一种激光目标探测系统的模型仿真

为对激光探测系统的科学设计和性能评估提供有效指导,针对一种激光目标探测系统进行仿真建模,分析并建立了激光回波功率和光电转换模型,利用所建立的模型对探测系统进行仿真,经样机试验数据验证所建模型有效可行。通过对特定典型目标的仿真可以推断该激光探测系统能实现对目标的准确识别,并可以通过回波波形的差异区分具有不同外形的目标。

激光探测系统仿真技术研究

激光探测技术能被广泛用于自行高炮武器系统的目标探测与识别系统中。测距功能是激光探测系统中最主要的内容,但是由于目标结构复杂,仿真建模难度很大。为了解决激光测距仿真问题,以某高炮系统激光测距机为对象,提出了一种目标等效圆模型的激光探测系统方法。以目标当前时刻航路参数和跟踪误差为依据,对目标反射能量、激光发射能量、大气之间的关系建立测距与回波的仿真模型,并进行仿真。仿真结果表明,所建模型能够定性、定量反映激光测距在实际环境中的性能指标。可为防空火控系统的激光测距提供了有效手段。

星载激光测高仪回波信号仿真分析

为研究不同地形、地物对激光回波信号的变化状况和星载激光测高仪的实际测量精度等问题,文章采用计算机仿真技术建立了立体地物数字模型、激光脉冲数学模型和噪声信号模型;设计了针对光栅网格地形数据的激光回波近似算法,避免了三角面片的划分、面片间遮挡测试和消隐处理,简化了计算过程。对理想平面目标的激光回波仿真结果与理论结果一致。利用在Matlab环境下开发的仿真程序,对平面型、阶梯型和高斯起伏型3种典型地物模型进行了仿真实验,估算了星载激光测高仪对不同目标区域的实际测量精度。

基于有效回波概率估计空间碎片激光测距系统作用距离

基于回波光子数方程估计空间碎片激光测距系统作用距离时,最小可接受回波光子数很难确定。本文提出了通过改变空间碎片实测数据回波稀疏性获得精度变化曲线的退化模型,以＂精度不变＂作为衡量条件,确定保精度情况下系统最小可识别有效回波概率,从而估算系统作用距离的方法。首先,根据单光子雪崩探测器＂关门＂特性,得到了有效回波概率与测量距离关系。然后,建立实测数据的稀疏性退化模型得到测量精度与有效回波概率的跃变曲线,根据精度曲线中＂保精度平台＂的＂跳变点＂获得最小可识别有效回波概率。最后,根据最小可识别回波概率获得系统对不同大小典型空间碎片的作用距离。分别处理了有效截面积为3.884 0,6.391 2和9.855 5m2的3种典型空间碎片的实验数据,结果表明：系统在满足m级测距精度的前提下,可识别的最小有效回波概率为0.02~0.044,对上述不同特性典型空间碎片相应的最大作用距离分别为820,1 520和2 250km。提出的模型在精度不变情况下解决了系统最小可识别有效回波概率难以确定的问题,大大减少了实验成本。

激光引信云雾散射回波的近似算法与应用分析

在对激光引信视场进行体积元分割的基础上,基于Mie散射理论建立了一种近似计算引信云雾散射回波的数学模型,并利用该模型计算了均匀云雾粒子与服从一定谱分布云雾粒子的散射回波,分析了入射激光波长、粒子浓度及谱分布参数对散射回波强度的影响。研究结果表明:对均匀云雾粒子,引信的散射回波随粒径增大呈振荡增强趋势;粒子浓度相同时,尺度谱偏大的云雾粒子群的散射回波明显高于尺度谱偏小的云雾粒子群;对折射率虚部差别明显的不同波长激光,其散射回波强度差别显著,云雾对虚部偏小激光的散射光强明显高于虚部偏大的激光。为激光引信抗云雾干扰提供了重要理论依据。

基于不同材质气溶胶下激光回波特性研究

激光引信易受到气溶胶的干扰,造成引信的虚警,对激光抗气溶胶干扰的研究一直是亟待解决的难题。大气环境中气溶胶的组分是多样的,因此研究不同材质气溶胶的激光回波具有重要意义,而烟雾和云雾是不同材质气溶胶的典型代表。本文基于Mie散射理论和蒙特卡罗随机逻辑方法,分别建立了激光烟雾、云雾单次和多次散射模型,对比分析了不同脉冲宽度10 ns、20 ns和50 ns的光束、不同材质气溶胶烟雾和云雾、不同散射次数的回波特性,得到了不同脉冲宽度激光在不同材质气溶胶下的散射回波规律。仿真结果表明:激光发射脉冲宽度越小和气溶胶能见度越大,目标回波和气溶胶回波的区分效果越好;激光在云雾中的透过率高于烟雾,反射率低于烟雾;激光在烟雾中的衰减度高于云雾。该结论可为研究激光引信在气溶胶环境下后向散射回波特性和提高抗干扰能力提供了研究思路。

周视脉冲激光引信海杂波回波功率建模与仿真

针对周视脉冲激光引信在超低空条件下照射到海面时产生的海杂波干扰信号易使激光引信虚警率高的问题,以激光散射特性和海面运动特性为基础,提出了一种基于面元积分法的宽波束激光照射面积自适应解算方法,建立了周视脉冲激光引信海杂波回波功率模型。仿真结果表明:海面风速越大、激光入射角越大,海杂波回波功率越强;相同条件下,入射角为90°时的回波功率约为60°时的2倍,约为45°时的3倍。该方法可以作为周视脉冲激光引信海面试验的有效补充,可为超低空条件下抗海杂波干扰设计提供技术支撑。

机载激光遥感成像信息的数学处理模型研究

分析了激光遥感成像信息的处理流程,研究了激光遥感信息的几何定位、波形分析、地表插值数学处理模型.得到了数字仿真结果,验证了该处理模型可以有效满足大比例制图精度要求.

激光引信近程探测海面回波特性研究

针对激光引信在探测海面目标时易受海面散射导致引信产生虚警引起早炸的问题,基于线性叠加法和线性滤波法2种海浪谱建模方式完成了JONSWAP谱和文氏谱海面模型的创建,利用几何光学的方法完成海面激光束模拟,使用Matlab仿真分析了不同入射角和不同海情对激光引信海面回波的影响。仿真结果表明:当风速一定时,随着入射角的增大,激光引信海面回波能量逐渐减小,激光束入射角为0°时,海面的反射回波最大;当激光束入射角一定时,随着风速的增大,激光引信海面回波能量逐渐增大。该方法可为后续研究激光引信抗海杂波干扰提供技术支撑。

激光在箔条云环境中的传输特性模拟

针对激光引信作用时易受箔条云的影响,但箔条云对激光干扰特性研究尚不充分的问题,建立一种箔条云环境中的激光传输特性模型。建立无/有风条件下的箔条云扩散模型,得到不同环境下箔条云稳定阶段的扩散模型,确定了无/有风情况下的箔条云主干扰云团干扰作用的相似性;基于菲涅尔原理,研究单根箔条不同形态下的散射特性;对箔条云进行分割,采用连续场蒙特卡洛辐射传递模型,建立激光在箔条云环境中的传输模型,得到不同中心浓度箔条云环境中无/有目标时激光回波模型。将此模型与实测数据进行对比,验证模型的正确性。研究结果表明,箔条云干扰回波具有脉宽窄、峰值高等特点,且箔条云干扰回波的连续次数与箔条云浓度呈正相关关系,所提模型可为激光引信抗箔条云干扰研究提供支持。

机载多脉冲激光雷达目标信号模拟器的研究

研究多脉冲激光雷达目标信号模拟器,用以评估回波数字信号处理算法及其实现平台的性能。结合信号能量与波形关系指出由激光雷达方程建立回波信号波形模型是不充分的。对空中目标回波脉冲展宽进行建模及数值仿真,得到不同倾角、目标距离及目标尺寸下的波形展宽时间数据。根据展宽前后能量保持不变的性质,利用高斯脉冲函数特征参数求解建立回波波形数学模型。基于目标距离误差及目标回波噪声统计特性建立回波仿真模型,提出了依信噪比发生回波观测信号的方法。对比两种模拟器的信噪比误差、最小模拟信噪比、连续工作时间等性能指标,总结了新型模拟器的优势。

基于回光强度的地面三维激光扫描仪测距误差模型

地面三维激光扫描仪是一种新型测量仪器,其核心优势是非接触、速度快、精度高,应用领域非常广泛,而使用之前的设备检校极为重要。影响地面三维激光扫描仪测距精度的因素很多,本文的研究以地面三维激光扫描仪测距原理及误差来源为基础,提出一种稳健的曲线拟合算法对点云数据进行处理,建立了基于回光反射强度的地面三维激光扫描仪测距误差模型,经实验验证取得了良好效果。