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基于脉冲激光器的水下距离选通成像雷达是水下光电探测的重要手段之一,为了在探测距离内获得有效的照明范围,在小角度散射条件下,推导了水体光束扩展函数,提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用532 nm调Q 倍频Nd:YAG 脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结果进行对比表明,该激光照明模型能够较好地吻合实验结果。模型误差随着照明距离和激光发散角的增加而变大,在目标平面直径为1 m 的圆形照明区域条件下,仿真得到的照明光斑半径在8.5 个衰减长度范围内与实测值误差不超过0.1 m。
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第 36 卷 第 4 期
2016 年 4 月
Vol. 36, No. 4
April, 2016
光 学 学 报
ACTA OPTICA SINICA
0401005-
水下距离选通成像雷达激光照明模型
钟 炜 张晓晖 韩宏伟
海军工程大学兵器工程系, 湖北 武汉 430033
摘要 基于脉冲激光器的水下距离选 通成像 雷达是水下光电探测的重要手段之一,为了在探测距离内获得有效的
照明范围,在小角度散射条件下,推导了水体光束扩展函数,提出了一种水下高斯光束激光照明模型。采用 532 nm
调 Q 倍频 Nd:YAG 脉冲激光器实验测量了不同发散角激光在水下目标平面上的照度分布半径。与其他模型仿真结
果进行对 比 表 明 ,该 激 光 照明模型 能 够 较 好地吻合实 验 结 果 。模型误 差 随 着 照 明距离和 激 光 发 散角的增加 而 变
大,在 目标平 面直径 为 1 m 的圆 形照明 区域条 件下,仿真得到的照明光斑半径在 8.5 个衰减长度范 围内与 实测值 误
差不超过 0.1 m。
关键词 海洋光学; 距离选通; 主动成像; 光束扩展函数
中图分类号 TN249 文献标识码 A
doi: 10.3788/AOS201636.0401005
Irradiance Spatial Distribution Model of Laser Source for Underwater
Range-Gated Imaging Radar
Zhong Wei Zhang Xiaohui Han Hongwei
Department of Ordnance Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan, Hubei 430033, China
Abstract Underwater range-gated imaging is an important method of underwater photoelectric detection. In order
to obtain sufficient illuminating areas, an efficient model of the irradiance spatial distribution is derived for Gaussian
laser illumination in the water based on small angle scattering theory. Irradiance distribution measurements of a
532 nm laser source with different divergence are presented. The errors of the model become large when the
divergence of the laser increases and the illuminating range extends, but the resulting predictions of the analytical
model are in good agreement with the experimental measurement over wide range of illuminating distance by
limiting the field of illumination to the circle region with a diameter of 1 m. These predictions can give enough
precision for underwater range-gated imaging systems.
Key words oceanic optics; range-gated; active imaging; beam spread function
OCIS codes 010.4450; 010.3310; 010.4455
1 引 言
水下激光成像技术具有成像分辨率高、调制解调性能好、作用距离远等优点,不论是在军用还是民用领
域都有着重要的应用价值
[1-2]
。距离选通技术是一种基于脉冲激光的成像技术,能够选择性地接收不同探测
距离的激光回波 ,从而有 效抑制后向散射 ,提高目标探测 距离
[3-7]
。高重频水下距 离选通成 像机制采用重复
频率高的激光器作为光源,降低了单脉冲能量,能消除盲区限制
[8]
。为了在不同成像距离获得有效的照明区
域,构建有效的 激光照 明模型具有重要 的工程 意义。目前模拟 激光水 下照明效果有以 下三种 方法:1) 指数
衰减模型不考虑 水体散 射作用 ,只适用 于照明 距离近且散射系 数小的 情况
[9]
,当水体散射作 用加强时,照明
收稿日期: 2015-12-03; 收到修改稿日期: 2015-12-22
基金项目: 海装十二五预先研究基金(4010501050401)、海军工程大学自然科学基金(435517D43)
作者简介: 钟 炜(1985-), 男,博士研究生,主要从事海洋光学方面的研究。E-mail: hg_zhongwei@163.com
导师简介: 张晓晖(1965-), 女,博士,教授,主要从事海洋光学、激光探测技术等方面的研究。
E-mail: zhangxiaohui505@sina.vip.com(通信联系人)
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