激光指示器作用距離建模

摘 要:為了準確計算激光指示器的有效作用距離，本文基于單基地雷達的作用距離方程，建立了含光功率的激光指示器作用距離估算模型。介紹了一種采用CCD作為探測器的光功率檢測方法，并采用數據采集卡和計算機進行數據采集和處理，實現自動準確的檢測。

關鍵詞:激光指示器 作用距離 雷達方程

中圖分類號:TN206文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0011-01

1 引言

激光指示器作為輕武器的輔助瞄準設備已有很長時間的歷史，其性能可靠，精確，被執法部門和軍事部門廣泛采用，作用距離影響著激光指示器的作戰能力和潛在威力。因此對其準確的測量有著重要的意義。

傳統檢測方法是在距離激光指示器激光出射口50m的距離處放置一個靶標，看是否能看到靶標上的激光光斑作為檢測其作用距離標準。這種檢測方法檢測精度低，受人為因素影響較大，本文采用CCD檢測方法可對其進行定量的測量。

2 雷達方程

設雷達輻射功率為Pt，輻射雷達天線的增益為Gt，則距雷達天線R遠的目標處的功率密度S為

(1)

目標受到雷達發射電磁波的照射，將產生目標散射回波。若假定目標可將接收到的功率無損耗地輻射出來，則可得到目標散射功率P2為

(2)

若不計傳播衰減，計入各種衰減損耗時，則以功率形式表示的最基本的雷達方程為:

(3)

其中L為衰減系數。

3 激光指示器作用距離建模及檢測方法

3.1 作用距離建模

激光指示器激光出射口徑D=4mm，束散角為2，則在距離激光器出射口R處光斑的面積為:

(4)

由光照度公式，得光斑在距激光指示器出射口R處的光通量為:

(5)

激光指示器的輻通亮為:

(6)

激光指示器的波長為nm，由光譜光效函數得出波長為635nm的光譜光效率值=0.6代入(6)式得:

(7)

半導體激光在發射及傳輸過程中其實質是一種電磁波，因此，半導體激光的功率可借鑒雷達方程來表述。但與雷達方程不同的是，激光指示器發出的激光只經歷由出射口到目標一個路程。則由(3)式，距激光指示器出射口R處的功率值可寫為:

(8)

若把式中看作激光在大氣中傳播時的各種能量損耗，記為，根據大氣傳輸透過率與作用距離函數關系，稱激光單程水平大氣傳輸率:

(9)

這里用激光單程水平大氣傳輸率代替，則(8)式可寫為:

(10)

其中V為能見度，冪指數q與散射粒子的尺寸分布有關，其一般值在高能見度時為1.6，中等條件時為1.3，而在低能見度(<6Km)時為。根據激光指示器使用環境可知，背景照度≤50Lux，故取能見度V=5km，可以得出冪指數q=1.585×51/3=1.000336≈1。距激光指示器為R處激光的輻射通量與距激光指示器為R處的功率值相等，即:

(10)

因此得出激光指示器作用距離R與激光器在R處功率Pt之間的關系式:

(11)

其中，D:激光出射口徑為4mm，已知;R:作用距離，未知;:激光的光束發散角，已知;:激光的波長，，已知;Pt:出射口處激光的功率值，可測。

3.2 光功率檢測方法

采用CCD檢測方法可同時對激光束散角、光功率同時進行檢測。系統主要由激光指示器、衰減片、功率計以及CCD攝像系統組成。

測的激光指示器光功率與CCD測得的平均灰度值關系，如表1所示。

由表中數據利用Matlab軟件進行最小二乘法直線擬合得出光功率與平均灰度之間的關系式:

G=117.43Pt+19.92(12)

式中Pt的單位為μw，G為CCD測得的激光光斑的平均灰度值。

將(12)式代入(11)式得作用距離與平均灰度之間的關系:

(13)

4 結語

針對國內某公司生產的激光指示器，將光波大氣傳輸透過率其引其作用距離建模中，使建模更加符合實際和準確。并采用CCD檢測方法對光功率進行檢測，通過求解方程即可定量求得作用距離。

參考文獻

[1]毛翔等.新穎亮相:一體式激光指示器[J].武器分析，2009.

[2]楊曉杰，何永強等.簡易估計激光探測系統作用距離[J].光電工程，2009，9.

[3]崔毅.照度閾值在RVR計算中的應用[J]，大氣水文海洋儀器，2007.

[4]王慶有.CCD應用技術[M].天津:天津大學出版社，2001.

①作者簡介:劉永超(1986，08—)，男，碩士，單位:長春理工大學光電工程學院，研究方向:測控技術及儀器。