空中目标靶上强激光光斑参数测量技术

【摘要】测量靶上强激光远场功率密度时空分布,对于研究强激光大气传输效应、评价激光系统光束控制能力和跟踪瞄准能力具有十分重要意义。基于光电探测器的阵列探测法是测量强激光远场光斑时空分布的主要方法,也是强激光测试技术领域研究的热点。本文主要针对强激光系统斜程传输试验中连续波高能激光和重复频率脉冲激光光斑测量需求,对强激光光电探测阵列法光斑测量关键技术和光斑参数评价技术开展了深入研究,所取得的主要研究成果如下：1.对强激光的斜程大气传输效应问题进行了理论分析和数值模拟研究。基于开发的数值模拟程序,结合实际外场的大气光学参数,通过数值模拟和解析方法研究了激光斜程大气传输的光斑特性,分析了大气条件对到靶光强的空间频率特性、光强闪烁特性、光束漂移和扩展特性等参数影响,从到靶参数评价角度研究了大气光学条件对激光参数测量系统性能指标要求的定量关系,确定了激光参数测量系统性能指标要求。2.对连续波高能激光光斑分布测量技术中关键技术进行了研究。针对高能激光辐照度定量衰减取样需求,开展了连续波高能激光漫反射衰减取样方法研究,分别计算了漫反射衰减单元光束透过光场的空间分布、角度特性和衰减系数,建立了一种用于高能激光阵列探测器的漫反射衰减取样方法；针对中红外探测器温度敏感性问题,开展了中红外HgCdTe光导探测器温度特性理论分析和实验研究,提出探测器选型依据,建立了中红外探测单元响应率温度自动补偿的物理模型,成功研制了单元温度分布自动提取补偿的探测阵列,解决了系统高空环境适应性技术难题；开展了强激光防护材料表面处理工艺研究,达到了强激光试验要求；提出了几种不同波长光源联合比对的绝对响应率标定方案,建立了温度为-60℃～+40℃范围内探测器温度特性测试系统,解决了中红外探测器响应率的宽温度范围标定难题。开展了连续波高能激光靶斑仪系统的机械结构设计,满足了空中环境及搭载平台的使用要求；研制了无人机载高分辨力、大动态范围、耐强激光辐照的连续波高能激光靶斑仪,实现了对强激光系统瞄准能力的亚微弧度高精度测量。3.对重频脉冲激光远场强度分布测量技术进行了研究。针对低重频、纳秒脉冲激光测量问题,研究了纳秒脉冲信号时间展宽放大技术、无外触发信号的自触发提取技术、系统信号采集处理技术,采用“时间放大”和“电荷异步积分”的测量方案,有效解决了无同步触发信号时的多通道、纳秒级脉冲信号的实时测量技术难题。针对高重频脉冲激光测量问题,研究了高重频信号包络信息提取、多通道脉冲信号采集等技术,研究突破了无人机机载10kHz高重频DPL激光靶斑仪研制的关键技术,实现了空中靶目标试验到靶激光功率密度的高精度测量。4.对强激光到靶光斑参数评价技术开展了研究。研究了靶目标试验激光到靶能力表征参数的评价方法,分析了影响激光到靶参数评价的因素；为了研究靶斑仪主要技术指标对到靶光斑参数评价的影响,建立了一种基于激光大气传输数值模拟与光斑统计分析相结合的分析方法,结合实际外场大气光学参数,重点研究了某型无人机靶目标中高能激光靶斑仪系统的主要性能指标(空间分辨力、采样频率、阵列灵敏度不一致性、线性动态范围等)对到靶参数评价的影响,给出了定量性评价结果和影响规律,进一步验证了靶斑仪系统主要技术指标设计合理性。
【作者】冯国斌；
【导师】安毓英；
【作者基本信息】西安电子科技大学，光学工程，2014，博士
【关键词】强激光；高能激光；靶斑仪；阵列探测器；光斑分布；

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