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.     

猫眼光学系统的硬边光阑效应研究

采用矩阵分解以及将硬边光阑窗口函数展开为复高斯函数叠加的方法,研究了高斯光束猫眼光学系统后的光阑效应;通过数值计算,分析了激光的反射规律.研究表明,入射光束束腰距离猫眼光学系统越远,光学系统的光阑效应越大;调整合适的正离焦量,可以使猫眼光学系统回波光强更高.理论分析和数值计算对猫眼系统的研究具有一定的参考意义.     

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.     

"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.     

入射角对猫眼光电系统回波光强分布的影响

为了研究入射角对猫眼光电系统回波光强分布的影响,从广义衍射积分公式出发,建立了倾斜高斯光束通过猫眼光电系统的光强分布模型,推导出其传输解析表达式,数值模拟了两种探测距离下光强分布随入射角度的变化规律.结果表明,在猫眼光电系统的半视场角范围内,入射光束为高斯光束时,探测距离、入射角的共同增大使得回波光束的能量逐渐减小,且分布模式越来越接近高斯模式;相比近距离探测,远距离探测时回波光强分布达到高斯模式对入射条件的要求更为严格.该研究为实际侦察提供了理论依据,尤其对入射角的选取具有指导意义.     

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。     

红外点源导引头的激光回波分析

为了研究用激光主动扫描法侦察远方飞航导弹来袭方位的原理及实验技术,以红外点源导引头光学系统为例,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,回波强度受导引头光路中光学镜头相对孔径、摄像管靶面倾斜和离焦的影响较大,扫描激光光束的入射角等因素对回波强度也有一定影响。在主动扫描装置距被探测导引头约10000m、扫描光束的入射角为0.08rad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43.80%分别下降到1.53%和0%。这一结果对"猫眼"效应用于主动式侦察的原理在导弹来袭告警系统中的应用是有帮助的。     

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。     

光学系统的球差对激光主动侦察的影响

利用光学窗口“猫眼效应”进行的激光主动侦察易受光学镜头的像差的影响。通过建立球差光学系统“猫眼效应”的理论模型,并运用数值仿真计算的方法,分析了目标光学系统的球差与侦察激光的回波发散角、接收功率以及最大侦察距离等参数的关系。结果表明目标光学系统的球差会明显增大回波发散角、降低回波接收功率和减小最大侦察距离,对激光主动侦察造成不良的影响。     

基于“猫眼效应”的激光主动侦察系统探测距离分析

为满足实战条件下激光主动侦察系统的设计需求,针对光学系统“猫眼效应”的离焦量分析,推导了脉冲激光探测距离的公式,并结合MATLAB数据仿真分析,得出了探测距离与CCD接收灵敏度、激光束散角、激光功率和大气能见度的关系曲线。该研究对提高和改进系统的作战效能具有十分重要的意义。     

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...     

“猫眼”效应在激光干扰效果实时评估中的应用

为了对非合作条件下激光干扰效果进行实时评估,根据“猫眼”效应形成原理,提出一种利用猫眼回波强度来评估激光干扰效果的新方法。分析了激光入射角、激光发射功率与距离对“猫眼”回波功率的影响,研究并实验验证了“猫眼”回波功率与光电成像系统被激光干扰效果之间的关系。结果表明,“猫眼”回波功率受激光干扰距离和干扰激光入射角影响最大, 当对抗反坦克导弹时,回波探测器离激光源的距离超过50m, 回波功率和干扰持续时间显著下降,可见“猫眼”效应原理用于激光定向干扰效果实时评估是可行的。这一结论对激光定向干扰设备技术研究具有一定的参考意义。     

利用介质膜高反镜实现“猫眼”目标有效隐身

针对激光主动探测系统的主要工作波长为1 064nm,提出了一种利用介质膜高反镜实现"猫眼"目标隐身的方案。利用单波长介质膜高反镜的反射率特性,将介质膜高反镜与"猫眼"目标光轴以一定角度装配,推导了加载介质膜高反镜的理想"猫眼"目标回波功率模型,并给出了典型算例。通过实验方法分析了介质膜高反镜的反射率特性,修正了45°激光入射角的平均反射率值。典型"猫眼"目标的外场实验表明,在有限"牺牲"成像质量的前提下,介质膜高反镜可大大降低"猫眼"目标的"猫眼"效应,实现光电装备的有效隐身。     

激光斜入射条件下“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,可用来评估光电装备"猫眼"效应的强弱,并为探测器的优化设计提供参考。依据所建立的斜入射条件下"猫眼"目标回波功率数学模型,仿真分析了入射角对"猫眼"目标回波功率的影响,利用搭建的激光主动探测系统对典型"猫眼"目标进行了实验研究,理论仿真结果与实验结果表明,激光在有限斜入射条件下,"猫眼"目标回波功率将随入射角的增大而迅速下降,并很快湮没于噪声之中。这为进一步研究基于"猫眼"效应的激光主动探测适用条件提供必要的实验依据。     

激光引信饱和漂移误差消除算法

为保证激光引信在近程的测距精度,文中针对恒比定时法在激光接收器饱和时会发生跳变点前移的现象,提出一种基于回波功率方程的误差补偿算法。通过线性化模型描述脉冲信号,推导了饱和漂移误差的解析表达式,分析了其随回波信号上升沿斜率的变化规律。根据回波功率方程,在小角度入射特定目标的条件下,建立饱和漂移误差补偿数学模型;通过实验标定误差补偿表达式,得到修正后的测距公式,验证了饱和漂移误差补偿方法的有效性。实验结果表明:激光引信在回波信号饱和时测距有较大偏差,最大偏差达到1.4 m;采用误差补偿方法后,可使偏差控制在0.5 m以内。研究可为小型化高精度激光引信测距系统设计提供理论参考。     

Time distribution characteristics of cat-eye reflected light from moving optical target

By using the Collins diffraction formula and expanding the aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, an analytical formula of the time light intensity distribution for oblique Gaussian beams passing through a moving cat-eye optical lens and going back along the entrance way is deduced.By numerical computation,the variation laws of the time intensity distributions of the cat-eye reflected light with the viewing angle,imaging distance,aperture and instantaneous field of view are given.The results show that the relationship between the light intensity at the return place and the detection time is linear,and it is of inverse proportion only when the viewing angle is very large.For the staring imaging optical lens, the nonlinear extent of the time distribution curve becomes larger with the decrease of the viewing angle.For the instanta- neous imaging optical lens,there is still some cat-eye reflected light when the detection system is out of the viewing field of the target lens.     

自适应中值滤波在云雷达数据预处理的应用

为了解决毫米波雷达回波噪声的污染,剔除Ka波段雷达探测数据中的散点噪声,得到雷达真实的探测大气云粒子回波,采用自适应滤波方法,改进并使其适用于Ka波段雷达资料的噪声剔除,同时进行了理论分析和实验论证。结果表明,相对于传统的中值滤波,自适应滤波具有明显的滤波性能,不仅可以剔除噪声,并有效地保留了雷达探测数据的局部细节。     

激光扫描成像中旋转多面体的分析计算

对旋转多面体激光扫描成像系统作了理论描述及定量分析。为了保证扫描像点处于同一平面,将多面体置于成像物镜之前,当激光束以相对于光学系统光轴为2α角入射时,确定了入射光在多面体反射面上的位置、多面体中心转轴以及光学系统光轴三者之间的相对位置关系。推导了系统光学扫描角、扫描效率和入瞳漂移等参数的数学公式,分析了它们与入射光直径、入射角、多面体几何尺寸等因素之间的变化关系。结果表明,为减小系统的入瞳漂移和增大扫描效率,应以较小的入射角入射;进行系统设计时,若给定扫描角,扫描效率一般选择在0.4～0.7范围内较合理。