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激光目标成像侦查课程论文
激光主动探测技术及其应用
一:激光主动探测技术
根据有无辐射源,探测系统可以分为主动成像和被动成像系统两种。主动成像是指采用一个人造辐射源(一般为激光器)和接收器,其接收器用于收集和探测目标景物直接或反射后的部分光辐射,具有成像清晰、对比度高,不受环境光源的影响等优点[14]。被动探测系统敏感的是自发辐射或反射,容易受到环境光源的影响。监视、搜索、捕获、跟踪等光电探测系统,向来以“被动”探测为主要特点,依赖于自然辐射光、反射的日光或月光,进行成像,无须施加光源对目标进行照射。正因为以被动方式工作,所以具有极好的隐蔽性,故不易被对方察觉或识别
[15]。然而,这类被动成像系统在漆黑的夜晚、空气中含有大量的烟、尘等微粒、雾、雨、雪等能见度低的恶劣天气条件下,即使最灵敏的微光电视系统也不能提供足够的分辨率和对比度,很难探测识别目标[16]。其他被动成像系统(例如热成像系统或FLIR系统)探测中远红外辐射,主要是靠场景温度和辐射率的变化来提供图像。红外辐射受气溶胶散射影响小,因此FLIR系统能够在低能见度条件下提供分辨率相对高的图像。但是这类系统在温差变化很小甚至没有温度变化时,就不能正常工作。
再者,随着武器系统的发展,在高技术战争中,战术弹、子母弹或常规兵器中,其目标尺寸越来越小。这些不发光目标反射的太阳能量较小,再加上距离相对较远,光电测量设备接收到反射目标能量就更少,难以成
像。在自然光照明被动成像测量条件下,由于各种背景辐射的影响,限制了成像系统对远距离目标成像测量和精确跟踪能力。在强散射介质中成像、水下成像、远程小暗目标探测、深空目标成像等领域,被动成像系统受到严重的挑战,有些问题无法解决。主要原因是返回信号的能量很弱,或者背景干扰非常严重,有用的信号被干扰光、背景光所淹没,很难探测到目标[17]。要想克服以上问题,主要办法是考虑增加返回信号的能量,减小背景干扰。增加辅助照明系统是提高返回信号能量的有效手段。采用一个人造光学辐射源(一般为激光器)对目标进行照射,收集和探测目标景物直接或反射后的部
分光辐射,就可以解决被动成像系统的缺点,能够获得目标的高清晰度图像,在能见度低的恶劣天气条件下,实现远距离探测的目的[18]。
激光具有高亮度、高方向性、高单色性等特点使其成为一种理想的光源。激光照明就是利用激光的高亮度、高方向性和高单色性等特点,对远距离小暗目标或其局部进行照射,以增加返回信号的能量,采用距离选通技术减小后向散射等背景辐射的影响,就可以克服被动成像系统和红外成像系统的缺点,获得远即离小暗目标的高分辨率图像,从而实现对远距离小暗目标的探测[19]。
采用脉冲激光器、选通CICD摄像机和延迟同步控制电路等构成的激光距离选通成像系统能够在黑暗状态下或温度对比度低的条件下获得目标的高分辨率图像。激光主动成像技术不仅可以获得目标的图像信息,而且可以获得目标的距离信息,因而越来越引起人们的重视。
激光主动成像探测可直观获取丰富的目标外形或基本结构,抑制背景干扰,识别目标及目标的要害部位,激光主动成像技术越来越引起人们的重视。国外从第一台激光器诞生不久,就开始了激光主动照明技术和主动成像技术的研究。国外己经研制出多种激光主动成像系统,有的已经成为美国、加拿大、瑞典等许多国家的制式装备,有