干扰激光在光电探测器上的能量分布规律及其形成机理研究

Laser active suppressing jamming is one of the most important technologies in the domain of electro-optical countermeasures. Its targets of warfare contain precision guided weapons, airborne observation and aiming equipment, missile early-warning satellite, optical reconnaissance satellite, etc. However, the assessment of jamming effect just rely on the field jamming test so far, it is very difficult to carry out and comprehensively evaluate laser jamming effect under the multiple conditions. According to investigating the distribution regularities of laser energy on the photodetector and simulating the jamming effect image, it undoubtedly provides a new method for the all-around assessment of laser jamming effect. The project aims at discovering the distribution regularities of laser energy and revealing its formation mechanism. We plan to analyze all the possible elements that result in laser energy distribution and then explore to set up the laser energy distribution model which covers diffraction effect, interference effect, scattering effect of optical system. The model is validated and modified with the experimental measurement. At last, we apply the laser energy distribution model to the refractive, reflective and catadioptric optical system and investigate the distribution regularities of laser energy in the different categories of optoelectric imaging systems. The research achievement will support the all-around assessment of laser jamming effect and provide the technical reference for design, approval and upgrade of our laser weapons.

激光有源压制干扰是光电对抗领域的重要手段，作战对象覆盖精确制导武器、机载观瞄设备、导弹预警和光学侦察卫星等等。然而，目前对其干扰效果的评估只能依赖外场实地干扰试验，实施难度大，并且难以实现多种条件下干扰效果的综合评估。研究干扰激光在光电探测器上的能量分布规律，基于探测器光谱响应仿真干扰后效应图像，无疑为激光干扰效果的综合评估提供了一种崭新的思路。本项目以揭示探测器上激光能量分布规律及其形成机理为目标，在全面分析可能引起能量分布各因素的基础上，构建涵盖光学系统衍射、干涉、散射等多种效应下的激光能量分布模型，通过实验对建立模型进行验证完善，并揭示能量分布的形成机理，最后将模型推广应用到透射式、反射式、折反式光学系统上，研究不同光学系统探测器上的激光能量分布规律，力图使该项研究覆盖常见类型的光电成像系统。预期研究成果将支持激光干扰效果的综合评估，并为我军激光武器的设计定型和更新换代提供技术储备。

激光有源压制干扰是当前光电对抗领域的重要手段，干扰激光经光电成像系统传输到达探测器上的能量分布常常是包含条纹、点阵、散斑等多种杂散光成分的极其复杂的能量分布，本项目以研究揭示干扰激光在光电成像系统探测器上的能量分布规律及其形成机理为目标，主要取得了下面四个方面的研究成果：. （1）建模分析了可能引起探测器上激光能量分布的几个光学系统效应. 从标量衍射理论出发，推导了三角形、五边形、六边形光阑衍射下的能量分布公式，仿真衍射效应产生能量分布的特点规律；以典型的双高斯光学系统为例，依据其具体的镜面参数仿真等倾干涉、等厚干涉产生能量分布的特点规律；构建双高斯光学系统的杂光分析模型，追迹激光在模型中的传输，仿真得到散射效应产生的能量分布；最后建立了涵盖光学系统多种效应下的探测器上激光能量分布模型。. （2）提出了光电探测器和配套光学系统的选型方法，测试了多种干扰条件下的能量分布. 依据典型光学系统参数，计算衍射效应、干涉效应产生条纹的间距、范围和强度，确定光电探测器的像元尺寸、规模、最低照度和动态范围；基于DMK23G 445型CCD的Nyquist频率，确定配套光学系统的分辨率；测试了不同激光波长、激光功率、入射角度和光学系统F数下的激光能量分布。. （3）建模重构AZURE-3514MM镜头的镜片组件模型和杂光分析模型. 测量了实验所用AZURE-3514MM镜头的各镜片曲率、厚度、通光孔径和相互位置关系，以及镜筒内壁、光阑片的散射特性；建模重构了AZURE-3514MM镜头的镜片组件模型和杂光分析模型；基于镜片组件模型，分析了AZURE-3514MM镜头的各项像质指标。. （4）揭示了探测器上五边形散斑、圆环条纹和规则点阵的形成机理.基于AZURE-3514MM镜头的杂光分析模型，追迹激光依次透过各镜片的传输过程，揭示了探测器上五边形散斑、圆环条纹和规则点阵的形成机理。五边形散斑是由于光阑片前后镜面的激光反射引起的，圆环条纹是镜头最后一个镜片的前后镜面反射光在探测器上干涉产生的；规则点阵的产生机理是CCD光敏面的二维衍射效应。