水下脉冲激光近程周向扫描探测技术研究
发布时间：2021-11-03 04:15
随着海水中蓝绿透光“窗口”的发现,水下激光通信、激光成像以及海洋激光雷达等技术得到了深入地研究。水下蓝绿激光探测具有方向性好、精度高、抗干扰能力强等优点,应用在水下近程目标探测中能取得比水声探测更优的成像和定位精度。开展水下脉冲激光近程周向扫描探测技术研究,实现对水下近程目标的距离解算和方位识别,为鱼雷定向起爆战斗部提供目标距离和方位信息,精确控制战斗部起爆方向和时刻,以充分利用战斗部爆炸威力。该研究对提高鱼雷战斗部毁伤效能,实现引信与水下定向起爆战斗部的引战配合有重要意义。本文以水下激光近炸引信为研究对象,设计了适用于海水环境和鱼雷载体的水下脉冲激光近程周向扫描探测方案。提出了含有目标表面光子反射过程的水下激光回波蒙特卡洛仿真方法,基于系统最优信噪比模型优化了非同轴光学系统光路,设计了提取目标回波信号的水下激光回波自适应滤波算法,分析了海水中脉冲激光测距精度,设计了扫描探测目标方位识别方案,研究了系统脉冲频率和扫描频率对系统捕获率的影响,设计了水下激光近程周向扫描探测系统原理样机,进行了实验室水池和海水环境中样机测试实验。提出了基于海水光学特性、目标反射特性以及水下激光近程探测的目标...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３加拿大ＬＵＣＩＥ水下激光成像系统??
?ｂ）?ＬＵＣＩＥ２?ｃ）?ＬＵＣＩＥ３??图１．３加拿大ＬＵＣＩＥ水下激光成像系统??其中，第一代ＬＵＣＩＥ丨（１９９０？１９９６年）用于反水雷，系统采用二极管泵浦Ｎｄ：ＹＬＦ??激光器，波长５２７ｎｍ，功率５０ｍＷ？５００ｍＷ可调，重频２ｋＨｚ，脉宽７ｎｓ，选通门宽７ｎｓ。??ＬＵＣＩＥ?２（?１９９８？２００２年）用于水下搜救和水雷探测，系统采用半导体泵浦Ｎｄ：ＹＶ０４??激光器，波长５３２ｎｍ，重频２２．５ｋＨｚ，功率２Ｗ，脉宽７ｎｓ，像增强器选通门宽３ｎｓ。可??控制激光器照明视场与成像视场匹配。不同距离处的成像效果如图１．４所示，可在７．３５??４??
图１．４?ＬＵＣＩＥ?２系统成像结災??瑞典国防研宄所（ＦＯ丨）也是较毕开展水下？离选通成像技术的单位之一，其在２００５??年成功研制了?ＬＳＶ－Ｗ?Ａｑｕａ?Ｌｙｎｘ趾离选通成像系统（如图１．５?ａ））。该系统发射脉宽７ｎｓ？??ｌ〇ｎｓ，单脉冲能量２６ｍＪ？２９ｍＪ，最小选通门宽６ｎｓ。工作范围３？１００ｍ，距离分辨率为??０．３ｍ，成像的分辨率为７６８ｘ５７６?ｐｉｘｅｌｓ，在４？５倍衰减长度的距离上具苻较强的成像识??别０标的能力，能在大于６倍衰减长度的距离上探测到同标。２００６年Ｈ．Ｍ．Ｔｕｌｌｄａｈｌ等人??在清水（衰减系数０．４５ｍ－１）和浑水（衰减系数１．７５ｍ－１）中进行了成像实验。图１．５?ｂ）??和ｃ）分别为系统在淸水和浑水中的成像结果，实验表明趾离选通技术的成像距离足传??统扱像机的１．５倍，最大探测距离足传统松像机的两倍ＰＩ。??ｉｆｔＰｌｌｌｉ??ａ）?Ａｑｕａ?Ｌｙｎｘ距离选通成像系统?ｂ）清水中７ｍ处图像ｃ）浑水屮１．６５ｍ处图像??图１．５?Ａｑｕａ?Ｌｙｎｘ距离选通成像系统和其成像结采：??美Ｒ?ＳＰＡＲＴＡ公司研制了距离选通系统Ｓｅｅ－Ｒａｙ，发射光脉冲能量１００ｍ．丨，接收器??采用ＸＹＢＩＯＮ公司的像增强型ＣＣＤ，最大的探测距离达到６．４个衰减氏度，最大的图??像识別距离达到５．６个衰减长度。该系统有供蛙人使用的手持式和安装在遥控潜水器??（ＲＯＶ）上的远程式两种丨２６】。??除丫发展供水下航行器和蛙人使用的激光成像系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法[J]. 李志刚,刘智深,朱林伟. 应用光学. 2016(01)
[2]水下距离选通成像系统调制传递函数模型分析[J]. 胡玲,王霞,延波,李帅帅. 红外与激光工程. 2015(11)
[3]一种扫描式六象限激光探测系统弹目交会算法研究[J]. 李元,李燕华,李洛,郭海超,张彦梅,温玉全. 兵工学报. 2015(11)
[4]激光在云雾中传输的消光特性（英文）[J]. 任宏光,于海山,霍力君. 光子学报. 2015(11)
[5]基于多次散射和小散射角近似的水下激光传播特性[J]. 俞雪平,胡云安,刘亮,谢永兴,王亚蛟. 光子学报. 2015(11)
[6]部分相干光与相干光在湍流中的传输特性实验研究[J]. 于诗杰,龙敏慧,卢芳,韩香娥. 强激光与粒子束. 2015(01)
[7]水下激光脉冲传输时域展宽仿真分析[J]. 尹航,刘智,刘建华,徐晗. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(04)
[8]单光束脉冲激光引信扫描频率和脉冲频率研究[J]. 查冰婷,张合. 红外与激光工程. 2014(07)
[9]圆盘透明度在水下激光成像系统性能评估中的应用[J]. 申越,郑威,俞兵,吴磊,黎高平,杨鸿儒. 应用光学. 2014(02)
[10]用简述机载激光测深系统及其在海底底质分类中的应用[J]. 时振伟,阳凡林,刘翔,齐晓迪. 中国水运(下半月). 2013(10)
博士论文
[1]激光雷达回波信号处理技术研究[D]. 程华.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]基于解析蒙特卡洛方法的载波调制水下激光通信研究[D]. 黎静.华中科技大学 2013
[3]高重频脉冲激光雷达测距统计特性及其像质评价[D]. 姜海娇.南京理工大学 2013
[4]近场定距脉冲激光在降雨中的大气传输特性研究[D]. 郭婧.南京理工大学 2012
[5]基于频域滤波法的调制脉冲激光雷达水下探测研究[D]. 冀航.华中科技大学 2007
[6]海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 林宏.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]基于FPGA的自适应回波干扰对消实现研究[D]. 黄东辉.电子科技大学 2015
[2]周视激光探测系统信号处理研究[D]. 潘程浩.北京理工大学 2014
[3]激光引信高精度高频率脉冲测距技术[D]. 李枭.南京理工大学 2013
[4]激光水下成像系统研究[D]. 袁婷.长春理工大学 2013
[5]激光近炸引信的目标探测系统研究[D]. 杨昭.长春理工大学 2012
[6]鱼雷主动电磁引信数字化实现技术研究[D]. 倪辉.国防科学技术大学 2007
[7]基于DSP的激光近炸引信信号处理技术[D]. 孙传鹏.哈尔滨工业大学 2007
[8]蓝绿激光引信水下目标探测技术研究[D]. 邵祥兵.南京理工大学 2005
[9]空地导弹激光近炸引信技术研究[D]. 李彦.南京理工大学 2004
本文编号：3473027
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３加拿大ＬＵＣＩＥ水下激光成像系统??
?ｂ）?ＬＵＣＩＥ２?ｃ）?ＬＵＣＩＥ３??图１．３加拿大ＬＵＣＩＥ水下激光成像系统??其中，第一代ＬＵＣＩＥ丨（１９９０？１９９６年）用于反水雷，系统采用二极管泵浦Ｎｄ：ＹＬＦ??激光器，波长５２７ｎｍ，功率５０ｍＷ？５００ｍＷ可调，重频２ｋＨｚ，脉宽７ｎｓ，选通门宽７ｎｓ。??ＬＵＣＩＥ?２（?１９９８？２００２年）用于水下搜救和水雷探测，系统采用半导体泵浦Ｎｄ：ＹＶ０４??激光器，波长５３２ｎｍ，重频２２．５ｋＨｚ，功率２Ｗ，脉宽７ｎｓ，像增强器选通门宽３ｎｓ。可??控制激光器照明视场与成像视场匹配。不同距离处的成像效果如图１．４所示，可在７．３５??４??
图１．４?ＬＵＣＩＥ?２系统成像结災??瑞典国防研宄所（ＦＯ丨）也是较毕开展水下？离选通成像技术的单位之一，其在２００５??年成功研制了?ＬＳＶ－Ｗ?Ａｑｕａ?Ｌｙｎｘ趾离选通成像系统（如图１．５?ａ））。该系统发射脉宽７ｎｓ？??ｌ〇ｎｓ，单脉冲能量２６ｍＪ？２９ｍＪ，最小选通门宽６ｎｓ。工作范围３？１００ｍ，距离分辨率为??０．３ｍ，成像的分辨率为７６８ｘ５７６?ｐｉｘｅｌｓ，在４？５倍衰减长度的距离上具苻较强的成像识??别０标的能力，能在大于６倍衰减长度的距离上探测到同标。２００６年Ｈ．Ｍ．Ｔｕｌｌｄａｈｌ等人??在清水（衰减系数０．４５ｍ－１）和浑水（衰减系数１．７５ｍ－１）中进行了成像实验。图１．５?ｂ）??和ｃ）分别为系统在淸水和浑水中的成像结果，实验表明趾离选通技术的成像距离足传??统扱像机的１．５倍，最大探测距离足传统松像机的两倍ＰＩ。??ｉｆｔＰｌｌｌｉ??ａ）?Ａｑｕａ?Ｌｙｎｘ距离选通成像系统?ｂ）清水中７ｍ处图像ｃ）浑水屮１．６５ｍ处图像??图１．５?Ａｑｕａ?Ｌｙｎｘ距离选通成像系统和其成像结采：??美Ｒ?ＳＰＡＲＴＡ公司研制了距离选通系统Ｓｅｅ－Ｒａｙ，发射光脉冲能量１００ｍ．丨，接收器??采用ＸＹＢＩＯＮ公司的像增强型ＣＣＤ，最大的探测距离达到６．４个衰减氏度，最大的图??像识別距离达到５．６个衰减长度。该系统有供蛙人使用的手持式和安装在遥控潜水器??（ＲＯＶ）上的远程式两种丨２６】。??除丫发展供水下航行器和蛙人使用的激光成像系统
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法[J]. 李志刚,刘智深,朱林伟. 应用光学. 2016(01)
[2]水下距离选通成像系统调制传递函数模型分析[J]. 胡玲,王霞,延波,李帅帅. 红外与激光工程. 2015(11)
[3]一种扫描式六象限激光探测系统弹目交会算法研究[J]. 李元,李燕华,李洛,郭海超,张彦梅,温玉全. 兵工学报. 2015(11)
[4]激光在云雾中传输的消光特性（英文）[J]. 任宏光,于海山,霍力君. 光子学报. 2015(11)
[5]基于多次散射和小散射角近似的水下激光传播特性[J]. 俞雪平,胡云安,刘亮,谢永兴,王亚蛟. 光子学报. 2015(11)
[6]部分相干光与相干光在湍流中的传输特性实验研究[J]. 于诗杰,龙敏慧,卢芳,韩香娥. 强激光与粒子束. 2015(01)
[7]水下激光脉冲传输时域展宽仿真分析[J]. 尹航,刘智,刘建华,徐晗. 长春理工大学学报(自然科学版). 2014(04)
[8]单光束脉冲激光引信扫描频率和脉冲频率研究[J]. 查冰婷,张合. 红外与激光工程. 2014(07)
[9]圆盘透明度在水下激光成像系统性能评估中的应用[J]. 申越,郑威,俞兵,吴磊,黎高平,杨鸿儒. 应用光学. 2014(02)
[10]用简述机载激光测深系统及其在海底底质分类中的应用[J]. 时振伟,阳凡林,刘翔,齐晓迪. 中国水运(下半月). 2013(10)
博士论文
[1]激光雷达回波信号处理技术研究[D]. 程华.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]基于解析蒙特卡洛方法的载波调制水下激光通信研究[D]. 黎静.华中科技大学 2013
[3]高重频脉冲激光雷达测距统计特性及其像质评价[D]. 姜海娇.南京理工大学 2013
[4]近场定距脉冲激光在降雨中的大气传输特性研究[D]. 郭婧.南京理工大学 2012
[5]基于频域滤波法的调制脉冲激光雷达水下探测研究[D]. 冀航.华中科技大学 2007
[6]海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 林宏.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]基于FPGA的自适应回波干扰对消实现研究[D]. 黄东辉.电子科技大学 2015
[2]周视激光探测系统信号处理研究[D]. 潘程浩.北京理工大学 2014
[3]激光引信高精度高频率脉冲测距技术[D]. 李枭.南京理工大学 2013
[4]激光水下成像系统研究[D]. 袁婷.长春理工大学 2013
[5]激光近炸引信的目标探测系统研究[D]. 杨昭.长春理工大学 2012
[6]鱼雷主动电磁引信数字化实现技术研究[D]. 倪辉.国防科学技术大学 2007
[7]基于DSP的激光近炸引信信号处理技术[D]. 孙传鹏.哈尔滨工业大学 2007
[8]蓝绿激光引信水下目标探测技术研究[D]. 邵祥兵.南京理工大学 2005
[9]空地导弹激光近炸引信技术研究[D]. 李彦.南京理工大学 2004
本文编号：3473027
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