斜入射条件下“猫眼”目标回波功率分析

建立了斜入射条件下"猫眼"目标回波功率的计算模型,在此基础上建立了非离焦和离焦两种情况下"猫眼"目标反射的几何模型,推导出非离焦和正负离焦条件下入射角的变化范围,引入有效接收面积概念,得到了正负离焦引起的"猫眼"目标的回波发散角和有效接收面积,得到了斜入射条件下"猫眼"目标的回波功率计算公式,对入射角和离焦量对"猫眼"目标回波功率的影响进行了数值模拟.结果表明:入射角和离焦量的共同作用引起"猫眼"目标有效接收面积和回波发散角的改变,进而引起反射光场能量分布的变化,只有满足特定条件的入射角才能产生回波功率,入射角和离焦量的增大引起回波功率的减小,其中离焦量的变化对回波功率的影响作用显著,当入射角和离焦量都为零时接收到的回波能量最强.     

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.     

“猫眼”目标探测距离方程

利用矩阵光学方法对探测过程进行了建模,对探测距离方程进行了推广,使方程适用于猫眼光学系统离焦、探测光束斜入射的一般情况,通过室外探测实验对探测距离方程进行了验证。理论分析和数值计算表明:回波方向相对于入射光方向存在微小的回波方向偏差角,但相同条件下回波发散角要远大于回波方向偏差角,使回波足以形成对探测系统的覆盖;在相同的探测参数条件下,回波功率只与猫眼光学系统焦距和离焦量有关,而与探测光束入射角、猫眼光学系统接收孔径无关。     

激光主动探测系统中APD的探测性能分析

根据“猫眼”目标和漫反射目标的回波能量公式及高斯概率分布,推导了APD用于“猫眼”目标探测的虚警概率和探测概率公式,以此为基础,通过数值分析的方法研究了“猫眼”目标离焦量、探测距离对APD信噪比的影响;仿真了阈噪比对APD虚警概率的影响曲线,选定了合适的阈噪比。在选定阈噪比的基础上,分析了不同探测阈值下APD的探测性能,同时研究了离焦量、激光发散角对探测概率的影响。结果表明：APD的信噪比和探测概率随离焦量和探测距离的增大而减小,压缩激光发散角可提高APD探测概率,对不同距离上的目标进行探测时选择不同的探测阈值可有效提高APD探测性能。     

基于“猫眼效应”的激光主动探测技术应用研究

基于“猫眼效应”的激光主动探测技术,是对无人机光电系统实施强激光干扰较为有效的探测和效果评估方法。基于对光学探测系统参数理论分析,建立了因离焦量而引起的回波发散角及回波功率计算模型。从激光发散角、入射角、反射角等方面研究了激光主动探测技术所受影响因素,为判别干扰是否有效,对激光回波探测功率的影响因素进行细化分析,在仿真条件下计算出激光干扰有效的入射角度范围。     

基于离焦方式的光电成像设备激光隐身技术

光电成像装备的猫眼效应使其易遭受激光主动侦察装备的探测,在光电装备成像质量变化允许的范围内,采用离焦的方式来减小猫眼目标的回波功率,可实现相应的隐身。在研究离焦对光电成像设备激光回波强度影响的基础上,利用实验的方法对猫眼目标隐身后的成像质量进行验证和评价,并对离焦后的图像进行清晰度增强。结果表明,通过离焦的方式可有效增大猫眼目标回波发散角,降低回波功率,并且离焦量越大,猫眼效应越弱。对离焦光电设备所采集的图像进行分析后发现,离焦量越大,图像高频分量越少,但是适当的离焦量所造成的成像质量下降在可接受范围内,并且通过采取相应的修复措施,光电成像设备的图像质量得到有效改善。     

卡塞格伦镜头的猫眼效应激光反射特性

卡塞格伦(Cassegrain)及类卡塞格伦式光学镜头在光电装备中应用广泛.为了研究具备卡塞格伦式光学镜头的光电装备所特有的猫眼效应特性,采用ZEMAX光学设计分析软件建立了卡塞格伦镜头反射模型,利用物理光学传输方法仿真分析了其猫眼效应反射特性,并得出了猫眼效应可探测入射角范围.对一特定卡塞格伦镜头进行了激光辐照实验,得到了猫眼效应反射光斑图像,测试了猫眼效应绝对反射率以及反射光发散角.结果表明,当发射系统位于该卡塞格伦镜头的视场内时,可以探测到猫眼效应反射光,中心遮挡造成原路返回处光强分布中心能量降低,猫眼效应绝对反射率为11.48%,反射光发散角为3.3 mrad,按照假设条件可以满足30 km内激光主动探测的需要.     

"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.     

基于APD的“猫眼”目标主动探测系统信噪比分析

信噪比是表征激光主动探测系统性能的重要指标,通过分析雪崩光电二极管(APD)的噪声来源和离焦“猫眼”目标回波功率,建立了APD探测器的信噪比模型,分析了离焦量、目标距离、激光发散角对APD探测器信噪比的影响,并进行了数值模拟分析,结果表明:离焦量的增大会引起“猫眼”目标回波功率变小,进而使APD探测器信噪比减小;“猫眼...     

猫眼离焦量与探测光束参数对猫眼回波的影响

研究光学系统离焦量和探测激光束参数对猫眼光学系统回波强度的影响.通过数值仿真和实验的方法,分析猫眼回波强度与离焦量和探测光束参数关系.据此提出了通过改变探测光束参数增强猫眼回波强度的初步方案.     

调制器失调下的大视场猫眼回波特性分析

基于猫眼效应的逆向调制激光通信系统可以实现更快的通信速率,但是在实际应用中系统一般为非理想状态,其中调制器失调对猫眼回波分布有着重要的影响。基于柯林斯衍射积分公式建立了调制器失调下的大视场猫眼回波分布模型,理论分析了调制器俯仰角与入射角的关系以及两者对回波分布的影响规律并进行了实验验证。结果表明:调制器俯仰角和入射角共同影响回波光斑的形状,若两者取值符号相反,可减弱产生的影响。利用这一特性可以增强回波强度,改善猫眼逆向调制通信系统的性能。     

激光主动探测系统的探测能力分析

为了能够准确获取"猫眼"光学系统激光反射回波信号方向性和发散度的信息,基于光学系统"猫眼"效应和高斯光束的变换规律,依据激光大气传输的衰减和强度闪烁特性,给出了激光主动探测系统回波能量衰减和起伏的数学模型.结合野外试验分别对焦平面光学系统和离焦光学系统的关键指标进行了工程计算、分析论证和比较,结果表明:在激光主动探测系统探测识别时,可根据回波信号强度来识别不同类型的目标:同时对激光在大气传输中能量的衰减和光强的起伏进行了工程计算和分析论证,结果表明:大气湍流会大幅度降低激光主动探测系统的探测距离.     

激光主动侦测系统探测能力分析

激光主动侦测系统可实现远距离猫眼目标的成像探测与识别,探测能力分析是系统设计的前提和基础.为了评估激光主动侦测系统对猫眼目标的探测能力,以激光回波功率为基础,建立了系统信噪比的数学物理模型.分析了影响探测能力的因素,数值模拟了信噪比与接收光学镜头直径、发射激光峰值功率、激光束散角以及等效反射面离焦量的定量关系.结果表明,在一定作用距离范围内,散粒噪声、背景噪声与暗电流噪声、热噪声相差至少2个数量级,系统噪声主要来源于散粒噪声及背景噪声;提高系统探测能力最为有效的方法是选用激光束散角小的光源.这一结果可用于指导激光主动侦测系统的设计.     

线性阵列逆向调制器反射光强测试实验研究

为了分析逆向调制器的反射光场和反射光强的变化规律,利用532 nm激光照射逆向调制器阵列,测试得到了离焦量、入射角变化时的逆向调制器的反射光场和反射光强,得到了阵列调制器反射光强与单个逆向调制器反射光强关系.测试结果表明,一定范围的正离焦使反射光束发散角变小,反射光能量聚焦度好,负离焦相反.入射角使反射光场发生畸变,反...     

CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波特性研究

建立了CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波探测系统,记录了CCD损伤进程中光学成像系统猫眼回波功率与猫眼回波偏振度数据并绘制了变化曲线,分析了猫眼回波特性的变化机理、CCD损伤状态与猫眼回波功率、偏振度变化之间的联系,研究得出:光学成像系统CCD探测器件受脉冲激光辐照产生点损伤、线损伤至全靶面损伤进程中,猫眼回波功率、偏振度变化与CCD损伤状态变化没有良好的相关性,提高损伤激光能量使CCD受到首个脉冲辐照时完全损伤,在0~8个脉冲损伤进程中,猫眼回波功率与偏振度先增大后减小,再增大最后不断减小,可以此规律对CCD是否完全损伤进行判断。     

“猫眼”效应用于主动式激光侦察的适用条件分析

阐述了用激光主动扫描法侦察远方(隐蔽的)观察、瞄准仪器的原理及实验技术。以红外物镜为例,运用矩阵光学追迹法对影响“猫眼”效应回波强度的因素作定性、定量分析。研究结果表明,回波强度受光学仪器内部反射面倾斜和离焦的影响较大,扫描光束的入射角和物镜相对孔径等因素对回波强度也有一定影响。例如在主动扫描装置距被探测观瞄仪器约1000m、扫描光束的入射角为0.3 rad条件下,反射面离焦及倾斜使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的3.3%分别下降到0.03%和0.016%。