基于猫眼效应计算离焦量对反射光光强的影响

本文针对猫眼效应,利用付立叶光学,提出了一种近似计算离焦量对反射光光强影响的方法。并对结果进行了定性分析,同时在实验的基础上,讨论了离焦量对反射光的影响程度。     

离焦量对“猫眼效应”反射特性的影响

为了研究目标光学系统在焦平面反射元件离焦情况下的"猫眼效应"反射特性,采用ZEMAX光学设计及分析软件对"猫眼"目标进行建模和仿真,得出了入射激光通过"猫眼"目标后的能量通过率、后向反射激光束的发散角、远场光斑及其能量分布情况等特性,以及正负离焦量对反射特性影响的区别,并且得出在离焦情况下能够产生"猫眼效应"后向反射光所必需的入射激光束的入射角范围.结果表明,离焦量对"猫眼效应"后向反射光特性有决定性的影响,尤其是对远场光强影响较为显著,这为激光主动探测体制的探测能力分析提供了可靠性依据.     

光电系统离焦量对其猫眼效应回波功率的影响规律及原因分析

离焦量是决定光电系统猫眼效应回波功率强弱的关键因素。为了分析不同离焦情况对猫眼效应回波功率的影响规律及原因,通过对光电系统猫眼效应几何光学传输模型的分析,推导了包含离焦量的猫眼效应回波功率和等效回波波束球心的表达式,分析了不同离焦情况对回波功率的影响机理,并进行了实验验证。研究结果表明:在离焦情况下,猫眼效应回波波束可以等效为从目标处发出的一束锥状球面波,随着离焦量的增大,该球面波的球心距接收点的距离逐渐增大,因此回波功率逐渐衰减;正离焦时,该等效球面波的球心与接收点位于目标的同侧,负离焦时,球面波的球心与接收点位于目标的异侧,因此,在相同离焦量条件下,负离焦所导致的回波功率衰减程度比正离焦时更大;实验结果验证了这个结论。     

离焦状态下“猫眼”效应的实验研究

“猫眼”目标回波功率是激光主动探测系统的重要指标,可用米评估光电装备“猫眼”效应的强弱,并为探测器的优化设计提供参考。分别建立了正负离焦状态下“猫眼”目标回波功率数学模型,仿真分析了离焦量对“猫眼”目标回波功率的影响,利用搭建的激光主动探测系统及倒置的望远系统,实现了离焦状态下典型“猫眼”效应的实验。理论仿真结果与实验...     

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.     

色差对猫眼系统回波影响的理论与实验

利用光学窗口"猫眼效应"进行的激光主动探测易受探测激光波长的影响.建立透射式光学系统猫眼效应的色差理论模型,分析了由探测激光波长与透射式猫眼系统工作波段不匹配所产生的色差对激光主动探测的影响,并设计实验对理论分析结果进行验证.结果表明:由探测激光波长与透射式猫眼系统工作波段不匹配产生的色差,使猫眼系统的焦点发生偏移,导...     

影响激光主动探测效能的机理研究

利用猫眼效应可对光电装备进行主动探测。面对环境的复杂性,寻求提高主动探测效能的方法尤为重要。建立猫眼效应分析模型,分析影响猫眼效应回波效能的作用机理,利用入射角,离焦量等参数推导出回波能量平均照度表达式,分析制约主动探测能力的因素从而寻求提高探测概率的方法,并利用FRED进行仿真。研究表明：离焦量产生回波发散角降低回波能量;微量的入射角在不改变有效通光口径的同时可以降低回波发散角;利用探测激光波长和发散角可以弥补猫眼系统固有的离焦量从而提高探测能力;仿真结果证实了这个结论。     

“猫眼”目标探测影响因素及仿真分析

研究了光电成像系统中广泛存在着的"猫眼"效应,针对"猫眼"目标的回反射特性,建立了不同情况下回波强度的数学模型,并据此模型,借助Trace Pro软件对典型目标在不同激光发射距离、不同镜头离焦量、不同入射角度下的"猫眼"效应进行仿真计算分析。结果表明,理论计算和仿真结果一致,因此可以用于指导未来激光主动探测系统设计。     

"猫眼"目标回波功率的影响因素分析

光电系统广泛存在着所谓的"猫眼效应",针对"猫眼"目标的反射特性,建立了正负离焦时"猫眼"目标回波发散角数学模型,采用几何光学方法对正入射条件下具有"猫眼效应"光学系统的回波发散角进行了推导,总结出离焦条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,分析了各因素对"猫眼"目标回波功率的影响,并对理论分析的结果进行了验证.结果表明:"猫眼"目标的回波功率受发射激光参数、大气透过率、"猫眼"目标光学系统参数等诸多因素影响,其中压缩激光发散角、提高发射功率能够显著增强回波功率,增加大气能见度和"猫眼"目标反射面反射率同样增加回波功率,而离焦量的增大则会引起回波功率的衰减.     

入射角对"猫眼"目标特性的影响

激光雷达截面(LRCS)能够综合表征目标激光散射特性,在激光主动探测系统论证设计、探测性能估算中有广泛的应用.从LRCS定义出发,建立了正入射与斜入射条件下离焦"猫眼"目标的LRCS模型,得到了正入射与斜入射条件下离焦"猫眼"目标的探测距离计算公式,讨论了目标LRCS及主动探测距离随入射角和离焦量变化的规律,对入射角和...     

COS光束和焦移的特性分析

本文分析讨论了ＣＯＳ光束的焦移特性，研究了影响焦移的因素，定义了焦移存在性判据。     

"飞行光学"焦移研究

基于焦移传输理论，推导了“飞行光学”中焦移、相对焦移的表达式，分析了“飞行距离”、瑞利长度和聚焦镜焦距对“飞行光学”中焦移、相对焦移的影响。     

带光阑的复杂光学系统的焦移

根据Collins公式,导出了球而波经带有后继光学系统的硬边光阑衍射的焦移公式,并给出了等效的变换矩阵。光阑的作用可等效为一个具有可变焦距的“薄透镜”。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明：聚焦高斯在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明:聚焦高斯束在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

激光主动探测影响因素分析

激光主动探测系统的探测效果受到众多因素的影响.针对激光主动探测的应用需求,分析了激光主动探测效果的影响因素,建立了猫眼目标发现距离的数学模型,分析了探测系统参数和环境参数对发现距离的影响,仿真研究了探测性能的制约因素.研究结果表明,激光主动探测的发现距离受到激光发散角、入射角以及大气能见度等因素的影响.对于给定的探测范围,较小的激光发散角、较小的入射角度可以增大猫眼目标的发现距离.因此,针对特定的应用环境,需要选取合适的激光探测系统参数来达到最优的探测效果.     

高斯光束焦深分析

对聚焦激光光束焦深的不同定义作了比较分析，并对基摸高斯光束的光强分布作了数值计算，作出了等光强分布曲线．同时对高阶模情况也作了一定分析．对不同情况下激光光束焦深的合理选用进行了讨论．     

透镜焦距对局域空心光束尺寸的影响

基于衍射理论导出由轴棱锥和透镜系统产生的局域空心光束的光传输公式,模拟了其三维(3D)光强及截面光强分布图。由衍射理论和几何光学方法详细分析了聚焦透镜的焦距对局域空心光束尺寸的影响,即在相同条件下,局域空心光束的尺寸随着透镜焦距的增大而增大。实验得到当焦距分别为50 mm,70 mm以及100 mm时,局域空心光束的径向暗域尺寸为200μm,300μm以及430μm。理论计算、数值模拟与实验结果相吻合。