水下同步扫描周视激光近程目标探测研究
发布时间：2022-09-17 10:17
海水中蓝绿透光窗口的发现,为水下目标探测开辟了一条新的途径,激光具有亮度高、脉冲短、准直度高等优点,用于水下目标的探测可以获得比声呐更高的测距、定位和成像精度。基于蓝绿激光水下探测和周视激光探测技术,开展水下同步扫描周视激光近程目标探测研究,通过对水下近程目标的方位判别,为鱼雷定向战斗部提供目标方位信息,结合引信对起爆点的控制,通过引战配合,实现定向起爆鱼雷定向战斗部,以充分利用战斗部的爆炸威力,有效提高鱼雷的单雷毁伤效能。开展水下周视激光近程目标探测研究对提高鱼雷终端毁伤效能,实现与定向战斗部的引战配合有重要意义。本文以鱼雷激光近炸引信为对象,基于海水光学特性,分析水体环境对激光探测的影响,提出适用于海水环境和鱼雷载体的周视探测方案,研究周视探测发射和接收光路设计,探讨不同探测条件的非同轴光学系统角度参数优化,针对脉冲激光扫描探测方式研究其扫描频率和脉冲频率对系统探测性能的影响,通过多个探测点数据解算目标速度并制定最佳起爆策略,最终合理设计水下同步扫描周视激光近程目标探测系统。研究了海水的光学特性,根据海水中水分子、黄色物质、浮游植物和非色素悬浮粒子对光波的衰减作用,计算海水对532...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 水下近程探测的国内外研究现状
1.2.1 鱼雷引信的发展与国内外研究现状
1.2.2 蓝绿激光水下探测国内外研究现状
1.3 相关技术研究进展
1.3.1 鱼雷定向战斗部技术研究进展
1.3.2 激光周视探测技术研究进展
1.3.3 激光水下传输特性研究进展
1.4 本文研究内容及行文安排
2 基于海水光传输特性的水下激光周视探测方案设计
2.1 海水光学特性
2.2 激光束在海水中的能量衰减
2.2.1 海水吸收系数
2.2.2 海水散射系数
2.2.3 海水中目标回波功率衰减模型
2.2.4 水下激光探测系统发射功率要求
2.3 海水后向散射特性研究
2.3.1 海水悬浮粒子米散射模型
2.3.2 悬浮粒子后向散射率
2.4 水下激光周视探测原理与方案
2.4.1 激光近炸引信常用发射和接收光路布局分析
2.4.2 水下激光单发单收同步扫描周视探测方案
2.4.3 扫描折转机构设计
2.5 本章小结
3 水下激光周视探测光路研究
3.1 全周向发射和接收光路设计
3.2 发射和接收光路光学仿真与分析
3.2.1 发射光路光学仿真
3.2.2 接收光路光学仿真
3.3 非对称接收光束光斑聚焦方法
3.4 本章小结
4 非同轴光学系统最优角度参数设计
4.1 非同轴光学系统探测区分布研究
4.1.1 目标回波功率方程
4.1.2 不同角度参数条件下探测区分布情况
4.1.3 扫描折转机构角度参数调节
4.1.4 探测区距离计算模型
4.2 基于不同探测条件的角度参数优化模型
4.2.1 近程目标探测系统
4.2.2 远距离探测系统
4.2.3 基于屏蔽干扰信号的角度参数优化
4.2.4 几何截断定距探测系统
4.3 探测视场模拟装置设计与测试实验
4.3.1 探测视场模拟装置设计
4.3.2 不同角度参数下探测区距离测试实验
4.4 本章小结
5 脉冲激光扫描探测频率设计与最佳起爆策略研究
5.1 目标方位角检测技术研究
5.1.1 直流电动机调速控制方法研究
5.1.2 常用角度检测方式分析
5.1.3 目标方位角磁电检测方案设计
5.2 脉冲激光同步扫描探测点数据综合分析
5.2.1 坐标系描述
5.2.2 基于多探测点的目标速度矢量模型
5.2.3 基于多探测点的最佳起爆模型
5.3 脉冲激光扫描探测系统最佳扫描频率与脉冲频率
5.3.1 扫描频率与脉冲频率匹配关系
5.3.2 最低扫描频率与脉冲频率数学模型
5.3.3 典型目标最低扫描频率和脉冲频率计算
5.3.4 模拟实验与结果分析
5.4 本章小结
6 水下周视激光探测系统原理样机设计及验证实验
6.1 原理样机总体设计
6.2 原理样机子系统相关设计
6.2.1 高功率脉冲绿激光器定制
6.2.2 基于APD的微弱信号接收系统设计
6.2.3 扫描折转机构设计安装
6.2.4 磁电检测模块与样机配套控制子系统设计
6.3 原理样机实现与空气实验
6.3.1 原理样机实现与密封实验
6.3.2 空气中原理样机探测距离测试实验
6.3.3 空气中原理样机目标方位角识别测试实验
6.4 不同水体介质中激光传输与原理样机性能测试实验
6.4.1 实验条件
6.4.2 准纯水与模拟海水介质中目标回波特性测试实验
6.4.3 原理样机在准纯水与模拟海水中性能测试实验
6.5 原理样机开阔自然水域实验
6.5.1 二类水体环境实验
6.5.2 四类水体环境实验
6.6 本章小节
7 总结及展望
7.1 全文的工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于棱镜的激光周视接收系统的设计[J]. 谢洪波,姚丽娟,李勇,祝世民. 激光技术. 2014(05)
[2]一种基于多门限的周视激光引信抗干扰方法研究[J]. 杨若愚,梁谦,于海山. 航空兵器. 2014(03)
[3]机载激光浅海测深技术的现状和发展[J]. 王越. 测绘地理信息. 2014(03)
[4]用简述机载激光测深系统及其在海底底质分类中的应用[J]. 时振伟,阳凡林,刘翔,齐晓迪. 中国水运(下半月). 2013(10)
[5]外军水下侦察技术现状与发展趋势[J]. 郑君杰,尹路,李延斌,马金钢,姚春富. 舰船电子工程. 2013(08)
[6]鱼雷引战配合问题探讨[J]. 王树山,卢熹,马峰,徐豫新. 鱼雷技术. 2013(03)
[7]一种磁阻传感器转速测量系统设计[J]. 王常江,李锦明,马游春. 计算机测量与控制. 2013(02)
[8]水下激光引信回波功率研究[J]. 查冰婷,张合,谭亚运. 传感器与微系统. 2013(01)
[9]海洋激光雷达水下目标探测的蒙特卡罗仿真分析[J]. 吴方平,章曦,李配军,吴王杰,蒋敏,李大鹏. 激光与光电子学进展. 2012(12)
[10]基于LabVIEW的鱼雷电磁引信干扰试验系统设计[J]. 孙常存,任志良,谭思炜,李鹏. 舰船电子工程. 2012(11)
博士论文
[1]近场定距脉冲激光在降雨中的大气传输特性研究[D]. 郭婧.南京理工大学 2012
[2]海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 林宏.华中科技大学 2007
[3]光在大气和海水信道的传输性能研究[D]. 詹恩奇.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]周视激光探测系统信号处理研究[D]. 潘程浩.北京理工大学 2014
[2]周视激光动态探测系统[D]. 顾斌.南京理工大学 2010
[3]高频脉冲激光测距接收系统设计[D]. 王晓冬.南京理工大学 2009
[4]空中目标近距动态探测周视光学系统设计[D]. 常嵘.南京理工大学 2008
[5]鱼雷主动电磁引信数字化实现技术研究[D]. 倪辉.国防科学技术大学 2007
[6]基于DSP的激光近炸引信信号处理技术[D]. 孙传鹏.哈尔滨工业大学 2007
[7]半导体激光测距接收系统研究[D]. 吕晓玲.长春理工大学 2006
[8]机载海洋激光雷达监测赤潮研究[D]. 陈慧.华中科技大学 2006
[9]近程目标探测与方位估计及硬件实现[D]. 许鹏.西北工业大学 2006
[10]空地导弹激光近炸引信技术研究[D]. 李彦.南京理工大学 2004
本文编号：3679046
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 水下近程探测的国内外研究现状
1.2.1 鱼雷引信的发展与国内外研究现状
1.2.2 蓝绿激光水下探测国内外研究现状
1.3 相关技术研究进展
1.3.1 鱼雷定向战斗部技术研究进展
1.3.2 激光周视探测技术研究进展
1.3.3 激光水下传输特性研究进展
1.4 本文研究内容及行文安排
2 基于海水光传输特性的水下激光周视探测方案设计
2.1 海水光学特性
2.2 激光束在海水中的能量衰减
2.2.1 海水吸收系数
2.2.2 海水散射系数
2.2.3 海水中目标回波功率衰减模型
2.2.4 水下激光探测系统发射功率要求
2.3 海水后向散射特性研究
2.3.1 海水悬浮粒子米散射模型
2.3.2 悬浮粒子后向散射率
2.4 水下激光周视探测原理与方案
2.4.1 激光近炸引信常用发射和接收光路布局分析
2.4.2 水下激光单发单收同步扫描周视探测方案
2.4.3 扫描折转机构设计
2.5 本章小结
3 水下激光周视探测光路研究
3.1 全周向发射和接收光路设计
3.2 发射和接收光路光学仿真与分析
3.2.1 发射光路光学仿真
3.2.2 接收光路光学仿真
3.3 非对称接收光束光斑聚焦方法
3.4 本章小结
4 非同轴光学系统最优角度参数设计
4.1 非同轴光学系统探测区分布研究
4.1.1 目标回波功率方程
4.1.2 不同角度参数条件下探测区分布情况
4.1.3 扫描折转机构角度参数调节
4.1.4 探测区距离计算模型
4.2 基于不同探测条件的角度参数优化模型
4.2.1 近程目标探测系统
4.2.2 远距离探测系统
4.2.3 基于屏蔽干扰信号的角度参数优化
4.2.4 几何截断定距探测系统
4.3 探测视场模拟装置设计与测试实验
4.3.1 探测视场模拟装置设计
4.3.2 不同角度参数下探测区距离测试实验
4.4 本章小结
5 脉冲激光扫描探测频率设计与最佳起爆策略研究
5.1 目标方位角检测技术研究
5.1.1 直流电动机调速控制方法研究
5.1.2 常用角度检测方式分析
5.1.3 目标方位角磁电检测方案设计
5.2 脉冲激光同步扫描探测点数据综合分析
5.2.1 坐标系描述
5.2.2 基于多探测点的目标速度矢量模型
5.2.3 基于多探测点的最佳起爆模型
5.3 脉冲激光扫描探测系统最佳扫描频率与脉冲频率
5.3.1 扫描频率与脉冲频率匹配关系
5.3.2 最低扫描频率与脉冲频率数学模型
5.3.3 典型目标最低扫描频率和脉冲频率计算
5.3.4 模拟实验与结果分析
5.4 本章小结
6 水下周视激光探测系统原理样机设计及验证实验
6.1 原理样机总体设计
6.2 原理样机子系统相关设计
6.2.1 高功率脉冲绿激光器定制
6.2.2 基于APD的微弱信号接收系统设计
6.2.3 扫描折转机构设计安装
6.2.4 磁电检测模块与样机配套控制子系统设计
6.3 原理样机实现与空气实验
6.3.1 原理样机实现与密封实验
6.3.2 空气中原理样机探测距离测试实验
6.3.3 空气中原理样机目标方位角识别测试实验
6.4 不同水体介质中激光传输与原理样机性能测试实验
6.4.1 实验条件
6.4.2 准纯水与模拟海水介质中目标回波特性测试实验
6.4.3 原理样机在准纯水与模拟海水中性能测试实验
6.5 原理样机开阔自然水域实验
6.5.1 二类水体环境实验
6.5.2 四类水体环境实验
6.6 本章小节
7 总结及展望
7.1 全文的工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于棱镜的激光周视接收系统的设计[J]. 谢洪波,姚丽娟,李勇,祝世民. 激光技术. 2014(05)
[2]一种基于多门限的周视激光引信抗干扰方法研究[J]. 杨若愚,梁谦,于海山. 航空兵器. 2014(03)
[3]机载激光浅海测深技术的现状和发展[J]. 王越. 测绘地理信息. 2014(03)
[4]用简述机载激光测深系统及其在海底底质分类中的应用[J]. 时振伟,阳凡林,刘翔,齐晓迪. 中国水运(下半月). 2013(10)
[5]外军水下侦察技术现状与发展趋势[J]. 郑君杰,尹路,李延斌,马金钢,姚春富. 舰船电子工程. 2013(08)
[6]鱼雷引战配合问题探讨[J]. 王树山,卢熹,马峰,徐豫新. 鱼雷技术. 2013(03)
[7]一种磁阻传感器转速测量系统设计[J]. 王常江,李锦明,马游春. 计算机测量与控制. 2013(02)
[8]水下激光引信回波功率研究[J]. 查冰婷,张合,谭亚运. 传感器与微系统. 2013(01)
[9]海洋激光雷达水下目标探测的蒙特卡罗仿真分析[J]. 吴方平,章曦,李配军,吴王杰,蒋敏,李大鹏. 激光与光电子学进展. 2012(12)
[10]基于LabVIEW的鱼雷电磁引信干扰试验系统设计[J]. 孙常存,任志良,谭思炜,李鹏. 舰船电子工程. 2012(11)
博士论文
[1]近场定距脉冲激光在降雨中的大气传输特性研究[D]. 郭婧.南京理工大学 2012
[2]海洋悬浮粒子的米氏散射特性及布里渊散射特性研究[D]. 林宏.华中科技大学 2007
[3]光在大气和海水信道的传输性能研究[D]. 詹恩奇.华中科技大学 2007
硕士论文
[1]周视激光探测系统信号处理研究[D]. 潘程浩.北京理工大学 2014
[2]周视激光动态探测系统[D]. 顾斌.南京理工大学 2010
[3]高频脉冲激光测距接收系统设计[D]. 王晓冬.南京理工大学 2009
[4]空中目标近距动态探测周视光学系统设计[D]. 常嵘.南京理工大学 2008
[5]鱼雷主动电磁引信数字化实现技术研究[D]. 倪辉.国防科学技术大学 2007
[6]基于DSP的激光近炸引信信号处理技术[D]. 孙传鹏.哈尔滨工业大学 2007
[7]半导体激光测距接收系统研究[D]. 吕晓玲.长春理工大学 2006
[8]机载海洋激光雷达监测赤潮研究[D]. 陈慧.华中科技大学 2006
[9]近程目标探测与方位估计及硬件实现[D]. 许鹏.西北工业大学 2006
[10]空地导弹激光近炸引信技术研究[D]. 李彦.南京理工大学 2004
本文编号：3679046
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