基于不同材质气溶胶下激光回波特性研究北大核心CSCD

激光引信易受到气溶胶的干扰,造成引信的虚警,对激光抗气溶胶干扰的研究一直是亟待解决的难题。大气环境中气溶胶的组分是多样的,因此研究不同材质气溶胶的激光回波具有重要意义,而烟雾和云雾是不同材质气溶胶的典型代表。本文基于Mie散射理论和蒙特卡罗随机逻辑方法,分别建立了激光烟雾、云雾单次和多次散射模型,对比分析了不同脉冲宽度10 ns、20 ns和50 ns的光束、不同材质气溶胶烟雾和云雾、不同散射次数的回波特性,得到了不同脉冲宽度激光在不同材质气溶胶下的散射回波规律。仿真结果表明:激光发射脉冲宽度越小和气溶胶能见度越大,目标回波和气溶胶回波的区分效果越好;激光在云雾中的透过率高于烟雾,反射率低于烟雾;激光在烟雾中的衰减度高于云雾。该结论可为研究激光引信在气溶胶环境下后向散射回波特性和提高抗干扰能力提供了研究思路。     

云雾干扰条件下激光引信高斯分解测距方法

在云雾影响下,脉冲激光引信存在着虚警概率高、测距精度差的问题,这些问题是制约激光引信全天候工作的主要问题。为了降低云雾对于全波形采样激光引信的影响,提出一种基于高斯分解的回波脉冲处理方法,采用高斯模型将回波信号分解成单独高斯脉冲的形式,根据波形特征分辨出真实目标回波与云雾后向散射回波。从理论仿真和实验上对比了该方法与数字互相关方法的性能差异,结果表明:在能见度小于4 m的云雾条件下,数字互相关法测距精度恶化到1.6 m,而高斯分解法能够实现0.18 m的测距精度,优于互相关处理方式。该方法为激光引信在云雾环境下高精度测距提供了新的数据处理思路。     

相干激光引信在云雾干扰下的回波特性研究

为分析相干激光引信在云雾干扰下的探测性能,基于Mie散射理论和Monte Carlo方法建立了相干激光引信在云雾中的探测模型,仿真获取相干激光引信在多种云雾干扰场景下的探测回波,分析回波信号的时域和频域特性,以及云雾能见度、探测位置和探测角度对回波特性的影响。研究结果表明,相干激光引信可利用回波频域特征准确探测和识别目标,且不易受云雾能见度、探测位置和探测角度等因素的影响。结果证明:相干激光引信在云雾干扰下具有优良的探测性能。     

调频连续波激光引信云雾回波特性仿真

调频连续波（FMCW）激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力,但仍会受到云雾的干扰。为研究FMCW激光引信系统参数对云雾回波特性的影响,利用FMCW激光引信探测模型,对激光引信在不同收发间距、激光波长以及相对云雾位置条件下的云雾回波特性进行仿真。仿真结果表明:FMCW激光引信的收发间距和激光波长会对云雾回波特性产生明显影响,收发间距越大,在可见光波段和近红外波段的激光波长越短,云雾后向散射越弱。所得的仿真结果可为FMCW激光引信抗云雾干扰方面的优化设计提供参考。     

激光引信回波信号处理方法分析研究

激光引信是随着现代作战环境的需求和激光技术的迅猛发展而出现的一种近炸引信,其精度受到设计系统、目标环境及后期信号处理方法等方面的影响.文中首先分析了激光脉冲测距原理及影响脉冲激光引信测距精度的因素,并分别采用了小波分析及时间加权平均方法对理论下的回波信号进行了研究仿真,并比较其精度.同时,还提出了回波波形受云雾,烟尘、阳光等背景干扰时拟采用的一些方法.通过实验分析可知,这些方法对提高激光引信的精度有很大的帮助.     

大视场激光引信目标识别方法研究

介绍在采用发射扫描、四路大视场接收组合实现对有限尺寸目标的激光大视场探测的方案下,通过采用一片可编程逻辑门阵列器件实现大视场激光引信目标识别信息处理系统的功能。利用可编程逻辑门阵列器件内部相对独立的模块进行并行处理．对扫描的激光脉冲信号进行方位计数、目标距离计数、回波连续性计数,实现了对探测区目标的距离判别、方位判别、尺寸判别。并通过软件仿真该方法对上述功能进行验证,在仿真中可编程逻辑门阵列器件能较好地完成大视场下对有限尺寸目标的识别,对发现引炸距离内的目标实时给出引炸信号．通过方位判别和尺寸判别提高了激光引信抗云雾干扰性能、改善引战配合效率,这表明该方法非常适用于面空导弹和反辐射导弹。     

脉冲激光引信烟雾后向散射特性研究

激光引信的探测性能容易受到烟雾的干扰,引起虚警和漏警。为研究脉冲激光引信在烟雾环境中的传输特性,基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,建立脉冲激光引信烟雾后向散射模型,仿真905 nm脉冲激光在不同烟雾环境下的回波特性,进行相关试验,对比仿真归一化峰值强度与实测峰值电压,进行相关性分析,验证模型的准确性。分析不同烟雾质量浓度、烟筒长度与距离下脉冲激光引信在烟雾环境中的后向散射特性,得到不同条件对回波的影响规律,研究结果可为脉冲激光引信抗烟雾干扰提供支撑。     

数字化激光扫描成像引信低空海面背景目标识别方法

激光成像技术能获得精细化的空间信息,在解决超低空海洋环境背景下的目标探测与识别时具有独特的优势。文中基于海谱波动模型和激光海面回波反射特征的模拟,仿真分析了探测系统的视场角和入射角参数对海面回波特征的影响,对比分析了宽视场和窄视场在不同海况下的激光回波特征,并对比窄视场成像探测系统对目标反射和海面反射的空间分布差异。提出了一种数字化阵列激光扫描成像探测系统,该系统通过电控阵列激光分时高速工作可实现周向360°的固态扫描探测,并通过高速AD采样获取数字化的回波幅度和距离阵列。针对弹目高速交会的工作特点,提出了帧内判定,帧间累积的低空海背景目标识别方法。该方法通过直通滤波、数学形态学滤波、目标形态特征等方法能快速滤除海背景杂波,保证弹载探测识别的实时性和可靠性要求。通过不同交会条件的仿真验证,该方法对不同海况下的识别准确率的平均值为96.9%。     

云雾后向散射激光回波特性研究

气溶胶后向散射激光回波在气溶胶内部的散射特性对其波形特征有着重要影响。为获取气溶胶后向散射激光回波的散射特性,文中以云雾为研究对象,建立激光云雾传输模型,仿真云雾后向散射激光回波在云雾内部的多次散射过程,统计不同云雾质量浓度和云雾距离条件下的激光回波的散射次数和传输时间,得到激光回波的散射次数范围和同次散射回波特征,以及云雾质量浓度和云雾距离对散射次数的影响规律。文中研究结果可为分析气溶胶后向散射激光回波特征提供重要支撑。     

激光引信云雾散射回波的近似算法与应用分析

在对激光引信视场进行体积元分割的基础上,基于Mie散射理论建立了一种近似计算引信云雾散射回波的数学模型,并利用该模型计算了均匀云雾粒子与服从一定谱分布云雾粒子的散射回波,分析了入射激光波长、粒子浓度及谱分布参数对散射回波强度的影响。研究结果表明:对均匀云雾粒子,引信的散射回波随粒径增大呈振荡增强趋势;粒子浓度相同时,尺度谱偏大的云雾粒子群的散射回波明显高于尺度谱偏小的云雾粒子群;对折射率虚部差别明显的不同波长激光,其散射回波强度差别显著,云雾对虚部偏小激光的散射光强明显高于虚部偏大的激光。为激光引信抗云雾干扰提供了重要理论依据。     

基于激光引信的回波仿真及抗干扰研究

为了提取目标回波信号的特征信息、提高回波信号仿真精确度,采用地面验证实验时将回波数据记录下来对其数字仿真的方法,将二次曲面单元作为几何建模的基础单元来建立目标几何模型,基于目标表面的材料及双向反射分布函数实测数据,结合遗传优化算法对不同波长的样品从不同角度来进行五参量建模。采用回波包络上升速率的区域联合判别方式,对不同环境下目标的点回波幅值进行了实验验证。结果表明,电压在云烟环境与理想环境下的偏差约为65.3%,包络走势满足对目标识别的判定准则,且在云烟环境中实现了抗干扰,能够修正改善目标在云烟环境下回波信号的仿真模型,提升仿真精确度。     

基于目标波形模型的多脉冲激光雷达目标信号模拟

多脉冲激光雷达发射数个至数百个高重频激光照射目标,利用多脉冲回波累加实现信号积累。多脉冲激光目标检测性能的验证需要基于目标回波波形模型的动态目标信号模拟。脉冲激光目标回波波形可以由激光发射、信道传播、目标反射等环节之间的卷积传递关系加以建模。文中首先通过建立各环节的数学描述得到了回波波形的连续卷积模型。接着,针对积分解析模型不利于工程实现的问题,基于发射脉冲距离分辨单元提出了离散算法实现特定外形目标激光回波波形序列的直接计算。结合远程飞机目标的回波信号仿真,指出了回波波形与目标特性的内在联系,并通过实验进行了可信性验证。最后,应用文中模型及方法给出了多脉冲激光雷达动态目标模拟器的研制实现,为开展多脉冲激光目标检测研究提供必要的验证测试条件。     

低信噪比下机载平台多脉冲激光测距机目标回波降噪算法

针对远距离飞机目标,机载多脉冲激光测距机通常采用数字化处理体制,影响其测距精度的因素包括发射激光脉冲宽度的距离分辨率、大气传播及目标反射特性造成的波形展宽、回波信号接收处理通道的非线性相频特性等。数字化采样率、回波信号降噪、目标峰值点位置估计等数字化处理过程引起较大的目标距离定位误差。提出了基于经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）和重构的回波降噪方法,首先对脉冲激光目标回波波形进行建模,然后分析了现有数字化回波降噪算法的性能及其对定位精度的影响。实验结果表明,所提方法可以准确提取目标峰值点位置,改善激光测距机的目标定位精度。     

基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法

针对激光引信易受云烟雾干扰的问题,提出了一种基于脉冲宽度调制技术的激光引信抗干扰方法。计算了不同脉冲宽度条件下的云烟雾后向散射回波功率,并给出了云烟雾后向散射回波功率随发射脉冲宽度的变化规律。分析了不同云烟雾条件下使用不同发射脉冲宽度探测时所得到的回波功率比。实验结果表明,在使用不同脉冲宽度激光探测条件下,云烟雾激光后向散射功率比大于3,使用该方法可有效提升激光引信抗干扰性能。     

低信噪比下机载多脉冲激光雷达姿态不敏感性特征提取研究

针对纳秒量级脉宽机载多脉冲激光照射目标的回波波形,提出几何分割比这一目标姿态不敏感特征,给出了特征提取算法,可用于与激光目标运动状态结合开展目标检测与跟踪。首先,基于激光目标波形数学模型分析目标波形与目标特征的关系,指出激光目标的几何分割比特征具备姿态不敏感特性。接着,结合目标特征提取对目标波形和噪声不失真分离的要求,提出在小波域利用对称小波基进行改进Donoho阈值降噪处理,在时域利用小波重构信号阈值获取目标波形序列,再由一阶二阶差分计算检测目标波形峰值点,进而提取激光目标散射中心及几何分割比等特征。最后,通过仿真实验验证算法在低信噪比下提取激光目标特征信息的有效性。在与机载多脉冲激光目标模拟器联试实验中,利用文中算法提取激光目标特征结合目标的运动状态信息,开展多帧相关匹配检测,多脉冲激光目标检测的可靠性明显提高。     

一种适用于空空导弹的激光灰度成像引信技术

针对空空导弹激光引信易受云烟雾、地海杂波干扰的问题,提出了一种适用于空空导弹的激光灰度成像引信技术。采用推扫式线阵成像探测方式,即随着弹目交会运动并根据激光回波幅度对目标逐行扫描灰度成像。通过渐进式目标识别算法处理逐行累积而成的灰度轮廓像可实现激光引信精细化探测,从而提高其抗干扰的能力。原理样机试验验证数据表明,激光灰度成像技术可较好地运用到激光引信中,验证试验获取的图像、数据,为激光引信抗干扰研究提供了技术储备。     

基于激光动态探测机理的目标回波特性

针对激光近程全向动态探测问题,基于激光动态扫描探测机理,在激光近场探测理论基础上,推导出基于激光动态探测机理的目标回波轮廓波形方程,分别从理论推导和实验分析两方面入手,研究了目标回波特性影响机理。结果表明:随着发射功率的增加,回波信号幅值提升幅度较大,脉宽压缩；随着激光发射脉宽的增加,回波信号幅值呈现快速下降,且脉宽展宽；随着光束发散角的提高,回波幅值缓慢降低且脉宽展宽；随着目标距离的增加,回波信号幅值迅速降低且脉宽展宽。