激光周向探测系统最佳脉冲频率与扫描转速

针对单光束激光周向探测系统中的扫描频率与电机转速的匹配难点问题,进行了单光束脉冲激光周向探测系统的目标探测研究。为提高单光束脉冲激光周向探测系统探测概率,建立了周向探测系统的弹目交汇模型,运用蒙特卡罗算法分析了激光脉冲频率和电机扫描转速对周向探测系统探测目标概率的影响,并选取最佳脉冲频率与电机扫描转速。根据最佳激光脉冲频率与电机扫描转速设计了原理样机并进行模拟探测实验。实验结果表明,当脉冲激光频率为20kHz,电机扫描转速为30000r/min时,在3m探测距离范围内周向探测系统能有效探测目标。为单光束激光周向探测系统的最佳激光脉冲频率和电机扫描转速设计提供依据。     

脉冲激光分布式扫描参数的优化分析

提出一种基于激光脉冲扫描测量体制下的高速点目标捕获、跟踪测量方法,应用匀速运动模型模拟仿真目标的轨迹及分布概率;考虑脉冲激光光斑分布的相关参数,建立脉冲激光扫描捕获点目标的理论模型。提出了一种基于时间序列法的捕获方法,用以求解针对目标模型脉冲激光在一帧扫描时域内的捕获次数。在此基础上对激光分布式扫描光斑布局的主要参量进行数值仿真分析,进而提出一种针对目标运动特性、激光传感器特性的最优化扫描方式,以提高一帧扫描时域内的捕获概率和捕获次数,缩短捕获时间;结合算例通过半实物仿真实验验证最优化扫描方式的可行性。所提方法为激光跟踪系统的脉冲频率、扫描频率与目标运动模型的最佳匹配提供了依据。     

水下目标激光周向扫描探测模型与仿真分析

蓝绿激光在水下目标精细探测中具有重要的应用前景。基于端面圆周的快速数值遍历算法,通过建立扫描光束与运动目标的交会方程,对水下目标的激光扫描探测过程进行了数值建模。结果表明:目标穿越光束扫描区的最短时间并非出现在迎头相遇的交会情况中。其次,通过采用蒙特卡罗模拟,仿真分析了脉冲频率、扫描频率、扫描半角以及目标距离对探测概率的影响,并得出扫描参数的最优设计。文中建立的数值模型可为水下激光探测系统的合理设计提供理论依据。     

激光近炸引信单光束脉冲周向探测技术

受常规弹药空间和系统功耗的限制,激光近炸引信应用于常规弹药过程中,无法布置多个激光器和多个激光接收器,同时,系统结构要求尽量简单,故传统的光束布局方式无法直接应用;现设计出一种新型的单光束大视场脉冲旋转周向扫描方案,建立了弹目交会模型并进行了目标捕获率理论分析,讨论了系统误差的影响因素,加工制作了初始原理样机并进行了高速风洞实验,结果表明:该方案能够在转速80 000 r/min以下实现可靠联接,及常规弹药激光近炸引信360大视场周向探测,在保证弹目交会目标捕获率的前提下,可有效减小常规弹药引信空间的占用率和系统功耗。     

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。     

一种远程相控阵雷达单帧搜索参数优化方法

远程相控阵雷达担负目标搜索任务时,在一定检测概率下,特定波位的驻留时间与脉冲重复周期密切相关,如何优化设计脉冲重复周期值以节省时间资源,是一个值得研究的问题。针对远程相控阵雷达单帧搜索工作方式,提出了一种基于最小捕获时间的参数优化设计方法,并以探测临近空间高超声速目标为例,分析了捕获时间与脉冲重复周期之间的关系,给出了最优脉冲重复周期值的赋值区间。仿真结果表明,所提方法能有效节省雷达系统时间资源。     

天基非合作目标探测中的捕获概率模型

针对空间目标瞄准捕获系统中的捕获概率问题,在设计空间卫星光电探测平台时,采用常用的捕获方式进行建模,分析了空间光电探测系统在不确定区域中对不同机动目标的捕获概率.首先提出了空间机动目标的时间相关运动模型,然后以空间螺旋扫描的捕获方式为例,建立了捕获一目标的捕获概率模型并且针对实际应用,取捕获分辨角范围为0.6～0.8 mrad,则对应的扫描角度间隔Iθ范围为0.42～0.702 mrad.设计了扫描、捕获的Monte-Carlo计算机仿真实验模型.经过5 000次捕获验证,得到了在不同时刻进入视场的任意方向的非合作目标的捕获概率模型,与室内捕获实验结果相符.为空间卫星光电目标捕获跟踪系统的设计提供了一定的理论依据.     

舰船尾流激光探测跟踪方法与试验

舰船尾流激光探测跟踪是水下航行器对舰船进行探测、识别、跟踪的新手段。论文基于舰船尾流分布特性、气泡目标特性,采用蒙特卡洛仿真方法,实现了多尺度、宽数密度、大厚度舰船尾流气泡群的后向散射回波信号特性仿真,得到了水下航行器载激光探测系统在搜索、跟踪阶段信号的变化趋势,以及不同目标舰船的激光后向回波信号变化强度,可有效模拟激光探测系统对舰船尾流目标特性的真实跟踪状态。对于大型船只,当激光探测系统位于尾流之下时,航行器距舰船目标越近,尾流气泡激光回波越强,脉冲宽度展宽幅度越大;当激光探测系统位于尾流之中时,航行器距舰船目标越近,尾流气泡激光回波越弱,脉冲宽度变窄幅度越大。探测系统位于尾流之下时与探测系统位于尾流之中时,信号变化相反。小型船只信号变化趋势基本与大型船只保持一致,但尾流激光探测回波强度变低。开展了湖泊环境下船舶尾流激光探测跟踪试验,当探测系统在尾流之下时,大型船只尾流激光回波信号信噪比高,小型船只尾流激光难以检测。探测系统位于尾流之中时,大小船只尾流激光探测系统都可实现有效探测。论文可为舰船尾流探测实际工程应用提供支撑。     

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%。     

基于扫描角控制的末敏弹稳态扫描方法

针对末敏子母弹在稳态扫描过程中因扫描效率低、无法及时发现目标导致攻击失败的问题,提出了控制扫描角的末敏弹稳态扫描方法。首先构建了末敏弹在扫描阶段的模型,分析了扫描轨迹及传统扫描方式的缺点;然后提出了控制扫描角的搜索算法,详细阐述了该方法的原理,并对其进行了细致讨论;最后基于建立的子母弹毁伤效能评估模型及仿真平台验证了该方法能有效提高子母弹的作战效能。     

捷联激光制导弹药末段全弹道目标捕获仿真

针对增程单兵火箭弹由于弹道低伸和末段弹道时间短的弹道特点对激光末段制导形成的局限,研究捷联激光制导导引头在末段全弹道上的目标捕获域和目标捕获率。建立低伸弹道上激光半主动导引头目标捕获域模型,在不同的火箭弹发射角条件下,对导引头在末段全弹道上的目标捕获域与最小锥形视场进行仿真,分析最小目标捕获域边界由双曲线变为椭圆时的弹道点和视场角,得到导引头的最佳半视场角为5.9。考虑弹道扰动的影响,通过蒙特卡罗方法计算末段弹道上不同弹道点的导引头目标捕获率,得到在弹道上导引头的最佳起始探测弹道点。为增程单兵火箭弹的制导化提供参考。     

飞秒激光环切加工不锈钢微孔工艺及其质量控制神经网络模型

利用飞秒激光微纳加工系统开展环切加工喷油器微孔的理论和实验研究。以06Cr19Ni10不锈钢为靶材,选取影响飞秒激光环切制孔过程的主要参数,基于L₂₅(55)的正交表设计了5因素5水平的正交实验,分析激光功率、重复频率、离焦量、扫描速度和扫描次数对微孔加工影响的显著性水平,探究微孔的成形演化规律以及各参数对微孔几何精度和形貌的影响,最终得到相对最优的参数水平组合为:激光功率 1.0 W,重复频率 9.0 kHz,离焦量200 μm,扫描速度1.0 mm/s,扫描次数40次;基于BP神经网络建立关于上述5个参数为输入,微孔出入口孔径为输出的映射模型,通过对正交实验数据的迭代训练以及验证,最终建立出相对误差保持在7.6%以内的神经网络预测模型。     

高速弹丸位置坐标自动测量系统设计

为了精确测量高速弹丸穿越光幕靶瞬间的位置坐标,设计一种基于FPGA加DSP的实时图像处理板卡,采用处理板卡与嵌入式软件算法相结合的方式组成高速弹丸位置坐标自动测量系统。该系统可以设置相机面阵和线阵工作,使测量前端自动互瞄、自动组成光幕靶,提高系统自动化程度。设计基于FPGA的SATA硬盘阵列控制方法,保证高速图像的实时记录和回放。利用FPGA实现的PCIe接口保证上位机与板卡数据交换和通信的实时性。实验结果表明,本系统能够自动完成测量前的准备工作,高速弹丸的捕获概率超过99%,以中心点为原点的200mm直径范围内的测量精度优于1mm。本系统能够满足高速弹丸位置坐标的测量需求,具有捕获率高、精度高、实时性好等特点,有很高的实用价值。     

多光束周视激光引信与定向战斗部的配合

为满足定向战斗部对多光束周视激光引信的延时和方位要求,针对引战配合问题,依据激光探测原理建立了弹目交会过程中最佳起爆延时和最佳起爆方位角的数学模型。仿真结果表明：所建立的最佳起爆延时与方位角模型正确,且与弹目视线角、目标初始方位角、弹目间距、弹目相对速度、破片飞散速度、目标和弹体外型参数等信息有关。根据多光束周视激光引信系统提供的信息参数,可计算出最佳起爆延时与最佳起爆方位角,能够控制战斗部适时定向起爆,实现对目标的有效打击。     

激光干扰点源红外跟踪系统敏感参数研究

理论分析了激光干扰调制盘型点源跟踪系统敏感参数。根据理论分析结果:结合近场和外场到达点源跟踪系统处目标、干扰激光辐射功率密度等效原则,设计和进行了不同激光功率、外调制频率、外调制占空比和重复频率下激光干扰点源跟踪系统光学锁定断开近场模拟实验。理论分析和实验结果均表明:干扰激光功率、外调制频率和外调制占空比是实现调制盘型点源跟踪系统光学锁定断开的关键参数;干扰激光重复频率与调制盘载频没有严格对应关系,干扰激光重复频率和占空比应满足激光器最佳工作状态,以提高干扰激光功率。本文对小功率激光干扰系统设计研制和试验开展具有重要参考意义。     

激光/红外复合扫描引信目标识别算法

针对激光、红外单模引信抗环境干扰能力差、目标识别概率不高的问题,提出了一种基于关联的多元线阵激光/红外复合扫描的模糊识别算法。该算法通过建立激光/红外线阵扫描模型,对目标的顶部三维轮廓与顶部红外辐射图像进行特征提取与关联信息融合,对比真实目标特征参数,设计了基于模糊理论的目标识别算法,得出三组识别特征各自的识别概率,在此基础上对三种识别概率继续进行模糊推理融合得出目标的最终识别概率。仿真结果表明,该复合探测目标识别概率比单模识别方法有较大幅度的提高。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

空射激光制导武器对舰船隐蔽指示特性研究

舰载光电对抗系统是舰载装备电子防护对抗光电制导武器的重要手段。为提高激光精确制导武器对舰船攻击过程中的突防成功概率,研究了激光制导对舰船攻击的尾流偏差指示方法。结合舰船尾流气泡特性、激光半主动激光制导模式、尾流气泡激光散射特性模型,建立了空射激光制导武器对近水面层舰船尾流气泡探测模型。对激光照射舰船尾流不同区域、不同天气情况、不同照射角度下散射特性进行了仿真。研究结果可为新型激光精确制导武器对舰船隐蔽突防打击提供参考。     

激光导波阵列波束成形损伤成像方法

激光超声检测方法在结构损伤检测领域有着广泛应 用。增加激光信号用于损伤成像的技术难点。针对此挑战,采用提出的Morlet小波分析法提 取激光宽频信号中对应中心频率下的窄带信息。为实现损伤 的可视化,分析比较了导波阵列波束成形损伤成像算法中时间延迟叠加算法和相位延迟叠加 算法,其中相位延迟叠加成像法对频域内所有频率成分实施延迟叠加能克服导波的频散效应 得影响,能实现对损伤更精确的定位。为验证该方法的实用性,构建了激光激励/接收完全 非接触式的实验系统,通过对Morlet小波分析后的信号采用延迟叠加算法对损伤进行成像, 实验结果表明了:相位延迟叠加成像法成像效果比时间延迟成像法成像效果更佳,定位更精 确。