全尺寸目标激光雷达散射截面测量技术研究

摘要

在现代军事应用中，激光雷达由于抗干扰能力强、隐蔽性好，被视为作战飞机不可或缺的装备。由于激光雷达散射截面（LRCS）反映了目标对激光光束截取和反射能力的大小，因此无论对于激光雷达系统的设计还是测距性能评价，目标的激光散射特性具有重要的应用价值。 当前，目标激光特性测量只适用于样片和缩比模型，而仿真建模和缩比测试均无法获取真实的目标激光特性。当针对大型空间目标测量时，目标尺寸的变化不仅对测量系统的激光辐射和回波探测性能提出更高要求，同时由于测量条件的改变，激光高斯光束特性将产生大量测量误差，因此现有的测量系统已无法满足空间全尺寸目标LRCS评估需求，有必要开展全尺寸外场空间目标激光特性测量技术研究。 论文利用高斯光束理论、激光雷达测距和LRCS理论，分析了激光光束特性、整形方法和目标LRCS对比测量法，设计了适用于测量全尺寸大型空间目标激光雷达散射截面的测量系统并开展了测量实验。论文的主要工作如下： 1、理论分析了激光高斯光束的均匀化特性。基于高斯光束理论，数值仿真了基于二元微透镜阵列透镜实现高斯光束的均匀化处理过程，结果表明光学发射天线可实现5°的发射视场和98%的光照均匀性，适用于全尺寸目标回波能量的探测。 2、对激光雷达对目标靶板的回波功率进行了仿真计算和实验研究。研究结果表明回波功率满足系统接收远距离回波信号的要求。搭建了一套测量激光回波光斑参数的系统，并对探测到的光斑参数进行了分析。 3、设计了全尺寸大型目标的LRCS测量系统并完成测量实验。实验中采用消光布措施减少背景噪声，同时优化实验流程、缩短实验时间降低大气变化对测量的影响。将实验数据与仿真数据对比，特性角度的LRCS测量结果与建模仿真数据基本吻合，验证了测量系统试验测试的可行性，为掌握全尺寸复杂目标的激光散射特性并建立空间目标LRCS综合评价体系奠定了基础。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 相关技术研究现状

1.2.1 表面材料BRDF测量与仿真建模

1.2.2 激光特性测量与评估研究进展

1.2.3 目标散射特性测试系统发展

1.3 研究目的

1.4 论文研究内容

第2章 高斯光束整形及目标激光特性基础理论研究

2.1 高斯光束

（1）高斯光束表达式

（2）束宽

（3）远场发散角

2.2 激光光束整形

2.2.1非球面透镜组

2.2.2微透镜阵列

2.2.3空间光调制

2.2.4衍射光学元件

2.3 目标激光散射特性

2.3.1激光测距目标特性

2.3.2 双向反射分布函数

2.3.3 激光雷达散射截面

2.3.4 LRCS的测量原理

2.4 目标LRCS仿真计算

2.4.1 材料BRDF特性测量

2.4.2 仿真计算模型

2.5 本章小结

第3章 激光脉冲回波特性研究

3.1 激光雷达方程

3.1.1 激光雷达作用距离方程

3.1.2 能量形式的激光雷达作用距离方程

3.2 单脉冲回波特性研究

3.3 单脉冲回波实验

3.4 实验结果分析

3.5 本章小节

第4章 LRCS测量系统设计

4.1 测量系统总体设计方法

4.1.1 测量条件论证

4.1.2 激光回波功率的预估

4.1.3系统总体设计方案

4.2 分系统详细设计

4.2.1 激光整形光束发射装置

4.2.2 激光回波接收装置

4.2.3综合控制装置

4.3 本章小节

第5章 全尺寸目标LRCS的测量实验研究

5.1 全尺寸目标LRCS测量试验

5.2 测量实验数据和仿真数据分析

5.3 本章小节

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢