大范围新型激光告警系统关键技术研究

论文题目: 大范围新型激光告警系统关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理电子学

作者: 程玉宝

导师: 刘上乾

关键词: 激光告警,散射探测,波长探测,模糊决策

文献来源: 西安电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 面对日益严重的激光威胁,世界各国都在加速发展激光告警技术的研究和激光告警装备的研制。根据用于地面大型军事目标激光告警的军事预研项目——“大范围新型激光告警系统的研制”的要求,本文对该系统研制过程中涉及到的若干技术问题作了较为深入的研究,主要研究成果如下：通过对激光在大气传输中散射效应的分析,运用米氏散射理论,推导出了大气散射激光辐照度随离轴距离变化的数学模型,通过数值计算和理论分析,得到了1.06μm激光在都市郊区大气模型条件下的散射信号时域特征：大气散射激光的最大辐照度随离轴距离的增大近似地按反比规律缓慢下降；大气能见度的不同只会影响散射强度的大小,而不影响散射强度的分布规律等。这些特征为1.06μm激光散射告警器的研制提供了理论依据。由于告警系统的虚警概率随散射告警器数目的增多而增大,为了降低大范围新型激光告警系统的虚警概率,针对炮火闪光、太阳反射光等干扰因素在一定的时间内具有单次性的特点,设计了一种计数并计时工作的积累检测器,提出了一种将多元相关探测和该积累检测器相结合的检测模型,并采用激光威胁等级判断告警方式,有效地降低了散射告警器的虚警概率。在研究和归纳比较激光波长相干探测各种方案的优缺点,以及通过深入分析劈尖干涉条纹的定域和条纹间距与入射激光波长关系的基础上,提出了在直射告警器中采用基于劈尖干涉的激光波长探测新方案。采用线阵型电荷耦合器件(CCD)将等厚干涉条纹转换为时域周期信号,运用离散傅里叶变换(DFT)求解条纹间距,便可计算出激光波长。为提高对波长的探测精度,推导出了相应的DFT离散误差修正公式,仿真实验结果验证了其有效性。为提高直射告警器的反应速度,减少运算时间,提出了使用数字滤波器法快速探测制导激光波长的设计思想,并推导出了数字滤波算法的迭代公式,研制出了能快速探测多种制导激光波长的数字滤波器,有效地提高了告警器的反应速度。针对CCD器件非均匀性引入的固有噪声对探测入射激光微弱信号的不良影响,在分析CCD器件非均匀性产生机理的基础上,提出了在直射告警器中使用非均匀性校正技术的方案,达到了提高系统灵敏度和增大其作用距离的目的。通过分析激光波长、重频、能量变化率等技术参数在描述和判别激光威胁源时的不确定性,提出了基于模糊决策的激光威胁源识别的设计思想。运用模糊决策理论,建立了激光能量、波长、重频等技术参数的模糊化数学模型,设计出了基于激光威胁源识别的模糊决策规则库,实现了对激光威胁源的准确识别。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 激光告警器的基本概念

1.2.1 激光告警器的组成与体制

1.2.2 激光告警器的战术指标

1.3 激光告警技术和激光告警装备的发展现状

1.3.1 激光告警技术的发展现状

1.3.2 激光告警装备的发展现状

1.4 激光告警存在的主要问题

1.5 本文的研究内容及结构安排

第二章 离轴散射告警机理研究

2.1 引言

2.2 激光在大气传输中的散射分析

2.2.1 Mie散射理论

2.2.2 单个球形粒子的散射

2.2.3 大气气溶胶散射

2.3 低空激光散射信号分布研究

2.3.1 低空激光大气传输模型

2.3.2 激光散射的能量分布计算

2.3.3 低空激光计算及结果分析

2.3.4 结论

2.4 离轴散射告警器的性能分析

2.4.1 探测器噪声

2.4.2 探测信号放大

2.4.3 告警器最小可探测功率

2.4.4 散射告警器的构成

2.4.5 散射告警器的离轴探测最大距离

2.4.6 结论

2.5 散射告警器的实验结果与分析

2.6 本章小结

第三章 降低散射告警虚警概率研究

3.1 引言

3.2 多元相关探测在激光告警器中的应用分析

3.2.1 相关探测原理

3.2.2 相关探测模型

3.2.3 相关探测存在的问题

3.3 基于K/N规则的多元相关探测模型研究

3.3.1 基于K/N规则的探测概率和虚警概率分析

3.3.2 K/N规则中K和N的取值原则

3.4 基于等级告警的积累检测模型研究

3.4.1 积累检测的一般原理

3.4.2 积累检测的应用分析

3.4.3 基于等级告警的积累检测模型

3.4.4 实验结果与结论

3.5 本章小结

第四章 基于波长探测的直射告警技术研究

4.1 引言

4.2 现有波长相干探测技术分析

4.2.1 法布里-珀罗型波长相干探测法

4.2.2 迈克尔逊型波长相干探测法

4.2.3 光纤干涉型波长相干探测法

4.2.4 几种波长相干探测技术性能比较

4.3 劈尖干涉分析

4.3.1 劈尖干涉条纹定域分析

4.3.2 劈尖等厚干涉条纹

4.3.3 光学劈尖的构成

4.4 基于劈尖干涉的激光波长探测原理

4.4.1 基于劈尖干涉的激光波长探测装置

4.4.2 劈尖干涉条纹的特点

4.4.3 用离散傅里叶变换求干涉条纹的间距

4.5 提高波长探测精度的改进算法

4.5.1 条纹间距探测误差的理论分析

4.5.2 DFT运算结果的修正

4.5.3 仿真结果

4.6 实验结果

4.7 本章小结

第五章 提高直射告警反应速度研究

5.1 引言

5.2 条纹间距快速测定的算法改进

5.2.1 频谱分辨率与DFT参数选择

5.2.2 条纹间距快速测定的算法实现

5.2.3 实验结果及分析

5.2.4 序列固定抽取的快速算法

5.3 FFT快速运算的编程优化

5.3.1 FFT算法分析

5.3.2 蝶形运算单元

5.3.3 FFT快速运算的编程思想

5.3.4 实验结果与结论

5.4 特殊激光波长的快速探测

5.4.1 滤波器迭代公式的推导

5.4.2 在告警器中数字滤波器的实现

5.4.3 实验结果与结论

5.5 本章小结

第六章 增大直射告警作用距离研究

6.1 引言

6.3 CCD非均匀性校正算法研究

6.3.1 非均匀性线性校正基本原理

6.3.2 一点定标校正算法

6.3.3 两点定标校正算法

6.3.4 仿真结果与结论

6.4 CCD信号处理与驱动电路的低噪声设计

6.4.1 CCD信号处理与驱动电路的低噪声设计方案

6.4.2 CCD驱动波形电路设计

6.5 非均匀性校正实验结果

6.6 本章小结

第七章 基于模糊决策的激光威胁源识别研究

7.1 引言

7.2 模糊决策系统的一般构成

7.2.1 模糊器

7.2.2 模糊规则

7.2.3 解模糊器

7.3 基于模糊决策的激光威胁源识别模型

7.3.1 激光威胁源的典型参数

7.3.2 激光威胁源类型模糊集

7.3.3 激光各技术参数输入模糊化

7.3.4 激光威胁源识别的模糊决策规则

7.3.5 模糊决策结果的输出算法

7.3.6 仿真结果与结论

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

致谢

参考文献

第一章 参考文献

第二章 参考文献

第三章 参考文献

第四章 参考文献

第五章 参考文献

第六章 参考文献

第七章 参考文献

攻读博士学位期间的研究成果

发布时间: 2010-08-25

参考文献

• [1].大型激光装置甚多路预放大系统关键技术研究[D]. 丁磊.哈尔滨工业大学2017
• [2].超高分辨率CCD成像系统关键技术研究[D]. 吴厚德.大连海事大学2012
• [3].非制冷型红外成像系统关键技术研究[D]. 唐艳秋.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)2016

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标签：激光告警论文;  散射探测论文;  波长探测论文;  模糊决策论文;