双通道激光主动探测系统

为了有效探测"猫眼"目标的微弱回波信号并获得目标区域的直观图像信息,设计了基于雪崩光电二极管(APD)单元探测器和电荷耦合器件(CCD)面阵探测器的双通道激光主动探测系统。介绍了硬件设计的基本思路,包括各模块功能、组成和主要部件所采用的型号。针对双通道探测模式的关键技术,阐述了APD探测模式下接收放大电路的设计方法,并分析了CCD探测模式下响应波长的匹配问题。最后,在外场条件下,利用望远镜和激光测距机等典型"猫眼"目标对该双通道激光主动探测系统进行了实验验证。实验结果表明,利用APD探测模式进行探测时,550m距离处望远镜的回波能量响应是类镜面目标回波能量响应的2.87倍以上;利用CCD探测模式进行探测时,550m距离处望远镜的回波能量响应和2 500m距离处激光测距机光学窗口的回波能量响应分别是背景目标回波能量响应的2.72倍和2.31倍以上。该双通道激光主动探测系统可将典型"猫眼"目标从背景及干扰目标中清晰检出,验证了探测系统设计的合理性和有效性。

像增强器增益对输出信噪比影响的分析

针对传统上像增强器输出信噪比测试条件的不完备性,阐述了亮度增益对输出信噪比的影响,在不同增益条件下利用设计的像增强器信噪比测试仪对输出信噪比进行了测试,验证了在输出信噪比测试中亮度增益标定的必要性。

基于圆孔阵列调制的“猫眼”目标隐身技术

针对激光主动探测技术对光电装备造成的探测威胁,在不改变光电装备光学结构以及有限"牺牲"成像质量的前提下,提出利用圆孔阵列的光强调制作用降低光电装备的"猫眼"效应,实现隐身。基于单孔衍射成像原理及空间平移效应,从理论上给出并仿真分析了圆孔阵列远场夫琅和费衍射的光强分布特性,利用实验的方法对圆孔阵列用于"猫眼"目标隐身的效果进行了验证。结果表明,利用圆孔阵列可实现对典型"猫眼"目标回波的光强调制并造成回波损耗,"猫眼"目标隐身效果明显。

激光末制导炮弹欺骗式干扰的仿真

激光末制导炮弹欺骗式干扰仿真需建立其弹道、外部环境和欺骗式干扰等模型。弹道模型由炮弹无控自由飞段、惯性制导滑翔段和末制导段按比例导引制导率建立。外部环境模型据臭氧、水蒸气等对激光吸收透过率和云、雨、尘散射透过率建立。欺骗式干扰仿真模型由真假目标在导引头探测器上形成的激光弥散斑的能量建立。通过设定欺骗式干扰发射机位置和干扰发射功率、真假目标距离,采用Simulink仿真即可计算出炮弹的脱靶量。

激光半主动制导系统的极限作用距离测量模型

激光半主动制导系统通常是光电对抗的主要对抗对象,因此,其真实的作用距离就成为了光电对抗中最为关心的指标。定义了激光半主动制导系统的极限作用距离,考虑大气湍流对激光传输的影响,推导出了激光半主动制导系统照射方程的一般形式,并参考激光测距系统测距性能的测试方法,通过改进消光比法和最大测程法的转换,得到了激光半主动制导系统的极限作用距离测量模型。最后,分别进行了改进消光比试验和最大测程试验,验证了极限作用距离测量模型。实验结果表明:依据模型只需在一定天候条件下进行改进的消光比试验即可得到任意天候条件下激光半主动制导系统的极限作用距离,且相对误差较小,不超过1%。

利用斜方棱镜实现平行光管校准

平行光管是光学实验及计量检测的重要设备。平行光管处于离焦状态将给检测结果带来诸多不良影响。文章提出斜方棱镜校准法,利用斜方棱镜的光轴平移作用,将平行光管的两束边缘光分别入射到同一个CCD中,分划板成像在不同位置则说明分划板偏离物镜后焦面,根据成像位置调整分划板位置,实现平行光管的校准。对可能产生的误差进行了分析,得出在增加8倍望远镜的情况下精度可以达到2″以内,并通过实验验证了该方法的可行性和准确性。

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。

一种激光测距机光轴平行性智能检校方法

针对发射光轴的双光楔校正结构,提出了一种激光测距机光轴平行性智能检测校正方法。建立了光轴平行性偏差量与双光楔结构旋转角度之间的数学模型,利用CCD图像传感器和数字图像处理技术得到激光发射光轴与瞄准光轴之间的平行性偏差,依据所建立的数学模型解算出双光楔需要调整的角度值,结合机械校正装置转动相应的角度,实现了激光测距机光轴的校正。该方法同样适合于其他具有双光楔调整结构的光学仪器。

利用CCD实现望远系统视差自动测试的研究

视差现象的存在影响了望远系统测量瞄准的精度。针对平行光管法和视度筒法检测视差的局限性,提出了一种基于CCD图像传感器和数字图像处理技术的望远系统视差自动测试方法,论述并推导了视差的测试原理及公式,利用设计的测试系统实现了望远系统视差的数字化测试。给出的测试结果表明,与传统测试方法相比,该测试系统具有快速准确、定量直观的特点。最后分析了影响测试精度的因素。

CCD测量望远系统的像倾斜

本文利用ＣＣＤ器件实现了对望远系统像倾斜的自动测量。可消除传统测量方法中的主观误差。

基于WMPS的多光谱光轴平行性检测系统设计

设计了一种新型多光谱多光轴武器装备通用化的光轴平行性检校系统。采用高精度平移平行光管的方法,使平行光管出射的平行光束分别进入武器平台各个光电系统,由平行光管产生无限远白光、微光、红外目标,对待检测多光轴武器系统进行光轴平行性检测。利用WMPS单发射站测角模型,结合摄影测量PNP问题,建立高精度空间坐标定位系统,对平行光管在移动过程中进行精准位置姿态测量,并根据测量结果进行高精度姿态恢复,保证平行光管平移精度。该系统能够适用于多种不同类型光电武器装备,实现自动化检测,并给出了数字化光轴误差量,具有良好的通用性和可扩展性。

基于APD的“猫眼”目标激光回波探测实验研究

针对"猫眼"目标激光主动探测,从抑制噪声干扰和激光后向散射出发,研究了APD激光回波信号探测系统的组成原理和电路设计。设计了一种基于APD的激光回波接收放大电路,采用自动增益控制技术(AGC),同时给出了接收系统的控制时序逻辑图,并分别对窗帘、玻璃、光滑墙体,望远镜等目标的回波信号进行了接收实验和分析,提出了鉴别"猫眼"目标的方法,为后续"猫眼"目标识别的实验研究提供了依据。

基于楔板剪切干涉的高斯光束远场发散角测量

为准确、方便地测量高斯光束远场发散角,提出了一种基于楔板剪切干涉的方法:将传统的双向剪切干涉仪进行改装,使能同时测出激光传输路径上两个不同位置处的波前曲率半径,并由曲率半径求出发散角。该方法解决了传统剪切干涉法只能定性判断光束准直状态而不能定量测量发散角的问题,实现了剪切干涉对基模高斯光束发散角的定量测量。实验测量误差和理论分析结果相符。误差分析表明影响发散角测量精度的主要因素为干涉条纹宽度测量误差。

基于双向剪切干涉的CCD像素间距标定

为精确标定电荷耦合器件(CCD)图像采集系统的像素间距,提出了一种基于双向剪切干涉的标定方法,即通过双向剪切干涉两半场条纹宽度的相对关系来测量图像采集系统的像素间距。由理论推导建立了相应的标定模型,并对模型进行了实验验证和误差分析。实验结果表明,该方法的标定精度能达到0.04μm。

离焦状态下“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,可用米评估光电装备"猫眼"效应的强弱,并为探测器的优化设汁提供参考。分别建立了正负离焦状态下"猫眼"目标回波功率数学模型,仿真分析了离焦量对"猫眼"目标回波功率的影响,利用搭建的激光主动探测系统及倒置的望远系统,实现了离焦状态下典型"猫眼"效应的实验。理论仿真结果与实验结果表明,激光在有限离焦下,"猫眼"目标回波功率将随离焦量的增大而显著下降,特别是负离焦状态的影响更加明显。这为进一步研究基于"猫眼"效应的激光主动探测适用条件及探讨"猫眼"目标隐身技术提供必要的实验依据。

大视场红外凝视系统在靶场探测中的可行性研究

针对目前靶场试验目标丢失后(特别是在发射阶段),红外经纬仪难以寻回的问题,提出了利用大视场红外凝视成像技术进行改善的方案。首先分析了靶场目标的最佳红外工作波段;其次,分析了大视场中靶场目标的成像和运动特殊性;最后,根据靶场的探测性能要求,论证了大视场红外系统的视场大小。综合多项因素,论证了视场角在57.4°~74.65°的大视场红外系统可满足靶场的探测需求,也可改善靶场试验目标丢失后难以寻回的现状,降低了漏警率。

一种微小角位移测试系统

本文利用几何光学原理设计了一种利用CCD测量微小角位移的装置,可监控、测量秒级角位移。

圆孔阵列对“猫眼”目标成像质量的影响分析

利用圆孔阵列光强调制作用可以有效减弱光学窗口的"猫眼"效应,同时也会对"猫眼"目标成像质量产生一定不利影响。考虑到利用调制传递函数(MTF)可对光电仪器成像质量进行综合评价,分别给出了测试望远系统和微光夜视系统MTF的数学模型,利用自行研制的光学仪器MTF数字化检测系统,实现了这两种典型"猫眼"目标MTF的数字化检测。结果表明,圆孔阵列在全空间频率上均使"猫眼"目标的MTF有所下降,且孔径较小、孔阵较密的圆孔阵列对"猫眼"目标MTF的影响较小,这为合理设计圆孔阵列结构以减小对"猫眼"目标成像质量的影响提供了可靠的实验数据。

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。