共孔径红外/激光复合导引头系统仿真研究

针对空空导弹的末端制导,提出了一种红外成像与激光测距共孔径的复合导引头光学系统设计方案,可对空中典型目标进行精确探测和跟踪。该系统采用被动红外成像和主动激光测距两种模式进行复合制导,被动红外成像可对目标进行搜索和捕获,主动激光测距可获得精确的弹目距离信息。该复合导引头中被动红外成像与主动激光测距共用一套光学系统,既满足目标搜索和捕获阶段的大探测视场需求,又可以利用精确的弹目距离信息提高导弹比例导引的制导精度。     

脉冲激光测距回波特性及测距误差研究

对于飞行目标轨迹测量中常用的脉冲激光测距系统,回光波形的变化对其测距精度的影响尤为显著。为了研究回光波形变化造成的测距误差,深入分析了复杂三维飞行目标的回波特性。以典型的调Q脉冲激光测距为基础,探讨了调Q脉冲激光发射脉冲的数学描述,建立了一种通过飞行目标的反射特性、表面形状及姿态信息计算回波功率分布的理论模型。在此基础上,以典型目标为例建立了目标模型,通过仿真模拟研究了脉冲激光回波特性,分析了目标姿态变化对回波特性及回波畸变测距误差的影响。搭建了脉冲激光测距实验系统,加工制作了模拟目标并进行了验证实验。实验结果表明,飞行目标姿态变化引起的回波脉冲展宽及回波畸变测距误差变化规律与理论分析基本一致,验证了所建理论模型的有效性。     

导弹制导仿真试验系统目标模拟技术研究

目标回波模拟技术是导弹制导仿真试验系统建设中的一项关键技术,目标回波可由载频信息、角度信息、距离信息、幅度信息、多普勒信息等五项特性来表征,本文从以上五个方面入手,对目标回波的模拟方法进行了研究。     

基于高速脉冲调制和回波采样的激光测距系统

基于高速脉冲调制和回波采样技术,构建了一套激光测距系统。该系统利用高灵敏度多像素光子计数器的多回波光子信号累加输出的特性实现光电信号转换,借助高速信号采集技术对回波信号进行全波形采集,通过回波波形的累加计算得到了回波信号的精确到达时刻,最终获得了高精度的距离信息。理论分析和实验验证的结果表明,该测距系统在实现远距离目标探测的同时,能够兼顾近距离目标的高精度测距,系统的测距动态范围可达10~7,测距精度为0.6 mm。     

激光脉冲弱小回波信号提取方法研究

在激光红外复合制导中,主动激光雷达可以提供探测目标的距离信息,并与红外探测方式实现光电互补,有助于提高复杂战场环境下精确制导的准确率。激光测距时,准确的回波位置检测是确保测距精度的关键。而信噪化是决定精度和作用距离的关键。为了提升脉冲回波信号的信噪比,本文提出了一种结合自相关滤波算法与改进的奇异值分解方法的微弱脉冲提取方法,并分别采用仿真数据和实际采集的脉冲激光回波信号进行去噪实验,实验结果表明,本文所提出的方法能够有效地提升回波信号的信噪比,有助于提高激光测距的精度。     

白天空间目标激光测距微弱信号探测方法

白天空间目标激光测距数据有助于提高空间目标定轨精度,在航天科研方面具有重要应用价值。白天天空背景较亮,激光测距回波信号一般很弱,从较强背景光中识别出微弱的空间目标激光回波信号十分困难。针对白天空间目标激光测距微弱信号探测技术难题,从白天天空背景噪声影响估算入手,计算了不同探测阈值情况下的测距虚警率,分析了白天激光测距距离门宽与探测阈值的关系,给出了白天对空间目标激光测距的回波信号探测阈值,提出了基于多光子探测器的白天激光测距微弱信号探测方法,并对其可行性进行了实验验证,该研究成果可应用于白天空间目标激光测距系统设计及新型激光测距系统发展研究等方面。     

舰面光电制导设备远程激光测距技术问题研究

针对舰面光电制导设备远程激光测距技术需要解决的海面杂波抑制、远程、快速低空小目标的回波信号稳定、精确提取问题,对海洋大气环境下的复杂海面背景及超低空海面杂波特性、全天时、全天候高灵敏度探测技术进行了研究,并对动态飞行目标激光测距回波距离数据波动性问题进行分析并提出了解决方案。     

摆镜在1.2 m望远镜激光测距接收系统中的应用分析

在月球激光测距与空间目标白天激光测距中，强烈的背景噪声会大幅降低测距成功率，在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统的接收光路中加入可调视场光阑，通过改变视场光阑孔径大小来调整接收视场，可减少背景噪声。但受到速度光行差等因素的影响，在接收视场减小到几个角秒时，回波会被光阑挡住无法通过，探测器接收不到回波信号。为解决这一问题，提出在视场光阑前加入二维偏转摆镜的方法，控制摆镜偏转使偏离的回波通过光阑中心被探测器正常接收。以高轨卫星和同步轨道卫星为目标，测量了回波信号偏离视场中心的角度值，并仿真分析了使用摆镜校正偏离角度值的效果。结果表明，该方法可以在小视场激光测距时快速高精度校正回波信号，可为满月时月球激光测距与空间目标白天激光测距提供支持。     

高灵敏度的光子偏振激光雷达系统

在空间目标探测中,由于远距离、小目标的特点,回波信号十分微弱,传统的激光雷达不能很好地探测如此微弱的信号。而且现在空间目标探测不仅需要距离信息,还希望获得目标的强度、偏振等更加多维的信息。提出了基于Gm-APD单光子灵敏度探测器的四路光子偏振探测系统,以Gm-APD探测器的泊松概率响应模型为基础,推导了回波微弱信号的强度解算公式,通过四路的强度解算出回波信号的偏振信息,在实验室搭建了四路Gm-APD光子偏振探测系统的原理样机,并介绍了四路Gm-APD光子斯托克斯参量的探测实验。在平均每个脉冲回波能量为7.7810-19 J的情况下,获得3.95%的线偏振误差和5.84%的椭圆偏振误差的探测结果。     

基于极化特征的抗箔条干扰方法研究

针对箔条干扰导致制导雷达目标识别能力降低的实际问题,以及制导雷达希望充分利用目标雷达回波信号提高目标识别能力的迫切需求,建立了救生艇、飞机和服从空间球均匀分布的箔条云模型,将电磁场数值计算方法引入到不同类型目标的雷达回波信号以及极化特征的计算,得到不同目标在不同接收极化方式、不同观察角度下的雷达回波信号,以及不同目标之间的极化比特征差别,结果表明船、飞机等目标的雷达回波极化比远大于箔条干扰的回波极化比。研究结论有助于雷达导引头实现基于极化特征的目标识别,改善雷达性能和目标识别能力。     

大量程脉冲激光测距仪性能检测方法

依据大量程红外脉冲式激光测距仪测距性能的检测需求,提出了一种基于MODTRAN数据库的激光回波信号模拟的检测方法。在室内环境下模拟激光测距大气回波信号,以实现对测距仪的测距精度及最大测程两项指标的检测。该方法调用MODRAN数据库计算出GJB2241A中仲裁实验的大气辐射透过率,在此基础上建立回波功率的数学模型,并采用FPGA以及模拟延时器件实现预设延时,使得距离模拟与能量模拟自成回路,实现了测距回波的真实模拟。实验结果表明:设计的回波信号模拟系统可实现50 m~22 km的大量程距离模拟,回波延时精度优于2 ns,最大测程的测准率可达90%,满足了激光测距仪性能测试的检测需求。     

数字化脉冲激光引信探测系统设计与信号处理

针对以往模拟脉冲激光引信探测系统存在的测距误差较大的缺点,为进一步提高脉冲激光引信的测距精度,设计了一种数字化脉冲激光引信探测系统.该探测系统包括发射、接收和信号处理3部分,其中信号处理部分主要实现脉冲回波信号的高速实时采样与缓存、信噪比增强与时延估计.采用双通道ADC并行采样,实现了以200 MHz的等效采样频率对脉冲回波信号进行高速采样.当脉冲回波信号很微弱时,采用多脉冲相干平均算法提高了其信噪比,增强了对微弱回波信号的检测能力.通过最小二乘时延估计算法得到了回波时延,进而计算得到目标距离.测距实验结果表明:该探测系统测距精度较高,最大测距误差为0.25 m.     

阵列探测技术在激光测距中的应用

高精度的空间碎片观测数据对航天器碰撞预警具有重要意义,激光测距技术是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术,但大多数空间碎片上并未携带角反射器装置,激光测距回波信号较弱。阵列探测技术可以提高回波信号较弱的空间碎片激光测距探测成功概率,中国科学院云南天文台2015年开始开展基于阵列探测技术的激光测距试验,2017年成功将阵列超导纳米线单光子探测器和多通道事件计时器等阵列探测技术应用于激光测距试验系统中,分别在2017年3月和2018年3月的激光测距试验中,成功采集2×2和4×4阵列激光测距数据。其中探测到最小目标为轨道高度约1 000 km、大小为雷达截面（Radar Cross Section,RCS ） 0.045 m2的空间碎片;探测到最远目标为斜距约5 000 km、大小为RCS 18.25 m2的空间碎片。     

基于脱靶量的水下目标激光扫描探测模型

蓝绿激光在水下目标非声探测中具有广泛的应用前景,但现有的探测模型尚未考虑探测概率与自导系统的匹配问题。为了获得最佳探测效果,建立基于脱靶量的水下目标激光周视扫描探测模型。仿真结果表明:随脱靶量增加,在相同发射频率下,增大光束发射倾角能显著提高探测概率,但减少了后级系统的处理时间;此外,随脱靶量增加,为避免探测漏检,应提高发射频率,减小光束发射步进角度。最后,通过仿真分析给出不同脱靶量下探测系统关键参数的最优设计。文中所建模型对探测系统、自导系统的匹配设计提供了一定的理论参考。     

一种提高相位测距精度的方法

在激光相位测距中,距离是通过求回波信号的相位信息求得的。由于频谱泄露和栅栏效应,传统的FFT不能精确地计算出频率点的相位值,因此提出使用密集频谱细化技术和频谱校正技术对回波信号的频谱进行校正。实验结果表明:基于复解析带通滤波器的复调制谱细化算法所需的运算量少,计算速度快,同时能够提高相位测量精度;频谱校正算法中相位差校正算法是一种精确的校正方式,校正精度很高;频谱细化和频谱校正技术大大提高了频谱分辨率。在工程应用中,本文方法运用于激光相位测距中能大幅度提高频域数字测相的精度。     

调频连续波激光引信探测系统设计

调频连续波（FMCW）激光探测技术将调频测距原理与激光的优点相结合,具有探测精度高、抗干扰能力强等优点。为验证FMCW激光探测原理和性能,设计了FMCW激光引信探测系统,包括激光发射子系统、激光接收子系统和信号处理子系统,具有FMCW激光发射、接收、信号处理和探测距离信息输出等功能。对FMCW激光引信探测系统的测距性能进行试验测试,结果表明:FMCW激光引信探测系统的最大探测距离12 m,测距误差在0.3 m以内。所设计的FMCW激光引信探测系统具有较高的探测精度,可应用于FMCW激光引信。     

激光近程探测中目标表面的散射特性

在激光引信中,脉冲激光对目标的探测与识别是激光引信近程探测技术中的一个关键技术点,而目标的表面反射特性对探测的影响是激光近程探测高效毁伤与精确打击目标的主要研究关键。目标的表面粗糙度以及附着物对激光回波信号的强弱影响较大,因此,需对激光近程探测过程中不同粗糙度目标表面所表现的反射特性进行研究。首先通过仿真得到回波信号模型,再进行不同粗糙度表面回波功率实验对仿真结果进行验证。实验选用不同表面粗糙度的靶板,并采用了改变角度、改变距离并同时改变角度和距离的模式来观测得到的电压曲线,获得最终结果。     

激光遥感目标回波脉宽展宽特性实验

随着激光遥感探测技术的发展,目标回波脉冲特性对遥感探测的影响成为新的研究热点.脉冲展宽特性是激光回波的重要特性,其影响到回波接收信噪比和测距精度.为此,通过实验研究了目标回波脉冲展宽特性.描述了激光遥感回波波形采集实验系统主要构成以及关键技术参数.介绍了直射和倾斜入射情况下激光遥感目标回波脉宽展宽模型,并根据模型描述了回波脉宽展宽特性.对垂直探测楼房墙壁和倾斜探测草地的实验数据进行了分析,并将实验结果和理论分析数据进行了比较,取得了较好的一致性.最后提出了利用激光遥感回波脉宽展宽特性反演目标倾斜角的方法.     

水下单光束脉冲激光方位识别系统角度参数优化设计

针对水下弹目交汇时引信需在近程（大于10 m）获取目标的距离和方位信息,为充分利用发射激光能量,增大激光回波功率,对水下单光束脉冲激光方位识别系统角度参数进行了优化设计。通过推导水下脉冲激光方位识别系统探测目标的回波功率方程,建立了回波功率与系统角度参数之间的关系,得出水下脉冲激光方位识别系统角度要求和充满区距离表示式,利用iSIGHT软件,基于多岛遗传算法对角度参数进行了优化计算。结果表明:在不考虑其他影响因素的情况下,发射光束中心与弹轴的夹角t取30,接收视场中心与弹轴的夹角r取34.5,接收视场角r取10时能获得系统最小的充满区距离。所得计算结果可为水下单光束脉冲激光方位识别系统角度参数的设计提供理论依据。