水下同步掃描周視激光近程目標探測研究.pdf

1、海水中藍綠透光窗口的發(fā)現(xiàn)，為水下目標探測開辟了一條新的途徑，激光具有亮度高、脈沖短、準直度高等優(yōu)點，用于水下目標的探測可以獲得比聲吶更高的測距、定位和成像精度。基于藍綠激光水下探測和周視激光探測技術，開展水下同步掃描周視激光近程目標探測研究，通過對水下近程目標的方位判別，為魚雷定向戰(zhàn)斗部提供目標方位信息，結(jié)合引信對起爆點的控制，通過引戰(zhàn)配合，實現(xiàn)定向起爆魚雷定向戰(zhàn)斗部，以充分利用戰(zhàn)斗部的爆炸威力，有效提高魚雷的單雷毀傷效能。開展水下周視

2、激光近程目標探測研究對提高魚雷終端毀傷效能，實現(xiàn)與定向戰(zhàn)斗部的引戰(zhàn)配合有重要意義。
　　本文以魚雷激光近炸引信為對象，基于海水光學特性，分析水體環(huán)境對激光探測的影響，提出適用于海水環(huán)境和魚雷載體的周視探測方案，研究周視探測發(fā)射和接收光路設計，探討不同探測條件的非同軸光學系統(tǒng)角度參數(shù)優(yōu)化，針對脈沖激光掃描探測方式研究其掃描頻率和脈沖頻率對系統(tǒng)探測性能的影響，通過多個探測點數(shù)據(jù)解算目標速度并制定最佳起爆策略，最終合理設計水下同步掃描周

3、視激光近程目標探測系統(tǒng)。
　　研究了海水的光學特性，根據(jù)海水中水分子、黃色物質(zhì)、浮游植物和非色素懸浮粒子對光波的衰減作用，計算海水對532nm綠激光的衰減系數(shù);建立了水下激光回波功率衰減模型，得到了回波功率與藻類粒子以及非色素懸浮粒子質(zhì)量濃度的變化規(guī)律，推導了水下激光探測系統(tǒng)發(fā)射功率計算公式，獲得了不同水質(zhì)條件下所需發(fā)射激光峰值功率值;建立了懸浮粒子的散射模型，計算了懸浮粒子的后向散射率;針對水下周視激光探測系統(tǒng)的海水工作環(huán)境，確

4、定了單發(fā)單收同步掃描的周向探測方案，并設計了掃描折轉(zhuǎn)機構實現(xiàn)發(fā)射光束與接收視場同步掃描。
　　基于大視場和應用載體外形要求設計了以光學塑料為材料的圓筒式透光窗口和以光學玻璃為材料的瓦片式組合透光窗口;仿真了經(jīng)光學整流罩后的遠場光斑和接收聚焦光斑，分析了海水介質(zhì)對光束傳輸?shù)挠绊?針對整流罩對光束的非對稱擴散作用，提出以曲面反射鏡和平凸柱面鏡輔助對非對稱發(fā)散光束進行聚焦，仿真結(jié)果表明二者有單軸方向收斂光線的作用，且以兩級平凸柱面鏡聚焦

5、效果最為顯著。
　　針對與水下激光周視探測系統(tǒng)類似的非同軸光學系統(tǒng)，建立了目標回波功率方程，分析了探測性能與探測區(qū)的關系，研究了不同的探測區(qū)分布情況;基于發(fā)射光束與接收視場相交的情況，建立探測區(qū)距離和接收臨界角數(shù)學模型;根據(jù)近程目標探測、遠距離探測、屏蔽干擾信號和幾何截斷定距四種條件下的探測需求，建立角度參數(shù)優(yōu)化模型，得出各條件下的最優(yōu)解以及設計角度參數(shù)與各探測區(qū)距離的極值之間的變化關系;設計了非同軸激光探測視場模擬裝置，通過開展

6、不同角度參數(shù)條件下的激光探測系統(tǒng)的探測性能和探測區(qū)分布，驗證了理論研究的正確性。
　　研究了直流電機調(diào)速控制方法和角度檢測方式，設計了同步掃描激光周視探測系統(tǒng)目標方位角磁電檢測方案;基于多個探測點的數(shù)據(jù)，推導了目標運動速度矢量方程組，通過解算目標速度屏蔽干擾目標，同時建立了最佳起爆模型，對最佳起爆時間和最佳起爆方位進行解算;分析了掃描頻率與脈沖頻率的匹配關系，根據(jù)彈目交會條件，得出恰能探測到目標所需的掃描頻率和脈沖頻率的臨界條件，

7、建立最低掃描頻率和脈沖頻率計算模型，對典型目標進行算例分析，并通過實驗對理論模型進行驗證。
　　設計了水下同步掃描周視激光近程目標探測原理樣機的總體方案，以及樣機中的激光器、接收系統(tǒng)、掃描折轉(zhuǎn)機構以及磁電檢測模塊等主要子系統(tǒng)并進行了性能測試;在實驗水道中構建純水和模擬海水探測環(huán)境，搭建激光傳輸特性測試平臺，以鐵靶板、木板和圓筒作為目標，進行目標回波特性測試實驗;開展了原理樣機空氣實驗，并在測試水道的準純水和模擬海水中以及自然開闊水