激光外差对不合作目标的探测研究

利用激光外差探测原理实现综合孔径激光雷达探测越来越受到关注.文中通过二极管泵浦固体激光外差探测实验,实现了实验平台上接受目标反射微弱回波信号的外差探测,并进一步实现了对表面粗糙的若干漫反射目标,即不合作目标的外差探测.总结了实现激光外差探测应用于综合孔径激光雷达领域的必要条件.     

双色探测激光引信抗海浪技术

阐述了双色激光引信探测的原理,提出采用双色探测,利用海水对红外激光与蓝绿激光回波特性时域差异显著,而舰船对二者的反射特性相近的特点,区分目标与海面,提出抗海浪干扰和判别目标的双色激光引信方案。双色激光引信利用激光发射系统同时发出红外和蓝绿窄脉冲激光,激光接收系统采用两路探测器分别接收两种波长的回波信号,信息处理系统对两路激光回波信号进行高速实时采集,获得两路回波信号幅度、脉冲宽度、回波率等区分目标和海面。通过设计样机并进行海面试验,试验结果表明,双色激光引信抗海浪干扰效果良好。     

参与性介质中脉冲激光回波信号的角度特性

为了进一步提高主动探测系统的回波信噪比和时空分辨率,采用蒙特卡罗法建立了参与性介质中超短脉冲激光的双程瞬态辐射传输模型。基于该模型,分析了各向同性散射介质中介质物性参数和目标反射特性对高斯脉冲激光回波信号角度特性的影响。研究表明,光学厚介质中,目标回波信号的入射天顶角已达到稳定状态,峰值角度区间为30°~40°,能量集中范围为30°~50°,且其时间展宽特性与所处角度区间无关;光谱衰减系数对回波信号的能量衰减和脉冲宽度均存在强烈影响,散射反照率则着重体现在后期回波信号的能量衰减上;镜反射引起的高强度前期回波信号减弱,镜-漫反射间目标回波信号的绝对差值极其微小,呈现弱关联性。可为选通摄像机的设计选型及脉冲激光器的波长选取提供参考借鉴。     

水下目标的激光双波段探测技术

研究了一种采用蓝绿波段激光、红外波段激光相结合的水下双波段激光探测技术,分析了红外波段激光击穿水辐射声波应用于水下探测的基本模式、探测特点及声信号的激发机理,实验研究了激光声信号的强度、波形、频谱等特性.实验结果表明,双波段激光复合探测模式可将空中光信道、水中声信道结合起来,具有强大的技术优势;激光声信号应用于水下探测,具有优良的脉冲特性及频谱特征.研究结果有助于推动激光在海洋中的探测应用.     

近岸渔网激光探测特性与实验研究

在近海岸复杂水体环境下，弱小渔网目标的探测、识别、定位具有较强的挑战性。针对以上问题，采用脉冲激光探测的方式，基于积分雷达方程，仿真分析了渔网目标倾角、探测距离和漫反射强度对接收回波能量的影响，搭建了渔网后向散射回波探测系统，对不同条件下的回波信号进行了验证分析。结果表明，探测距离4 m时渔网目标探测信噪比最高；随距离的增加，目标回波信号峰值幅度逐渐降低；目标倾角为正值的回波强度强于目标倾角为负值的回波强度。验证了脉冲激光探测技术在水下渔网探测理论及方法的可行性。可为水下渔网探测技术工程化提供支撑。     

机载激光探测水下目标中磁场对偏振激光的影响

采用偏振激光代替原来的激光脉冲进行水下目标探测,不但可以压缩回波信号的动态范围,减少水面回波的影响,同时不增加新的信息可探测性。本文研究地磁场和目标磁场对偏振激光的影响,并试图从中获得识别目标的参数。     

目标反射特性对激光测距的影响

针对非合作小目标激光测距系统,目标表面的反射特征对激光回波信号有很大的影响。建立测量表面双向反射分布函数(BRDF)的装置,对常用的两种热控材料——白漆涂层和F36多包层,测量了其在1064 nm波长下的双向反射分布函数。得出了白漆涂层镜面反射很小,散射角较大,利于各方向接收回波信号;而F36多包层镜面反射很强,散射角-2°~2°,不利于探测。通过由表面BRDF与由朗伯散射计算得到的最小接收功率的比较,得出了入射角大于45°入射白漆涂层时,回波信号较小;大于2°入射F36多包层时,没有回波信号。     

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。     

激光探测水下声信号的实验研究

在实验室条件下,对于不同频率、不同振动强度的水下声音信号展开激光相干探测研究,建立了基于该方法的实验系统。水表面在水下声音信号作用下产生波动时,用激光照射水表面,其产生的水表面散射光携带了声波信息并与参考光发生干涉,对干涉信号进行采集并处理可得到水下声信号的频率与强度信息。对不同条件下得到的实验结果进行对比分析。实验结果表明,激光相干探测技术可有效地探测水下声信号,并且随着声信号的频率提高、强度减弱,探测效果趋于变差。实验系统采用全光纤光路设计,取得了较好的效果。     

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。     

混沌脉冲激光雷达水下目标探测

海水对光波的吸收和散射,严重制约了激光雷达水下目标探测的性能。通过对激光在海水传输过程中产生后向散射的定量分析,说明了激光回波信号被海水后向散射影响的严重性。分析比较了距离选通技术和强度调制技术抑制海水后向散射的能力,提出了使用自身具有高频强度调制特性的混沌脉冲激光进行水下目标探测,设计了基于相关法测距的混沌脉冲激光雷达水下目标探测方案。通过对后向散射光以及带有不同后向散射强度的回波信号光的时域和频域特性的研究,使用互相关噪声水平算法判定混沌脉冲激光雷达抑制海水后向散射的能力。理论仿真分析表明,当后向散射光强度是混沌脉冲激光强度36倍时,仍能提取出目标信号。     

全尺寸目标激光脉冲后向散射回波功率测定和建模

运用粗糙面散射、激光脉冲散射理论,结合复杂目标粗糙表面相关建模参数,建立用于计算全尺寸复杂目标激光脉冲后向散射功率的理论模型.实验测量一种空中缩比目标模型后向散射激光脉冲回波功率,获取该缩比目标激光脉冲后向散射功率随接受天顶角的变化曲线.比较理论建模与实验测量数据,分析实验误差,证明了该理论模型的正确性.将建立的理论模型进一步应用于计算非合作空间全尺寸目标的激光脉冲回波功率.计算结果能够预估空间目标的激光散射特征,解决一些关于空间目标激光脉冲光学特征工程的应用问题.     

尾流气泡激光散射的测量

采用收发分置的光学结构实现了尾流气泡对532 nm激光在散射角5°～175°内的散射测量,同时测量了水的激光散射。散射角度的改变是通过发射系统不动而转动接收系统来实现的。解决了散射信号大动态范围的压缩问题,讨论了接收视场内散射体积随散射角的变化。分析了气泡散射的信号特征,并提出了气泡散射信号的功率谱密度处理法。将实验结果与米氏理论结果进行了对比,发现尾流气泡的激光散射强度及其随散射角的变化趋势与米氏理论结果吻合得很好,与水的散射相差近一个数量级。研究结果表明利用激光可以将气泡和水的散射区别开,即利用激光探测尾流气泡的存在具有可行性。     

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。     

新型声光通信激光多普勒信号的鉴频电路

根据激光多普勒测振技术进行声光通信的工作原理,设计一种新型、小型激光多普勒测振信号鉴频电路。该电路根据外差探测原理,本地振荡器输出信号与探测信号混频得到一路信号,经90°移相后的本地振荡器输出信号再与探测信号混频得到另一路信号,利用这两路信号得到了多普勒频移量和声源振动的频率。利用扬声器激发的水面模拟振源进行实验,表明该电路可有效测量的振动频率范围为300 Hz~10 kHz,证明可用于水下光声通信。     

布尔混沌调制激光雷达水下目标成像实验研究

在激光雷达的水下目标探测中,浑浊水体中悬浮颗粒对激光的吸收和散射作用,使得激光在水中的传输严重衰减。尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没信号回波。载波调制技术可以有效抑制后向散射,提高目标回波信号的信噪比。文章将布尔混沌信号作为载波调制信号,基于其内禀高频强度调制特性,构建了布尔混沌调制激光雷达水下成像系统,并在实验室水箱环境下,对衰减系数不同的浑浊水体中的目标物体进行了三维成像实验研究,对比了不同水质中的目标物体三维成像效果。     

强度调制直接探测型远距离激光声探测系统研究

针对国内外已有远距离红外激光声探测系统易受大气噪声干扰的缺点,通过理论推导和计算机数字模拟,提出了用强度调制激光探测声振动的方法,可以有效克服大气干扰的影响,具有较大的应用前景。     

主动探测回波激光脉冲时域特性

利用猫眼效应原理实施目标主动探测,能够快速、准确发现空间光学侦察设备。激光脉冲辐照不同的反射目标,产生回波经大气传输后具有不同的脉冲展宽,利用该特性可实现对不同目标的识别和定位。利用光子散射理论分析了近地面气溶胶散射效应引起的脉冲展宽,给出了影响脉冲展宽的主要因素,建立了猫眼和漫反射背景回波脉冲展宽的计算物理模型;为验证模型,设计并实施了基于飞艇平台的动态主动探测验证实验,实验结果表明:激光脉冲经过8～10 km斜程大气传输,猫眼和飞艇背景漫反射回波分别展宽了20～30 ns和90 ns,与物理模型计算值具有较好的一致性,验证了物理模型的正确性,该模型可为区分和提取猫眼回波信号提供理论依据。     

红外复合宽带波片的研制

波片延迟片是光学系统中常用的一种重要光学器件。通常所指的λ/2和λ/4波片是对某特定波长而言的 ,当光波波长偏离该特定波长时 ,其位相延迟量也将随之发生变化。在光谱整形、激光调谐和光通讯等领域中经常使用宽带波片 ,它在一定带宽内的延迟量是相同的。国内大多数的厂商一般只能生产单波段波片 (带宽仅± 4 0nm) ,本文用计算机仿真设计了红外宽带高精度复合波片 ,采用石英晶体材料加工出来的复合波片性能与设计指标符合得较好。波片适用范围为 12 0 0～ 16 5 0nm ,中心波长为 1390nm ,λ/2 波片的位相延迟量范围为 180 .0°± 3.6°,λ/4波片的位相延迟量范围为 90 .0°± 3.6°,即相位延迟误差λ/10 0。