的位移测量值。最终采用商用激光干涉仪与自组装的光栅自混合干涉仪进行位移测量数据的比对测量,实验结果表明,经过线性修正后,其位移误差不超过0.241%。     

一种用于激光告警的PIN面阵探测系统设计

针对激光告警技术中面阵成像探测方式容易产生漏警、虚警以及信号处理难度大的问题,提出了一种基于触发器阵列锁存的PIN面阵探测系统设计方案。该系统以触发器为基本单元,同时在PIN面阵探测电路的输出端设计了信号锁存阵列,可将来自PIN面阵探测器所有通道的输出信号同步锁存,并设计了读取电路将锁存阵列中的面阵数据以串行数据的形式输出。采用FPGA搭建了阵列规模为8×8、角度分辨率为6°的信号锁存阵列和读取电路进行了试验验证,结果表明该方案可以实现高分辨率激光告警功能。     

实时飞秒激光单次测量研究

为了能够对强场飞秒激光进行单发实时准确的测量,采用LabVIEW对单次自相关仪测量的数据进行实时分析处理,设计了实时在线测量飞秒激光脉冲的测量系统。在数据分析时,通过对图像处理区域的限制以及对图像数据积分极大地降低了信号的噪声,提高了测量的准确性。利用自标定方法在线标定自相关仪,实时获得激光脉冲宽度信息; 结合小尺寸像素CCD,获得单像素3.6fs的精度; 并利用自主搭建的设备,成功在线实时测量了中心波长800nm、脉宽约50fs的钛宝石激光脉冲。结果表明,基于LabVIEW的单次相关仪能够实时测量飞秒脉冲,且测量结果精度高、可靠性好。     

规律性圆环测量中光电探测器的选型研究

采用可见光面阵CCD测量激光的远场能量分布时,在其光敏面上观察到了规律性圆环条纹的出现。为了精确测量圆环的能量分布和条纹间距,分析其形成机理,依据光的干涉和衍射理论,研究了面阵CCD主要参数的选取。研究结果表明:CCD的分辨率主要取决于衍射效应的条纹间距,动态范围取决于衍射条纹的级次,而最低照度由入射激光的功率和作用距离决定。研究成果可为分析规律性圆环条纹的形成机理提供技术支持和有益参考。     

基于背照式CCD的微弱目标成像系统设计

为了对微弱目标进行探测,提出一种采用背照式CCD47-10为传感器的成像系统设计方案。通过对CCD47-10的工作原理和性能参数进行分析,完成电源模块、驱动模块、信号处理模块、数据传输模块的硬件设计。使用VHDL语言完成FPGA中的逻辑电路设计,使用VC++完成上位机软件设计。最后通过搭建实验系统,在微弱光下对光栅进行成像,并分析图像信噪比。实验结果表明,设计的系统在对微弱目标成像时信噪比为72,能够满足对微弱目标探测的应用要求。