水下航行器光学隐蔽深度测量系统

为了实现对水下航行器光学隐蔽深度的实时测量,研制了水下航行器光学隐蔽深度测量系统。根据目标背景对比度的传输理论,分析了目标背景对比度在海水、大气、海面的传输特性,建立了水下航行器光学隐蔽深度模型。基于该模型分析了测量水下航行器光学隐蔽深度所需要的参数,设计了测量海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水体衰减性系数、海水漫衰减性系数和水下航行器表面反射率的测量方法,并完成一次海上试验。试验测得良好天气情况下特征尺度为12m的水下航行器的光学隐蔽深度为25-35m。试验结果表明,设计的测量系统可以实现对水下航行器光学隐蔽深度测量,并适用于各类潜艇。由于改变了传统的在水面进行深度测量的方式,该系统工作稳定可靠,提高了隐蔽性和对海域测量的准度,可为水下作战决策提供帮助。

基于蒙特卡罗方法的水下目标光学隐蔽性影响因素分析

采用蒙特卡罗方法模拟了可见光在海水中传播并被水下目标反射的整个传输过程,分析了可见光条件下水下目标光学隐蔽性的主要影响因素,给出了水下目标可见光隐蔽深度同观测角度、太阳天顶角、海水的光学特性以及目标反射率和大小的关系。

光学隐蔽深度测量系统的小型化设计

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道,测量光谱为390～667nm,工作深度可达50m。进行了海上试验,试验结果显示：在天气良好的条件下,水下航行器在520～560nm可见光波段内存在暴露窗口,同时测得特征长度为0.75m的模型的光学隐蔽深度为3.5m。得到的结果表明,设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量,测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点,适用于水下航行器搭载,可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。

水下无人机光学隐蔽深度模型建立与分析

基于海水中对比度传输方程,在垂向把海水划分为多个光学性质相似的均匀层,建立了密度分层海水条件下无人机光学隐蔽深度模型。计算并分析了UUV表面反射率、海水漫射衰减系数、大气消光系数、观测高度、观测天顶角对光学隐蔽深度模型输出结果的影响。使用缩比模型和光学隐蔽深度测量系统在近岸完成模型的验证和效果分析。测量得到模型的平均均方根误差0.52 m,平均绝对误差0.48 m,平均相对误差为19.86%,模型的建立为水下无人机光学隐蔽深度相关探测与反探测及其他军事应用提供重要技术支撑。

水下目标光学隐蔽参数测量方法研究

水下目标光学隐蔽参数测量技术在光学侦察、探测水下目标等军事运用中发挥了非常重要的作用。为了改变以往使用透明度盘测量海洋光学参数方式,提高测量的效率和测量结果精准度,在分析水下目标光学隐蔽参数的基础上,设计了船载水下目标光学隐蔽参数测量方法,利用lightools软件优化光学探头设计,采用无线方式实时传输海水光学参数数据,并进行了海上实验,测量得到了海水辐照比、海水体衰减系数和漫衰减系数,完成水下目标光学隐蔽参数分析,实验证明了该测量方法的可行性和可靠性。

水下目标光学隐蔽深度遥感获取方法

针对用透明度盘深度(SD)估计水下目标的光学隐蔽深度(OCD)的方法缺乏科学性与准确性,提出了利用水色卫星遥感数据获取水下目标光学隐蔽深度的方法。在给出水下目标光学隐蔽深度概念的基础上,分析了水下目标对水中光传输的影响,并根据目标背景对比度传输方程建立了水下目标隐蔽深度与透明度盘深度的转换关系。建立了水下目标光学隐蔽深度的遥感获取模式,并对模式进行了实验验证。结果表明,黑色模型的理论计算和实测数据的相对误差小于30%,而白色模型的理论计算和实测数据的相对误差小于20%。

非均匀水体光学隐蔽深度模型建立与验证

初始的光学隐蔽深度模型(OCD)是在海水光学性质均匀的条件下建立的,针对光学性质均匀水体假定条件下的光学隐蔽深度模型缺乏普适性的缺点,基于海水中对比度传输方程,在垂向方向上把海水划分为多个光学性质相似的均匀层,并依此建立非均匀海水条件下光学隐蔽深度(OCD_LAYER)模型。计算并分析了观测天顶角、海水体衰减系数和潜器表面反射率对非均匀海水条件下光学隐蔽深度模型的影响。使用潜模和光学隐蔽深度测量系统在近岸完成模型的实验验证和效果分析。使用3 m水柱漫衰减系数均值,OCD模型的平均均方根误差为1.19m,平均绝对误差为1.19m,平均相对误差为48.77%,OCD_LAYER模型的平均均方根误差为1.05m,平均绝对误差为0.89m,平均相对误差为36.18%。实验结果表明,OCD_LAYER模型准确性更高,误差更低,结果更可靠。

基于卫星遥感数据反演的光学隐蔽深度估计算法

为采用卫星遥感数据反演的方法获取水下潜行器的光学隐蔽深度,实现时间和空间上大范围、大尺度的测量,为水下航行器搭载的光学隐蔽深度测量装置提供新的校验途径,提出了一种基于准分析算法的光学隐蔽深度卫星反演方法。根据光学隐蔽深度模型,使用Aqua-MODIS以及Terra-MODIS卫星的日网格化遥感反射比数据,先对数据进行预处理,完成遥感反射比数据的质量控制和Aqua、Terra卫星数据的交叉校准,再根据准分析算法和Doron算法建立卫星反演光学隐蔽深度模型,制作特定海区光学隐蔽深度融合产品。在模型中输入443,488,555nm波段的遥感反射比数据,数据等级为L3m,空间分辨率为4km,数据的经度范围为100°E^125°E,纬度范围为10°N^38°N。结果表明:基于准分析算法的光学隐蔽深度卫星反演技术路径可行,开拓了光学隐蔽深度获取的新方式,为水下光学隐蔽深度测量装置提供了校验方法,并为水下光学隐蔽深度相关探测与反探测等军事应用提供了重要的理论支撑。