目标激光脉冲一维距离成像研究

根据激光雷达方程及粗糙面脉冲波束散射理论,提出了目标激光脉冲后向散射回波功率即激光一维距离像的计算表达式,并获得斜板、球和圆锥一维距离像的具体形式.数值计算结果与粗糙平板和圆锥激光脉冲回波强度实验数据比较,两者符合良好.数据分析表明,激光一维距离像曲线能够较好反映目标的纵向几何外形信息.我们着重讨论了入射激光脉冲宽度与目标径向尺寸对距离像的影响.上述研究可为激光波段的目标特征提取和识别提供理论依据.     

略论机载激光测深系统的激光脉宽选择

依据对海面背景噪声光子的计算和激光回波幅度的涨落分析，提出机载激光测深系统的激光脉冲宽度宜选为小于或等于5ns。     

运动目标的主动声探测脉冲回波信号波形重构

水下主动声探测是水下目标探测的主要技术之一,其目标回波信号的模拟技术对水下作战防御、声呐和水中兵器以及水下目标探测系统的研制、实战操作训练等多项国防及民用领域具有十分重要的作用。 针对常见的 CW 和 LFM 主动声探测信号,开展了运动目标回波信号波形的重构技术研究。 在捕获得到主动声探测脉冲的条件下,利用“波形存储重发”的基本方法,根据运动目标相对运动速度,重新设置回波信号采样频率,从而实现宽带回波信号(LFM 信号)及窄带回波信号(CW 信号)的多普勒频移模拟。 根据目标回波时延信息,给出了目标回波时延重构模拟方法,并根据不同目标类型和入射方位给出了目标强度参数设置的参考。     

Nd:YAG纳秒激光诱导硅表面微结构的演化

利用Nd:YAG纳秒激光(波长为532和355 nm)对单晶硅在真空中进行了累积脉冲辐照,研究了表面微结构的演化情况.在激光辐照的初始阶段,532和355 nm激光脉冲均在硅表面诱导出了波纹结构,后者辐照硅表面后形成了近似同心但稍显混乱的环形波纹结构.随着脉冲数的增加,波纹结构逐渐演化为一种类似珠形的凹凸结构,最后形成准规则排列的微米量级锥形结构,该微结构的生长依赖于表面张力波和结构自组织.分析发现,形成的交叉环形结构主要是在355 nm激光辐照硅的过程中,表面张力波导致波纹结构部分叠加的结果.     

由垂直入射脉冲和海底回波反演海底声参数

浅海海底声参数是影响声场传播的重要参量。文中根据信号的相位特性对反演稳定性的影响进行了数值模拟;并于2002年8月在黄海海区进行了海底声参数反演实验。利用垂直入射脉冲和海底回波数据进行海底声参数反演,由于海底回波信号随穿透深度增加而导致回波信号的信噪比降低,为了有效地增加海底声阻抗反演深度,提出平滑分段抽取冲激响应,重建声阻抗剖面的方法。结合Hamilton经验公式,分离海底声速、密度,反演结果与海底采样样本分析值、经验值吻合较好。     

数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的电子热发射.当超短激光脉冲与薄膜靶相互作用时,首先入射超短脉冲激光对吸收深度内的自由电子进行热激发;接下来热激发电子将能量传递到附近的晶格,再通过电子和晶格二体系的热传导,以及电子晶格间的热耦合,将能量传递到材料的内部.因此,电子在皮秒级甚至更短的时间内不能与晶格进行能量耦合,使电子温度超出晶格温度很多,电子热发射就变得非常明显了.用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,结果发现电子热发射对飞     

利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的研究

提出了一种利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的物理方案.利用自相似方法研究了不同脉冲前沿的单飞秒激光辐照钛平板靶产生的类氖钛X射线激光等离子体的特性,得到了电子温度、电子密度和定标长度三者的定标律,讨论了给定输入参数下各定标律曲线的特性.研究表明,利用单个飞秒激光能够实现X射线激光的产生,而且脉冲前沿强度随时间增长平缓的飞秒激光有利于驱动X射线激光.本研究为实验上实现单飞秒激光脉冲驱动X射线激光提供了一种新的方案.     

纳秒激光烧蚀铝材料的二维数值模拟

为了探索纳秒脉冲强激光与材料的相互作用机理,建立了二维数值模型,利用有限差分法对纳秒激光脉冲烧蚀金属铝的温度场进行了数值模拟.通过对比不同脉宽、光斑和能量下激光引起的温度场随时间的演化,发现脉冲的前期温度升高比后期快.等温图显示中心温度升高最快,烧蚀轮廓与激光束形状相似,烧蚀深度达1—5 μm.脉宽越长,烧蚀越窄和越深,光斑越大,烧蚀越宽和越浅.数值研究表明,1)激光的脉冲形状、脉宽和功率密度直接影响烧蚀的形状和深度;2)激光功率密度在10⁹ W/cm²量级烧蚀     

机载激光测深在我国海道测量中应用的可行性研究

自1968年美国纽约州叙拉古(Syucause)大学研究中心的G.D.Hichman首先提出了用激光脉冲测量的想法,并在1969年的《环境遥感》杂志上发表了题为“用于测量近岸水域的机载脉冲式激光机”一文以来,世界海洋大国相继对机载激光机进行了研制;美国、澳大利亚走在最前列。到目前为止,已有数十台机载激光测深仪问世,并投入使用。 本文将主要介绍机载激光测深原理,激光能量传播定理、扫描格式、各国机载激光测深仪发展及性能.并对机栽激光的应用领域和我国海道测量中的应用可行性进行研究。提出了发展我国机载激光测深系统的设想。     

一种机载激光测深回波信号的处理方法

利用回波信号的物理性质代替几何性质,将Darcy渗流方程与非线性扩散方程耦合,提出了一种基于多物理场的信号处理方法,通过有限差分方法进行离散化处理,实现对机载激光测深回波信号的处理。在此基础上,基于激光在海水中的传播特性,建立数学关系式,对机载532 nm激光测深系统回波信号进行数值模拟,利用多物理场信号处理方法对仿真模拟数据进行处理,并与传统滤波方法比较。实验结果表明,该方法可以很好地应用于机载激光回波信号的处理中,通过比较得出多物理场方法精度较高,算法稳定,验证了该方法的可行性与有效性。     

基于虚警函数的侧扫声纳水下目标实时检测方法

研究了侧扫声纳系统进行水下目标探测过程中目标信号的检测问题。通过分析海底回波信号的统计模型及其参数的估计,讨论了目标信号对统计模型拟合的影响规律,提出了侧扫声纳回波信号虚警函数和虚警率的概念,及其对Ping信号中目标信号的检测方法。算例结果表明,回波信号的三种分布模型中K分布拟合程度最优,在相同虚警率的条件下,基于K分布的虚警函数目标检测率最高。该法可为侧扫声纳回波信号中目标的实时报警提供技术支撑。     

飞秒啁啾Gauss型脉冲在稠密Λ型三能级原子介质中的传播

利用由预估校正(PC)- 时域有限差分(FDTD)法求得的不含慢变包络近似(SVEA)和旋转波近似(RWA)的全波Maxwell-Bloch方程的数值解, 研究了飞秒啁啾Gauss型激光脉冲(以下简称啁啾脉冲)在稠密Λ型三能级原子介质中的传播.研究表明,啁啾系数(C)的正负及大小的变化对脉冲传播特性有显著的影响,而且这个影响与脉冲面积的大小密切相关.面积小于4π的啁啾脉冲,在介质中传播时不发生分裂,且啁啾脉冲逐渐演化为一个近似的无啁啾(C=0)脉冲,这一特点不随啁啾系数的改变而     

利用回波波形特征实现激光雷达的水陆分离

针对双频测深激光雷达数据的特点,研究了利用激光回波波形特征实现点云数据水陆分离的方法。激光和水体的相互作用通常会导致激光回波波形的展宽,与仅在空气中传播的陆地激光回波有明显区别。首先采用高斯函数对回波数据进行波形模拟,用期望方差最大法求解高斯函数的最优参数,得到波形拟合特征参数,随后以绿波段的波宽之和以及红波段与绿波段振幅比值这两个指标作为水陆分离的特征参数,采用最佳阈值分割法得到阈值参数并实现水陆分离,最后采用遥感影像辅助生成准确的水陆点云类别,评价本文方法的分类精度。实验结果表明,基于回波波形特征和阈值分割的方法能够较为准确地实现双频测深激光雷达数据的水陆分离,数据正确率优于94%。     

交叉偏振滤波技术提高飞秒超强激光信噪比的研究

对交叉偏振波滤波技术理论分析的基础上,在"极光-III"装置中采用该技术进行了钛宝石飞秒放大激光脉冲对比度提高的实验研究,不仅显著的抑制了纳秒范围内再生放大器产生的预脉冲,而且也将皮秒范围内的信噪比由10^-5提高到了10^-7,实验测得基波到交叉偏振波的转化效率大于10%.研究表明,该技术可以有效地提高飞秒超强激光的信噪比.     

宽带啁啾脉冲激光非线性传输过程中的时空微扰研究

基于非线性薛定谔方程推导出大啁啾脉冲的传输方程,利用微扰理论,分析了啁啾脉冲激光的时空不稳定性. 理论上比较清楚的阐述了宽带脉冲激光在大啁啾情况下,其时空噪声的相互影响与相互作用情况及脉冲啁啾对噪声微扰调制的影响,发现在相同γI₀(非线性系数与峰值强度乘积)的情况下脉冲啁啾对噪声调制的增长没有直接影响. 最后我们在实验上利用非线性介质对啁啾脉冲的空间小尺度自聚焦过程进行了部分验证,同时也在数值上对宽带啁啾脉冲的时间噪声调制的增长进行了模拟分析,发现实验结果和模拟分析结论     

正入射声脉冲法估测海底表层沉积物衰减系数

本文提出一种用高频正入射声脉冲估测海底表层沉积物衰减系数的方法。在一定的条件下,正入射声脉冲海底回波的包络含有指数衰减因子exp(-βct)。如果声波频率足够高,回波包络的形状主要取决于声波在沉积物中传播的指数衰减。因此,从回波包络可以估算沉积物的衰减系数。本文在细密分层模型的基础上推导出回波包络,这可以看作是对高频声波在沉积物中体积散射机理的一种解释。文中给出了海上实验的测量结果。     

硅的间接跃迁双光子吸收系数谱

利用皮秒Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,测量出光子能量介于1.36 μm (0.912 eV)—1.80 μm (0.689 eV)之间的硅间接跃迁双光子吸收系数谱.尽管此波段范围内的激光光子能量小于硅间接带隙,但当激光辐照在硅基光电二极管受光面时,在二极管两电极端仍然探测到了显著的脉冲光伏信号.光伏信号峰值强度与入射光强呈二次幂函数关系,表明其是双光子吸收过程.采用pn结等效结电容充放电模型,将光伏响应信号峰值与入射光强相关联,从中提取出硅的间接跃迁双光子吸收系数,改变入射波长得到系数谱.研究表明:     

基于频域典型相关分析的水下目标回波识别

水下目标回波的特征提取与分类识别是当前主动声纳关键技术之一。采用基于回波频域特性的典型相关分析算法(CCA:Canonical Correlation Analysis)提取回波的特征,这些特征集中体现了不同目标回波的综合相关特性。设计合适的支持向量机分类器,并获得识别结果。利用这一方法对湖试中的不同目标回波进行分类识别,分析了不同接收信噪比条件下的性能,获得了理想的结果。     

基于局部回波幅值统计的海杂波背景下小目标检测

针对传统舰载雷达和岸基雷达很难检测出海杂波背景下小目标的现状,提出一种基于局部回波幅值统计的方法来检测海杂波背景下小目标.该算法基于数学统计思想:计算不同距离单元海杂波的幅值的最大值和标准偏差,分析发现距离单元含有小目标回波的最大幅值明显小于其它距离单元只含有海杂波回波的最大幅值,距离单元含有小目标回波的幅值的标准偏差明显大于距离单元只含有海杂波回波的幅值的标准偏差,因此可以在对小目标没有任何先验知识条件下,较准确地检测出海杂波背景下的小目标.实验证明,该算法是有效的.     

铁磁薄膜中圆偏振光感应的瞬态磁光Kerr峰的物理起源

使用飞秒时间分辨抽运-探测磁光Kerr光谱技术,实验研究了圆偏振光抽运面内磁化FePt和垂直磁化GdFeCo薄膜的磁化演化动力学,发现在时间延迟零点处均出现瞬态Kerr峰.分析了此Kerr峰的起源,指出此瞬态Kerr峰与铁磁性无关,可能起源于自由电子的顺磁磁化,而顺磁磁化的外磁场来自圆偏振抽运光的逆Faraday效应.基于顺磁磁化模型的计算结果支持此观点.基于此观点,逆Faraday效应感应的磁场脉冲宽度应该与激光脉冲宽度一致.