基于后向散射的激光雷达系统研究与仿真

激光在大气中传输时，大气中的气体分子、气溶胶粒子、雾、雨等将对激光产生后向散射，以激光雷达系统利用大气的后向散射实现其气体分子、气溶胶粒子的测量为背景，给出了激光雷达系统设计的基本原理，并对系统的重要组成部件和各部分的功能进行了说明。结合实际的试验数据和器件的性能参数，分析了系统的信噪比随探测距离的变化，系统的激光发射机发射的能量与作用距离的关系，并对影响激光雷达探测性能的目标特性进行了研究，为具体的工程应用提供了依据。     

大粗糙度表面激光散射特性实验研究

本文利用激光散射自动测量系统,对经喷丸处理后的钢基粗糙表面及其喷漆表面的后向激光雷达散射截面(LRCS)进行了测量。测量波长分别为λ=633nm和λ=904nm.在λ=904nm,利用粗糙面电磁散射理论的基尔霍夫方法对上述样片进行了理论计算,其中将粗糙表面视为双尺度模型,根据驻留相位法和标量近似法理论计算双尺度模型随机粗糙表面的散射强度角分布,其理论值与实验测量结果有较好的吻合。     

典型粗糙表面激光后向散射特性实验

对现有的粗糙度比较样块和其他典型粗糙目标进行了后向光散射特性的实验。实验结果表明,当入射光为632.8 nm波长时,随着入射角的增大,不同的被测目标的散射强度变化得比较明显。如果被测目标的表面斜率均方根比较接近,可以发现它们整体的散射光强度变化趋势几乎一样,而且它们的偏振度也相差不大。表面斜率很小的被测目标,相对其他被测目标,其散射光光强明显大很多,其偏振度也是最大的,说明相对光滑的表面探测到的后向散射光强度比相对粗糙表面探测到的散射光强度大得多。文中关于典型粗糙表面后向散射偏振特性的研究结果对于探讨进行目标识别的理论及应用方面有一定的价值。     

空间多普勒和后向散射激光雷达的应用

由于科学家们需要全球风、云和大气悬浮粒子的信息,美国和前苏联已经建立坚实的空间激光雷达技术基础,并开展多方面的应用研究.1994年美国宇航局完成了空间后向散射激光雷达实验.由于空间平台供给光雷达系统的能源有限,因此必须在可能的情况下满足科学发展的要求.本文将概述科学发展对空间光雷达的要求和光雷达技术的进展.在可能性和要求一致的情况下,通过实验证明多普勒光雷达应该满足科学发展的大部分要求.     

舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究

在Mie散射理论的基础上分析了尾流气泡的光散射特性,并用脉冲激光对尾流模拟气泡幕的后向散射光信号进行了实验研究,对气泡幕位置、接收发射轴夹角和多次散射等影响因素进行了详细讨论。实验发现：气泡幕存在条件下后向散射光信号得到明显增强,且信号的峰值强度随气泡幕位置等参量的变化而改变：当气泡幕位置较近时,多次散射光信号将对接收信号产生明显的作用,是影响接收信号强度的一个重要因素。     

脉冲激光引信烟雾后向散射特性研究

激光引信的探测性能容易受到烟雾的干扰,引起虚警和漏警。为研究脉冲激光引信在烟雾环境中的传输特性,基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,建立脉冲激光引信烟雾后向散射模型,仿真905 nm脉冲激光在不同烟雾环境下的回波特性,进行相关试验,对比仿真归一化峰值强度与实测峰值电压,进行相关性分析,验证模型的准确性。分析不同烟雾质量浓度、烟筒长度与距离下脉冲激光引信在烟雾环境中的后向散射特性,得到不同条件对回波的影响规律,研究结果可为脉冲激光引信抗烟雾干扰提供支撑。     

水体后向散射光能量变化规律的仿真与实验

为了研究距离选通水下成像系统在采用等步长搜索策略进行目标搜索过程中增强型电荷耦合器件(ICCD)接收水体后向散射光能量的变化规律,建立了ICCD接收水体后向散射光能量计算模型,推导了单次成像时ICCD接收水体后向散射光能量的计算公式,对选通成像系统在搜索目标过程中,ICCD接收到水体后向散射光能量的变化规律进行了仿真计算和实验验证,利用ICCD显示图像的平均灰度和ICCD接收到水体后向散射光能量的对应关系,实验中得到了水体后向散射光能量变化规律的数据。结果表明,ICCD接收到的水体后向散射光能量随着距离增大近似呈指数下降。     

紫外激光探测灰霾的后向散射回波特性

为了研究紫外激光探测灰霾的后向散射特性,基于Mie散射理论和蒙特卡洛方法,建立紫外激光后向散射探测灰霾模型,仿真灰霾条件下紫外激光的后向散射过程,并分析了不同宽度紫外激光脉冲后向散射回波的峰值功率、波峰时延和半高全宽等特征。研究结果表明,在一定灰霾浓度范围内,灰霾浓度越低,发射脉冲越窄时,激光回波畸变越明显,当发射脉冲宽度大于10 ns,激光回波近似呈高斯分布;在发射脉冲宽度相同的条件下,激光回波峰值功率和回波波峰时延随着灰霾浓度的增大而增大,回波半高全宽随着灰霾浓度的增大而减小,当发射脉冲宽度大于32 ns,回波峰值功率趋于平缓。文中研究成果可为紫外激光探测灰霾浓度及分析灰霾后向散射激光回波特性提供依据。     

云雾后向散射激光回波特性研究

气溶胶后向散射激光回波在气溶胶内部的散射特性对其波形特征有着重要影响。为获取气溶胶后向散射激光回波的散射特性,文中以云雾为研究对象,建立激光云雾传输模型,仿真云雾后向散射激光回波在云雾内部的多次散射过程,统计不同云雾质量浓度和云雾距离条件下的激光回波的散射次数和传输时间,得到激光回波的散射次数范围和同次散射回波特征,以及云雾质量浓度和云雾距离对散射次数的影响规律。文中研究结果可为分析气溶胶后向散射激光回波特征提供重要支撑。     

调频连续波激光引信云雾回波特性仿真

调频连续波（FMCW）激光引信相比于脉冲激光引信具有较强的抗干扰能力,但仍会受到云雾的干扰。为研究FMCW激光引信系统参数对云雾回波特性的影响,利用FMCW激光引信探测模型,对激光引信在不同收发间距、激光波长以及相对云雾位置条件下的云雾回波特性进行仿真。仿真结果表明:FMCW激光引信的收发间距和激光波长会对云雾回波特性产生明显影响,收发间距越大,在可见光波段和近红外波段的激光波长越短,云雾后向散射越弱。所得的仿真结果可为FMCW激光引信抗云雾干扰方面的优化设计提供参考。     

激光引信云雾后向散射的偏振特性分析

针对激光在大气中传输时受到云雾的散射和吸收作用而影响激光引信的探测性能的问题,开展云雾对激光后向散射偏振特性的影响研究。利用Matlab对收发同轴窄视场模式下云雾对激光后向散射进行蒙特卡罗方法模拟,结果表明:不同粒子半径、不同能见度下云雾对激光后向散射的平均偏振度在0.08~0.25之间,与人造金属目标的偏振度之间存在较大的差异,可通过设定适当的阈值提高激光探测系统的抗云雾干扰能力。     

双光束光纤激光器相干合成仿真及实验研究

为了研究光纤激光器相干合成,采用光纤激光的相干合成数学模型仿真了双光束光纤激光相干合成的方法,模拟仿真了各类因素条件下高斯光束相干合成的功率分布,分析了不同参量条件下对合成效果的影响,并针对部分仿真结果进行了实验研究。结果表明,双光纤激光空间距离为0mm,光束夹角为0°,偏振方向完全一致时,则相干合成效果最好。     

双波长激光传输特性的室内模拟实验研究

为了研究大气信道在特定条件下对光束的影响,建立基于双波长同信道传输的室内模拟大气实验系统,对不同浓度的雾气和粉尘分别进行了模拟传输实验。结果表明,空气水蒸气密度与衰减系数近似满足线性关系,且衰减系数随波长变大而减小,当雾气浓度达到一定时趋于一致;根据测量数据拟合出粉尘浓度与透射率满足指数关系,符合比尔-郎伯定律;实验测试数据结果与大气散射理论相符合。该实验结果和实验方法对研究大气对光的作用具有一定的参考价值。     

非均匀混浊介质多光谱反射成像的仿真与实验研究

提出了一种采集高动态范围多光谱反射率的实验方 法,并通过测量5个非均匀混浊介 质样品在全视场照射条件下和500~940nm波长范围内的反射图像数据 证明了本方法的可行性。同时 采用在辐射传输理论框架下建立的并行iMC蒙特卡罗仿真模型,通过使用漫反射标准板准确 记录入射光 束能量分布,输入至iMC仿真程序,获得可与反射率测量数据相比较的反射率仿真图像数据 。本文工 作为求解根据反射率确定非均匀混浊介质样品的光学特征与几何参数的逆问题提供了实验与 理论工具。     

大能量中空光束大气传输的仿真与实验比对研究

为了研究高能脉冲激光大气传输特性,采用桶中功率和光斑半径作为远场光束质量评价标准,与800J钕玻璃激光器的实验结果进行了比较,仿真计算和实验中分别考虑了不同能见度、出射光能量和湍流强度下远场光斑半径的变化趋势;对数值模拟与实验结果分别进行了分析和比对,并对两者之间的误差做了详细分析。结果表明,数值模拟可用于预测实验结果,且对高能脉冲激光在大气中的应用和高能激光器的研制有指导意义。     

激光投影成像中二次散斑传输特性分析及实验研究

为探究激光投影成像中二次散斑传输特性规律,搭建了测试系统,采用半导体激光器作为光源,对不同粗糙度散射屏幕表面产生的二次散射场散斑衬比度进行了测量.实验结果发现,随着散射屏幕和观测平面距离的增加,散斑衬比度呈现出先减小后增大最后趋于平稳不变的一个趋势.并在散斑形成及传播机理的基础上,理论分析了该种特定时间相干长度光源产生...