水下同步掃描周視激光近程目標(biāo)探測研究.pdf

1、海水中藍(lán)綠透光窗口的發(fā)現(xiàn)，為水下目標(biāo)探測開辟了一條新的途徑，激光具有亮度高、脈沖短、準(zhǔn)直度高等優(yōu)點(diǎn)，用于水下目標(biāo)的探測可以獲得比聲吶更高的測距、定位和成像精度?；谒{(lán)綠激光水下探測和周視激光探測技術(shù)，開展水下同步掃描周視激光近程目標(biāo)探測研究，通過對水下近程目標(biāo)的方位判別，為魚雷定向戰(zhàn)斗部提供目標(biāo)方位信息，結(jié)合引信對起爆點(diǎn)的控制，通過引戰(zhàn)配合，實(shí)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(biāo)探測研究對提高魚雷終端毀傷效能，實(shí)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(xué)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(shè)計(jì)，探討不同探測條件的非同軸光學(xué)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(diǎn)數(shù)據(jù)解算目標(biāo)速度并制定最佳起爆策略，最終合理設(shè)計(jì)水下同步掃描周

3、視激光近程目標(biāo)探測系統(tǒng)。
　　研究了海水的光學(xué)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(jì)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(dǎo)了水下激光探測系統(tǒng)發(fā)射功率計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)了掃描折轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)射光束與接收視場同步掃描。
　　基于大視場和應(yīng)用載體外形要求設(shè)計(jì)了以光學(xué)塑料為材料的圓筒式透光窗口和以光學(xué)玻璃為材料的瓦片式組合透光窗口;仿真了經(jīng)光學(xué)整流罩后的遠(yuǎn)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(kuò)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(jìn)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(xué)系統(tǒng)，建立了目標(biāo)回波功率方程，分析了探測性能與探測區(qū)的關(guān)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(xué)模型;根據(jù)近程目標(biāo)探測、遠(yuǎn)距離探測、屏蔽干擾信號和幾何截?cái)喽ň嗨姆N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(shè)計(jì)角度參數(shù)與各探測區(qū)距離的極值之間的變化關(guān)系;設(shè)計(jì)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(yàn)證了理論研究的正確性。
　　研究了直流電機(jī)調(diào)速控制方法和角度檢測方式，設(shè)計(jì)了同步掃描激光周視探測系統(tǒng)目標(biāo)方位角磁電檢測方案;基于多個探測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，推導(dǎo)了目標(biāo)運(yùn)動速度矢量方程組，通過解算目標(biāo)速度屏蔽干擾目標(biāo)，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(jìn)行解算;分析了掃描頻率與脈沖頻率的匹配關(guān)系，根據(jù)彈目交會條件，得出恰能探測到目標(biāo)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(jì)算模型，對典型目標(biāo)進(jìn)行算例分析，并通過實(shí)驗(yàn)對理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。
　　設(shè)計(jì)了水下同步掃描周視激光近程目標(biāo)探測原理樣機(jī)的總體方案，以及樣機(jī)中的激光器、接收系統(tǒng)、掃描折轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及磁電檢測模塊等主要子系統(tǒng)并進(jìn)行了性能測試;在實(shí)驗(yàn)水道中構(gòu)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(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)回波特性測試實(shí)驗(yàn);開展了原理樣機(jī)空氣實(shí)驗(yàn)，并在測試水道的準(zhǔn)純水和模擬海水中以及自然開闊水