典型卫星表面材料近红外偏振特性分析

为了表征典型卫星表面材料的近红外偏振特性,基于微面元模型并综合考虑镜面散射及漫散射来描述目标表面的反射特性,引入镜面系数及漫反射率来明确两种反射对偏振度的影响,并考虑实际粗糙材料表面存在的遮蔽效应,建立一种更完善的多参量偏振双向反射分布函数模型,进而推导出适用于粗糙材料表面的光学反射偏振度表达式.对典型卫星表面材料进行近红外偏振实验,采用遗传算法从实验数据中反演卫星表面材料的多参量数值,进而得到偏振信息仿真曲线.结果 表明,该多参量偏振双向反射分布函数的仿真值与实验测试值能够较好的吻合,不同卫星表面材料的近红外偏振特性有较大分布差异.     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性.运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4μm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度.结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据.     

无线光通信中紫外散射传播特性的研究

结合大气散射理论,引入不同天气条件下的散射相函数和散射粒子半径两个参数,在长球面坐标系上修正了紫外光大气传输单次散射模型.仿真了正常、霾、雾、雨四种天气条件下的该散射模型的冲激响应,分析计算了这四种天气条件下的发送仰角、通信距离与接收光信号之间的关系.结果显示紫外大气传播中通信距离受天气影响较大,通信速率受天气影响较小.     

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。     

一种表面激光散射特性数据三维测量方法

激光双向反射分布函数(BRDF)数据测量是一种获得目标表面信息的重要手段。利用几何光学理论建立了目标表面BRDF模型,采用激光器、激光能量密度测量设备、转台、漫反射板等光电实验室常用测量设备,在相同的几何和物理条件下,分别测量样品和散射特性已知的漫反射板对激光能量的散射特性数据,推算出样品的BRDF数值;保持测量平面静止,通过翻转被照射表面获取样品表面的三维BRDF数据,推算了翻转过程中测量点的角度换算关系;利用测量结果,进行了目标表面BRDF模型的参数优化,建立了样品表面BRDF模型;实验环境容易构建,操作简便,为研究目标表面激光散射特性提供了一种新的研究思路。     

光学表面粒子污染物散射的单层薄膜调控特性

为了降低超精密低损耗光学元件表面粒子污染物的光散射损耗,文中提出通过在光学表面沉积单层薄膜来调控表面场强分布,从而降低散射损耗的方法。理论分析了K9玻璃超光滑光学表面不同厚度单层二氧化硅（SiO₂）和单层二氧化钛（TiO₂）薄膜表面上方半径为100 nm粒子污染物所在处的电场强度,理论分析结果发现,当SiO₂薄膜厚度为137.4 nm,TiO₂薄膜厚度为12.3 nm时,表面粒子污染物所在处的电场强度最小。在此基础上分别计算了光学元件表面沉积厚度为137.4 nm的单层SiO₂薄膜以及厚度为12.3 nm的单层TiO₂薄膜,表面粒子污染物的总散射损耗(S)和双向反射分布函数(BRDF),计算结果表明,在波长为632.8 nm的光垂直入射时,单层SiO₂薄膜和单层TiO₂薄膜可有效降低其表面粒子的BRDF,且可将K9玻璃表面的总散射分别降低12.40%和25.04%。实验验证了单层SiO₂薄膜对于表面粒子污染物散射降低的有效性。     

军事目标激光散射特性研究进展

军事目标的激光散射特性是影响装备作战效能的重要因素,对于研究激光装备的作用距离、装备的激光隐身性能具有重要的意义。本文介绍了目标激光散射特性的基本概念,从理论模型和经验公式两方面介绍了激光散射特性的理论建模研究成果,分析了各种模型和经验公式的适用范围。从目标表面材料BRDF测量、缩比模型LRCS测量、真实目标LRCS测量三个方面,分析了国内外典型测量方法、相关应用以及下一步发展方向,为后续目标散射特性的研究提供借鉴。     

迷彩涂层1064 nm激光散射特性测量及建模

迷彩涂层1064 nm激光散射特性对激光探测装备的极限作用距离和军事装备激光隐身性能有显著影响,而目前对涂层材料的激光散射特性的研究大都是针对单一种类涂层。本文根据不同类型迷彩涂层由不同颜色组成的特点,通过分别测量不同颜色迷彩涂层的双向反射分布函数(BRDF),再根据国军标中不同迷彩涂层颜色的面积比例规定进行加权计算,得到不同种类迷彩涂层的BRDF。以草原夏季型迷彩涂层为例,利用上述方法对其BRDF进行测量和计算,并利用五参数经验模型进行参数建模,得到草原夏季型迷彩涂层的参数模型。通过拼接实验,验证了计算方法的正确性。对于进一步研究军事装备的涂层材料激光散射特性提供数据依据,为研究类似情况下多种材料复合涂层的激光散射特性研究提供了借鉴思路。     

基于单光子探测的目标光学散射特性研究

研究了目标物体的单光子散射回波特性,基于红外单光子探测器和皮秒激光器搭建了目标光学散射特性测量系统,以回波光子数作为单光子条件下目标光学散射特性的表征。实验研究了不同形状（球体、立方体、圆柱体、圆锥体）目标物体的单光子散射特性,并利用双向反射分布函数模型对实验结果进行拟合,理论拟合结果与实验测量结果能够很好地吻合。进一步对不同材质（瓷砖、木材、外墙砖）目标物体的单光子散射特性进行了研究,并将实验结果与传统波动散射特性进行了对比分析。该研究为单光子激光雷达远距离目标识别与探测的相关工作提供了参考。     

空间目标光学散射特性研究进展

空间目标光学散射特性建模与分析是空间光学监视系统论证设计、性能评价的前提和基础。以空间目标的可见光与激光散射特性为主要研究对象,分析了空间目标光学散射特性的基本研究内容和方法,介绍了国内外应用于卫星表面材料的比较典型的BRDF 模型,从卫星表面材料BRDF 测量与建模、目标可见光散射特性测量与仿真计算和空间目标LRCS 测量与仿真计算三个方面,介绍了国内外典型研究单位的研究成果以及下一步的研究发展方向。可为空间目标光学特性研究思路与方法提供借鉴。     

单层二氧化钛薄膜的偏振散射特性

为了用散射法研究单层薄膜表面粗糙度的变化规律,以光学薄膜矢量光散射理论为基础,分析了单层二氧化钛薄膜分别在完全相关和完全非相关模型下的偏振双向反射分布函数,以及P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp随散射方位角的变化关系。理论研究结果表明:随着散射方位角的变化,P偏振入射光引起的P偏振的BRDFpp强烈依赖于膜层界面粗糙度的相关特性。在完全相关模型下,随着入射角的增加,BRDFpp随着散射方位角变化时所出现的谷值会随着入射角的增加而减小。     

涂层表面激光散射特性的实验测量及优化建模

运用双向反射分布函数测量系统在特定激光波长下(1.06μm)对涂层目标样片进行实验测量,根据样片的BRDF实验数据,将遗传模拟退火算法应用于目标表面BRDF统计模型的参数反演中,获取样片的BRDF模型参数,并在此基础上获得上述样片BRDF的三维分布.同时比较了模型中考虑遮蔽因素与不考虑遮蔽情况下进行参数反演所得到的均方误差,反映了遮蔽效应对涂层目标表面光散射特性的影响.     

镜面颗粒影响激光散射特性的模拟仿真

光学镜面上的激光散射特性对光学系统性能的影响十分重要。利用修正的米氏散射理论模拟计算了光学镜面的双向反射分布函数(BRDF)。结果表明:镜面上的颗粒污染物能够十分明显地影响光的散射特性。此外,入射激光的波长与BRDF的值成反比,波长较短时,散射较复杂。因此,保持镜面的洁净对维护光学镜面的性能十分重要。     

太赫兹频段金属粗糙表面散射特性

根据基尔霍夫近似理论分析了金属粗糙表面在太赫兹频段的散射规律及影响因素,通过加工不同粗糙度的金属铝板样品,基于远红外激光器搭建的单频点散射特性测量系统及远红外傅里叶光谱仪（FTIR）的宽带反射率测量系统,对粗糙铝板的散射规律进行了实验测量与验证,发现实验测量结果与基尔霍夫近似计算结果具有良好的一致性,证明了峰值散射系数与粗糙度和频率的负相关性,以及与入射角度的正相关性。分析了近似光滑和较大粗糙度两种极限情况下的散射特性,给出了基尔霍夫近似理论在太赫兹频段的适用条件。相关结论为复杂目标散射特性的理论计算奠定了基础,对太赫兹频段雷达相关理论和技术的发展具有重要意义。     

光散射模型中遮蔽函数的参数反演

介绍了一种通过遗传模拟退火算法进行参数反演获取目标样片BRDF 模型参数的方法。将BRDF五参数统计模型中遮蔽函数的四个参数作为未知参数,利用在激光波长下目标样片的BRDF 实验测量数据,通过遗传模拟退火算法进行模型参数反演,获得上述样片BRDF 统计模型的九个模型参数,结果表明,与遮蔽函数四个参数取经验值情况相比较发现,九参数BRDF 统计模型的均方误差更小一些,并且通过反演出的遮蔽函数四个参数,得到上述样片在几种入射角情况下遮蔽函数随散射角的分布情况,所反演的遮蔽函数四个参数能反映材料表面的粗糙程度。     

涂漆金属1550 nm波长双向反射分布函数优化建模

利用双向反射分布函数描述目标表面的散射特性是最成熟和常用的方法,其关键在于如何快速准确地获取双向反射分布函数中的各特征参量。基于Cook-Torrance模型对目标表面散射进行建模,使用1550 nm激光对黑漆涂层金属进行探测,将测量数据用遗传-禁忌搜索混合算法进行反演,来获得模型中的未知参量。对比遗传算法和遗传-模拟退火混合算法可知,该算法优化了迭代次数,减小了计算误差,得到与实验值吻合的理论计算值。该研究提供了一种快速准确得到双向反射分布函数中未知参量的计算方法。     

近背向散射测量系统中漫反射板的特性研究

通过分析激光聚变中近背向散射光的收集方式,提出了采用漫反射板收集近背向散射光的方法。通过对漫反射板的应用场景分析,提出了需要研究的漫反射板特性,并搭建了漫反射板特性测量装置。测量并分析了漫反射板的方向半球反射比、双向反射分布函数、面均匀性、真空特性和紫外特性。分析结果表明:F4目标板具有接近于0.99的高反射率,光谱平坦性,近似余弦分布的双向反射分布函数,较高的面均匀性,以及较小的紫外真空影响。因此,F4目标板满足激光惯性约束聚变中近背向散射光的测量需求,采用漫反射板收集近背向散射光的方法可行。     

遗传算法在光散射模型参数反演中的应用

介绍了一种通过遗传算法参数反演获取目标样片BRDF模型参数的方法.根据样片在特定激光波长(0.86μm)下的BRDF实验数据,将遗传算法应用于样片表面BRDF数学模型的参数反演中,获取样片的BRDF模型参数.实验数据曲线表明,通过遗传算法参数反演所获得的拟合曲线与实验数据吻合得很好,结果表明,利用遗传算法所得到的结果具有较好的一致性.