窄脈沖激光波長(zhǎng)測(cè)試技術(shù)研究.pdf

1、隨著光電技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，光電對(duì)抗武器以驚人的速度得到發(fā)展，成為世界各軍事大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。在“海灣戰(zhàn)爭(zhēng)”、“科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)”和“伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)”中，各種激光設(shè)備以其精確測(cè)距，精確制導(dǎo)和精確打擊能力已成為現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上重要的武器裝備，給戰(zhàn)場(chǎng)上各作戰(zhàn)平臺(tái)帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。為了對(duì)抗這些威脅，需要及時(shí)、準(zhǔn)確探測(cè)來(lái)襲激光的方位、波長(zhǎng)和威脅等級(jí)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果，我方采取措施，對(duì)敵方作戰(zhàn)的光電武器與裝備實(shí)施有效干擾，使敵方光電武器裝備失靈，削弱、壓制、甚

2、至摧毀其作戰(zhàn)能力。本論文主要研究來(lái)襲窄脈沖激光波長(zhǎng)測(cè)試技術(shù)。 鑒于課題研究的重大意義，本項(xiàng)工作得到國(guó)家基金委、山西省留學(xué)基金委、山西省教育廳和山西長(zhǎng)城微光夜視有限公司的高度重視，分別給與基金支持，希望研究能有所突破，將來(lái)列裝到各種武器平臺(tái)，提高我軍的整體作戰(zhàn)水平，實(shí)現(xiàn)“科技強(qiáng)軍”的跨躍式發(fā)展。 分析了目前激光技術(shù)在軍用激光測(cè)距儀、激光指向器和可調(diào)諧激光器的特性參數(shù)和脈沖波長(zhǎng)測(cè)試的發(fā)展，提出了基于光纖光譜儀的測(cè)試方案。

3、 本論文不僅給出了光纖光譜儀設(shè)計(jì)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，詳細(xì)討論了各種衍射光柵及探測(cè)器的工作原理，特別是CMOS圖像的發(fā)展、原理和技術(shù)參數(shù)，還簡(jiǎn)單介紹了光纖束的基本知識(shí)。 在詳細(xì)分析了窄脈沖YAG激光在大氣傳輸中的各種衰減的基礎(chǔ)上，論文分析、計(jì)算到達(dá)探測(cè)器的功率密度和靈敏度，給出了強(qiáng)太陽(yáng)背景噪聲下，如何選擇探測(cè)器的掃描頻率，提高信噪比的計(jì)算式，最后還給出了光譜分辨率計(jì)算公式。 為了驗(yàn)證光纖光譜儀能否對(duì)任意方向、任意時(shí)刻來(lái)襲的短脈

4、沖激光波長(zhǎng)進(jìn)行探測(cè)，我們用激光測(cè)距儀和光纖光譜儀，進(jìn)行了室內(nèi)、外窄脈沖激光波長(zhǎng)散射測(cè)試實(shí)驗(yàn)；室外近距窄脈沖激光波長(zhǎng)直射、斜入射測(cè)試實(shí)驗(yàn)和基于望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離短脈沖激光波長(zhǎng)直射、斜入射測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光纖光譜方案的正確性，說(shuō)明：光纖光譜儀完全可以在野外、強(qiáng)太陽(yáng)光背景下對(duì)脈沖激光器發(fā)出的窄脈沖激光進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試；信號(hào)幅度的大小跟入射窄脈沖激光的方向有直接的關(guān)系；背景噪聲與光纖光譜儀積分時(shí)間有直接關(guān)系，尤其對(duì)可見光而言；采用望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)

5、可準(zhǔn)確采集來(lái)襲窄脈沖激光，明顯提高輸出信號(hào)幅度，可探測(cè)到更遠(yuǎn)的信號(hào)，但是由于望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)自身接收范圍有限，不能實(shí)現(xiàn)較大視場(chǎng)探測(cè)。 為了增大接收角、入射面積，以盡可能實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)、任意時(shí)刻的窄脈沖進(jìn)行探測(cè)，論文在測(cè)試了光纖束接收角后，分析了反射光錐和光纖光錐的原理，進(jìn)行了接收角測(cè)試結(jié)果，給出了反射光錐和光纖光錐分別與光纖束耦合的測(cè)試方案和結(jié)果，分析并測(cè)試了光纖光錐的透過(guò)率。結(jié)果表明：如果以功率降到最大值的50％為判斷依據(jù)，采用光錐光

6、學(xué)天線，接收角為16°，光學(xué)增益達(dá)10倍；光纖光錐接收角為32°，但光學(xué)增益僅2倍。采用單積分球?qū)τ诠饫w光錐、光纖面板等光纖傳像器件透過(guò)率的測(cè)試是切實(shí)有效的，此方案比較雙積分球方案結(jié)構(gòu)更顯簡(jiǎn)單。 針對(duì)前端帶有反射光錐的光纖光譜儀接收角不大，提出多個(gè)反射光錐拼接陣列的思想以凝視近180°的區(qū)域探測(cè)偵察。同時(shí)針對(duì)野外、太陽(yáng)閃爍、戰(zhàn)場(chǎng)上的干擾光源、電磁干擾和宇宙射線等干擾信號(hào)。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)兩方面用時(shí)間識(shí)別法或光譜寬度法可以行排除

7、上述各種火光干擾。系統(tǒng)采用采用光學(xué)器件和CCD或CMOS線陣圖像傳感器(傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào))極大的增強(qiáng)了抗電磁干擾性能，宇宙射線和核輻射的能力。 論文的創(chuàng)新之處如下：1提出用光纖光譜儀對(duì)窄脈沖激光波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)方案，并進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)從原理上驗(yàn)證了該方案的技術(shù)可行性。 2提出用錐形器件來(lái)增強(qiáng)入射光通量，提高信號(hào)幅度，增大探測(cè)距離；改善信噪比的方法，為該技術(shù)用于未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)短脈沖激光波長(zhǎng)探測(cè)奠定基礎(chǔ)，確定了采用前端帶有反射光