激光干扰红外/电视成像系统特性研究

摘要

近年来，激光武器作为一种高能武器，拥有巨大的威力。在现代战场中能够实施可靠的探测与识别、准确打击和保留己方实力，为光电对抗起到重要作用。然而，由于战场光学环境的持续恶化，导致光电系统性能衰减乃至机能毁坏。因此，研究激光干扰红外/电视成像系统的特性是十分迫切的，它能够提高我国光电成像系统对战场环境的适应能力，对光电侦查系统的防护和建设具有重要理论和实用价值。 本文以激光干扰红外/电视成像系统的特性为目标，针对激光干扰前后系统的性能变化、在轴和离轴条件下，分析红外成像系统接收到光强变化情况、激光干扰光电成像系统的效果评估等关键问题进行研究。主要工作成果如下： 1.首先介绍了近轴激光经过光学系统的传输特性，运用ABCD矩阵法计算系统内部各透镜表面激光光斑的几何尺寸及功率密度分布。然后，基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式对有硬边光阑限制的复杂光学系统进行解析积分，与复高斯函数展开法的数值积分进行比较。最后，针对离轴高斯波束，使用控制变量法对激光传输不同的距离，再经过光阑、光学透镜系统后的光强变化情况及偏移不同夹角的波束对相同的传输距离进行仿真分析。 2.利用Debye-Wolf矢量衍射积分公式，推导矢量波束通过大孔径透镜深聚焦的光强表达式。首先基于光学成像的广域成像方法，用高斯波束倾斜入射透镜系统，得到了直接倾斜平面成像的等效矢量点扩散函数，证明了任意角度斜平面成像的二维点扩散函数。然后，对不同角度入射的x轴极化矢量高斯波束进行相应的点扩散函数的研究。最后，研究了x轴极化的拉盖尔高斯波束倾斜入射透镜系统，使用直接倾斜平面成像的等效矢量点扩散函数，研究了三维点扩散函数的横向分辨率，并且对不同角度的斜平面成像以及不同拓扑荷的成像光强分布特性进行仿真分析。 3.基于CCD用于探讨激光对红外探测器损伤，分析激光软损伤对红外成像系统的性能影响情况。采用刀刃法对激光辐照后的图像进行分析与处理，依次进行边缘检测、霍夫变换获得拟合的直线边界。并根据激光干扰后的散斑分布情况，利用费米函数或Gaussian多峰拟合，进一步求得边缘扩展函数；对其微分得到线扩展函数；接着进行傅里叶变换得到调制传递函数。并对干扰前后的调制传递函数进行对比分析。然后，分析激光对不同材料类型探测器干扰对系统等效噪声温差以及信噪比的影响，计算激光损伤前后噪声等效温差以及信噪比随温度的变化情况，并分析它的合理性。 4.开展激光干扰电视成像系统、可见光成像相机的实验研究。特别是在一定激光功率密度下同一刃边的不同位置，对它的边缘扩展函数、线扩展函数及调制传递函数进行了详细的论述。并从图像质量方面对激光干扰效果进行分析评价。

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