基于“猫眼”效应的光电系统回波探测概率研究

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目前,对于绝大多数的光电系统,其光学系统的焦平面处都装有光学探测器,当光学系统将入射光汇聚到光学探测器时,由于探测器吸收效率有限,因此入射光并不能百分之百被探测器吸收,一部分入射光能量会被原路反射回去,且反射回波强度要比一般背景的漫反射回波高出2至4个数量级。光电系统的这种物理特性称为“猫眼”效应。激光主动探测技术就是利用目标光学系统的“猫眼”效应,主动向目标区域发射探测激光束,通过接收处理目标光学镜头的回波来达到识别目标的目的。由于光电系统受“猫眼”效应影响而产生的回波信号具有较高的信噪比,因此在远距离探测中,与传统探测技术相比,激光主动探测技术具有定位精度更高、探测速度更快等优势。由于与连续激光相比,脉冲激光具有瞬时功率大、作用距离远等优点,因此在远距离的激光主动探测中通常采用发射脉冲激光的方式。目标光电系统在受到脉冲激光照射时,其反射回波的产生条件与目标探测器的类型有关:若探测器为凝视型,则目标始终具有“猫眼”效应,入射激光脉冲都可被原路反射;若探测器为扫描型,则只有在激光脉冲照射到探测器且探测器恰好扫描瞬时视场的条件下,目标才存在“猫眼”效应,产生反射回波。因此,在远距离探测中,当采用脉冲激光来探测扫描型目标时,目标能否产生反射回波是不确定的。目前,国内在激光主动探测相关方面的研究中,通常将目标回波的产生条件作了简化处理,普遍以连续激光探测凝视型光电系统为主,而缺少考虑采用脉冲激光来探测扫描型光电系统的情况。针对国内研究存在的不足之处,本文从目标回波产生条件的角度考虑,通过引入回波探测概率的概念,对扫描型光电系统的回波探测进行了分析与仿真,并开展了相关验证实验。本文主要内容为:首先,阐述了扫描型光电系统在脉冲激光照射条件下的回波产生机制,并结合相应的回波仿真实验,分析了目标回波产生存在不确定性的根本原因;其次,根据概率的数学定义,提出了扫描型光电系统回波探测概率的分析方法,并通过相关仿真实验总结了提高回波探测概率的方法;最后,设计并实现了相关的验证实验,与相同实验条件下的仿真实验结果进行了对比验证。
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