CO_(2)激光对氧化钒成像设备干扰实验研究

随着红外成像技术发展,非制冷氧化钒探测器在多个领域得到了应用,其在激光辐照下的热效应如何,也成为了当前研究方向之一。本文首先分析了氧化钒成像探测器结构和工作原理。其次开展了激光辐照饱和及点损伤条件下,106μm脉冲激光辐照氧化钒成像设备实验。在激光辐照饱和条件下,光斑中心像元出现饱和现象,激光辐照结束后,该像元响应较辐照前增加了约20个灰度;该像元周围像素出现了环状异常,非均匀性校正后探测器恢复正常;在激光辐照点损伤条件下,出现了圆环干扰效应,光斑中心像元出现了损伤,即使非均匀性校正也无法恢复;给出了相应激光功率密度。根据实验结果,对衍射效应进行了仿真,指出衍射、探测器热效应及热量“溢出”是导致探测器像元异常像素数大于辐照光斑的原因。本文对非制冷氧化钒探测器研制及干扰效应研究具有重要参考意义。

红外图像空间噪声分析和预处理方法改进

讨论了基于天空背景下红外图像空间噪声组成,分析了各种空间噪声的形成原因,给出了红外图像噪声类型及其对图像质量的不同影响。分析结果认为红外图像空间噪声主要为高斯噪声和椒盐噪声。综合考虑均值法和中值法在处理噪声类型上的不同,提出了一种基于简单阈值的改进型中值法。对于不同的阈值,其算子有所不同。而M×N处理区域内每一点算子的权值取决于区域灰度中值,该点灰度越接近中值权值越大。处理后的图像背景更平滑,信噪比和改进的峰值信噪比提高了1.2 dB以上,表明改进型中值法优于传统滤波方法。

连续波DF化学激光器光斑上下游光谱测量

通过分析非稳腔DF化学激光器光腔内激光路径特性,指出非稳腔DF化学激光器输出光斑上下游光谱振荡路径不同导致输出光谱存在一定差异。试验测量了一台连续波DF化学激光器光斑上下游光谱,结果表明:非稳腔DF化学激光器光斑上下游光谱主要谱线成分未见显著差异;光斑上下游谱线相对强度存在一定差异;光斑上游各谱带相对强度最大值谱线转动量子数趋向于各谱带低转动量子数方向。根据实测光谱,对光斑上下游光谱所表征光腔温度和相对粒子数范围进行了估算,得到光腔上游平均温度要低于光腔下游平均温度。

基于介电润湿液滴精准驱动检测反馈系统研究

本文针对当前对基于介电润湿液滴精准操控的迫切要求,设计了一种液滴驱动检测反馈系统。首先检测装置获取液滴位置数据并传送给控制装置,然后控制装置对数据进行处理并反馈给驱动装置,最后驱动装置将液滴输运至目标位置,实现闭环结构。通过对液滴输运的异常情况检测进行实验,验证了驱动检测反馈系统可实现液滴的精准操控。

激光干扰CCD规律圆形条纹作用机理分析

在内场31.5 m的距离进行了YAG脉冲激光干扰CCD成像系统实验,首次出现了规律性圆形条纹。通过对实验过程、圆形条纹中心相对强度分布和成像特性结果分析,确定规律性圆形条纹产生的条件稳定,且是光学系统固有的;规律性圆形条纹与干扰亮斑成像特性不同。针对可能产生规律性圆形条纹的多种衍射和干涉,结合圆形条纹中心亮斑大小、圆形条纹位置分布、圆形条纹相对强度分布、成像特性和产生的可能性,进行了理论分析和实验结果对比。研究结果表明:实验中规律性圆形条纹为光学系统胶合透镜上下表面反射激光所产生的等厚干涉条纹。

红外成像系统噪声测量仿真研究

介绍了红外成像系统的噪声模型和测量方法,首先分析了二代红外成像系统不同于一代红外成像系统的特性。将红外成像系统噪声按时空三维空间划分为7个分量,就三维噪声各个分量表现方式进行了分析,并给出了不同红外成像系统的主要噪声分量;其次,结合噪声模型给出了红外系统噪声测量方法;最后给出了实验结果,对模型结合实测数据用于噪声仿真进行了尝试,并在某试验中得到了初步应用。

对称X型裂隙类岩体的力学特性及破坏机制研究

为了研究对称X型裂隙对岩石力学特性及破坏机制的影响,对预制对称X型裂隙类岩体试件进行单轴压缩试验和数值模拟分析。结果表明:1)预制裂隙角度影响裂隙尖端的受力状态,是试件裂纹起裂特征和破坏模式的主要因素;2)对比完整试件,裂隙试件的应力-应变曲线峰前出现应力下降现象,峰后表现为延性下降,且峰值强度、弹性模量和弹性应变能明显下降,表明试件的力学特性和能量特征对预制裂隙的敏感性高;3)当0°<α<90°时,随着预制裂隙角度α的增大,Ke和T应力值减小,裂纹尖端抵抗开裂的能力增强,裂隙试件峰值应力增大,且裂尖抵抗Ⅰ和Ⅱ型断裂能力的强弱是造成裂隙试件破坏模式差异的主要原因。

基于实测数据的红外成像系统噪声测量仿真

介绍了红外成像系统的噪声模型、测量方法和基于实测数据的噪声仿真法。通过分析二代红外成像和一代红外系统的不同特性,导出了更适合二代红外成像系统的三维噪声模型。就三维噪声各个分量表现方式进行了分析,给出了影响噪声分量的原因。结合噪声模型给出了红外成像系统噪声测量方法;最后进行了试验,给出了实验结果,并对模型结合实测数据用于红外图像噪声仿真进行了尝试,并在某试验中得到了初步应用。

激光制导信号的编码和干扰技术

介绍了激光半主动制导系统制导信号编码方法和对编码制导信号进行干扰的方法。随着制导信号的编码技术日趋复杂,传统的欺骗干扰方法难以有效发挥作用。而采用高重复频率激光进行欺骗干扰,具有不需要对制导信号进行识别的突出优点,只要其重复频率足够高,就有可能成功实现干扰。提出了一种不影响激光器峰值功率的提高重复频率的方法。

脉冲激光辐照可见光面阵CCD的入瞳衍射效应

采用波长为532nm的脉冲激光从31.5m的距离辐照可见光面阵电荷耦合器件(CCD),实验观察到了规律性圆环条纹的产生。通过增大激光束的入射角度、调节衰减倍率、重复频率和作用距离,研究了这些规律性圆环条纹的产生条件和机理。结果发现:保持激光器与CCD的作用距离31.5m不变,在激光束的入射角小于或者稍稍大于光学系统半视场角6.8°的情况下,只要光学系统入瞳处的功率密度达到10-3 W/cm2量级,就可以观察到规律性的圆环条纹。通过对探测器表面能量分布进行数学仿真,证实规律性的圆环条纹是由于光学系统入瞳的衍射效应而产生的。

黑体模拟真实目标温度和面积的设定

文中研究了红外对抗试验中黑体模拟真实目标温度和面积的设定过程。首先提出黑体能够有效模拟真实目标红外辐射特性所需遵守的两个原则:辐射照度相等和立体角相等;其次,依据红外理论推导了计算黑体温度的公式;最后,以歼-7飞机(J7)作为真实目标,仿真其在不同观测角下的红外辐射特性,并且加入大气透过率和路径辐射亮度对其红外辐射特性的影响,研究了不同观测角、不同导引头与目标距离下黑体的设定温度和面积。结果表明:在两个原则都满足的情况下,黑体设定温度的变化趋势与目标辐射亮度一致,而黑体设定面积的变化趋势与目标的投影面积一致。文中的研究成果可为开展红外制导武器对抗试验提供理论依据和数据参考。

DF/HF化学激光器高振动态基频谱线机理分析

在采用冷泵浦反应体系的DF/HF化学激光器中多次观察到了DF分子4-3振动能级跃迁的谱线以及HF分子3-2振动能级跃迁的谱线.给出了几幅典型的光谱图,并理论计算了高振动态基频谱线的增益曲线.实验和理论分析显示,上述高振动态基频谱线并非直接产生于冷泵浦反应,F原子复合和热泵浦反应起到了重要作用.最后讨论了热泵浦反应和链泵浦反应对采用冷泵浦反应DF/HF激光器输出光谱、增益及增益区长度的影响.

中、远红外双波段激光器发射光谱测量与评估

在分析中远红外双波段(氟化氘与一氧化碳)激光器发射光谱的基本特征和分光型谱仪存在高级次光谱混叠等问题的基础上,选定Tensor37干涉型遥测光谱仪并利用黑体标定出仪器响应函数;对中、远红外双波段激光器光谱进行了模拟测量和实际测量,分析评估了双波段激光器的谱线成分、峰值变化、测量精度和相对强度等,为双波段激光器的介质参数计算、运转参数优化以及红外应用提供有效数据。

中远红外双波段激光器增益介质匹配

对中远红外双波段激光器中DF和CO2两种增益介质的匹配进行了研究。根据对DF和CO2两种增益介质分布的理论分析,发现DF相比于CO2介质增益峰值位置更靠前,激活区长度更短,据此设计加工了一台双波段激光器,使CO2气体注入孔位置可调,通过D2和CO2注入孔位置的差别来实现两种介质增益峰值位置的匹配。实验证明了这种设计是有效的,并确定了激光器共同光轴的最佳位置位于D2气注入孔下游3mm,CO2注入孔下游33mm处,此处双波段激光的输出功率均接近最大值。

基于发射光谱的DF激光器光腔温度与粒子数分布

建立了谱线增益系数与温度、粒子数分布之间及谱线增益系数与谱线强度之间的关系式,对一台燃烧驱动DF激光器的发射光谱进行了测量,利用发射光谱数据计算得到光腔温度为381.4K,分布在振动态能级1与0,振动能级2与1,振动能级3与2的粒子数之比分别为0.60～0.62,0.676 4,0.71～0.74。

外腔式结构对HF/DF激光器输出光谱的影响

近距离测量外腔式结构HF/DF激光器的输出光谱时,观察到部分HF激光谱线不合常规地强度较弱甚至消失。利用MODTRAN软件对光谱中各支谱线的大气传输透过率进行了计算,发现这些HF激光谱线的大气传输性能较差。经分析,这些大气传输性能较差谱线强度较弱甚至消失的主要原因是腔内大气传输损耗,腔内大气传输损耗应计入总腔内损耗,对HF激光器输出光谱有很大影响。

全光纤双波长泵浦产生超连续谱的仿真研究

文中研究了全光纤结构双波长泵浦光子晶体光纤超连续谱的形成过程和基本理论。在分析了全光纤结构双波长泵浦实验方案的理论模型的基础上,依据模型采用自适应分步傅里叶法求解广义非线性薛定谔方程,相继仿真实现了双波长泵浦源的建立以及超连续谱的形成。仿真结果与文献的实验观察相吻合。由仿真结果分析表明:正是由于交叉相位调制主导下孤子自频移和孤子诱捕效应的共同作用,促使超连续谱向短波方向延伸至可见光波段,为双波长泵浦产生超连续谱光源提供理论支持。

焦平面红外成像设备非均匀性校正残差分析

非均匀性是焦平面红外成像设备的固有特性,影响成像质量。介绍了非均匀性产生的原因、校正方法及校正残差的描述方法。从理论上分析计算了不同校正方法的校正残差及其变化规律。并针对某VOx非制冷热像仪实测图像数据计算了不同校正方法、不同温度下的校正残差大小,得出在使用单点校正方法测量时尽量将校正温度点选在测量对象温度(等效黑体温度)分布的中间位置及使用两点校正时校正温度尽量设置在测量对象温度区域(等效黑体温度)两侧的结论。

阳光反射对空地成像设备干扰影响分析

分析了强反射源阳光反射干扰效应,并利用精密转台、镜面反射装置和空地成像设备实测了干扰效应。实测显示:阳光反射干扰效应像素数可达镜面理想成像像素数20倍;较强的干扰效应及闪烁,对空地成像设备稳定跟踪造成较大影响。全流程的外场阳光反射干扰实验实现难度较大;本文提出和实现了基于实测阳光干扰效应,仿真包含背景、目标和干扰的场景图像注入空地成像设备获取跟踪制导数据,将数据代入弹道计算模型的实验方法。最后分析了阳光反射对空地成像设备最终干扰效果。当10 km干扰有效,落点误差大于450 m;5 km干扰有效,落点误差大于25 m,被保护目标需采取一定的措施;若干扰距离不小于10 km,即使人在回路重新锁定目标,落点误差大于110 m。本文对空地成像设备抗阳光干扰算法改进和抗干扰能力评估具有一定的借鉴意义。

空中目标夜间不同方位长波红外辐射特性分析

针对试验和训练中靶机实装模拟、建模仿真需求,需在外场动态测试靶机飞行状态下红外辐射特性,该测量结果置信度较高。本文通过对红外成像测量设备定标,计算路径辐射和透过率,亮度反演的方法获得了靶机夜间不同方位辐射强度分布,测量误差约为21.24%。分析测量结果,但当靶机相对测量设备绕飞时,靶机不同方位辐射强度基本一致;靶机在一定距离外无法探测长波尾焰辐射,在靶机模拟和建模中需合理考虑尾焰辐射。该距离下靶机目标/背景灰度对比度约为人眼响应阈值的2倍,人工侦察探测识别较为困难,在靶机外场模拟时需注意对比度对试验探测识别结果的影响。本文可为靶机特性建模、外场模拟应用和测量设备研制提供支撑。