CN112797855B - 一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法 - Google Patents
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Abstract
一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外测试方法，属于激光探测领域，为了解决目前激光导引头以及激光照射性能测试系统在野外条件下对照射激光特性进行测试的技术难题，在现有的特定反射率、固定倾角的平面靶标基础上提出的复杂光学环境下不同性能激光照射系统的激光回波衰减信号野外动态实时模拟方法，可通过对激光照射器输出脉冲激光功率的实时动态调整，实现对不同激光照射系统发射和不同反射率的实物靶标反射的真实动态激光回波信号的真实模拟，有效解决了复杂光学环境下不同实物靶标对不同照射激光动态回波信号实时模拟的技术难题。
Description
技术领域
本发明属于激光探测领域，尤其涉及一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外测试方法。
背景技术
在激光半主动制导武器性能试验中，通常使用特定反射率、固定倾角的平面靶标代替真实目标进行试验，以求提高试验的效费比。这种设定的试验条件，没有考虑到目标和背景在实战条件下的RCS(Radar Cross-Section，雷达散射截面积)特性，以及战场光学环境对真实目标激光回波特性的影响，与实战中目标的激光回波特性存在较大差异。另一方面，使用模拟的实物靶标进行试验，为了使靶标的特性足够真实，造价较为昂贵，不能重复利用，而且需要通过人为营造光学环境。
因此，如何采用一种相对简单的方式，在现有的特定反射率、固定倾角的平面靶标基础上，通过对激光照射器输出脉冲激光功率的实时动态调整，实现对实物靶标反射的真实动态激光回波信号的实时模拟，既能体现被模拟目标的RCS特性，还能反映光学环境对激光回波特性的影响，以解决目前激光导引头以及激光照射性能测试系统在野外条件下对照射激光特性进行测试的技术难题。
发明内容
本发明为了解决目前激光导引头以及激光照射性能测试系统在野外条件下对照射激光特性进行测试的技术难题，在现有的特定反射率、固定倾角的平面靶标基础上，通过对激光照射器输出脉冲激光功率的实时动态调整，提供了一种可重复使用的复杂光学环境下激光半主动制导激光照射性能测试系统动态激光回波信号的模拟方法和试验验证解决方案，实现了在复杂光学环境下实物靶标反射的激光动态回波信号的真实模拟。
本发明解决技术问题的技术方案：
一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤一，设定激光照射回波特定测试场景及参数，即作用距离、目标类别、目标大小及RCS特性、战场光学环境参数；
步骤二，根据步骤一中测试场景及参数设定结果，在照射目标特性已知的情况下使用实物测量法和在照射目标特性和位置已知的情况下使用建模分析法获得的原始数据制作信号源；
步骤三，结合步骤二中实物测量法获得的回波信号强度实测数据以及建模分析法获得的回波信号强度仿真实验数据，综合分析实测回波信号的特征，比较和校正实验数据，制作回波模拟信号源信号生成器并进行计算校正；
步骤四，结合步骤三所得到的经校正的回波信号特征数据，加入光学环境的影响因子，此外由于激光半主动制导导引头的飞行高度较低，导致接收的激光回波信号强度受地面树木草丛遮挡产生衰减，需加入衰减影响因子，实现对信号源信号生成器的计算校正；
步骤五，将信号发生器、衰减控制器、动态衰减器、激光照射器、电源A和光学对准装置放置于可调整支架上，信号发生器输出端与衰减控制器输入端相连，衰减控制器的输出端和激光照射器的输出端都与动态衰减器的输入端相连，动态衰减器的输出端与光学对准装置的输入端相连，光学对准装置的输出端与平面光学靶标的输入端相连；
步骤六，步骤四中信号生成器所产生的信号进入信号发生器，经过信号发生器进行放大整形后进入衰减控制器，信号经过衰减控制器生成动态衰减控制信号后传输给动态衰减器，同时，激光照射器输出的激光入射到动态衰减器，光束经动态衰减器实时处理后入射到光学对准装置，光学对准装置将处理后的光束照射到平面光学靶标上；
步骤七，将电源B、光学镜头、回波探测器和信号标校器放置在跟踪转台上；信号源中的信号生成器发出的经校正的信号接入回波模拟信号源信号生成器，通过信号发生器控制回波信号模拟装置对激光照射器的发射激光进行衰减后照射到平面光学靶标上，经过光学靶标反射后的激光被标校测试系统光学镜头接收并汇聚到回波探测器上，回波探测器输出的信号和信号生成器生成的信号经过信号标校器综合处理后输出给信号发生器，对输出的信号进行实时调整，生成符合真实条件的激光回波信号。
步骤二中所述在照射目标特性已知的情况下使用实物测量法获得原始回波信号真实数据，具体步骤为：首先，通过红外相机或能量探头，对真实战场环境下的真实目标或缩比模型和背景的上半球空间的激光回波信号进行扫描，获取回波信号强度；然后，分析激光回波信号的强度特征，包括随空间方位和俯仰角变化的动态范围、频谱特征、最大脉冲能量、最小脉冲能量。
步骤二中所述的在照射目标特性和位置已知的情况下获得原始回波信号仿真数据，具体步骤为：首先，通过AutoCAD三维建模软件构建目标和背景几何特征模型；然后，在OpenGL视景仿真软件中对几何特征表面的反射特性赋予材质；最后，通过对激光照射光源的设定和太阳环境光的设定，分析在目标和背景半球空间的回波信号的强度特征。
步骤四所述的光学环境包括扬尘、烟幕。
步骤五中所述动态衰减器的衰减实现方式包括化学涂料衰减、晶体衰减、液晶衰减和偏振衰减多种方式，可根据实际情况灵活选择。
本发明的有益效果：
本发明在现有的特定反射率、固定倾角的平面靶标基础上提出的复杂光学环境下不同性能激光照射系统的激光回波衰减信号野外动态实时模拟方法，可通过对激光照射器输出脉冲激光功率的实时动态调整，实现对不同激光照射系统发射和不同反射率的实物靶标反射的真实动态激光回波信号的真实模拟，有效解决了复杂光学环境下不同实物靶标对不同照射激光动态回波信号实时模拟的技术难题。
附图说明
图1为本发明一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法的装置及其工作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，为在不改变武器装备的前提条件下进行野外试验测试，采用在激光照射器的前端加衰减装置的方式实现不同激光照射器类型的模拟。具体包括以下步骤：
步骤一，设定激光照射回波特定测试场景及参数，如作用距离、目标类别、目标大小及RCS特性、战场光学环境参数；
步骤二，根据步骤一中测试场景及参数设定结果，在照射目标特性已知的情况下使用实物测量法和在照射目标特性和位置已知的情况下使用建模分析法获得的原始数据制作信号源；
在照射目标特性已知的情况下使用实物测量法获得原始回波信号真实数据，首先，通过红外相机或能量探头，对真实战场环境下的真实目标或缩比模型和背景的上半球空间的激光回波信号进行扫描，获取回波信号强度；然后，分析激光回波信号的强度特征，包括随空间方位和俯仰角变化的动态范围、频谱特征、最大脉冲能量、最小脉冲能量等；
在照射目标特性和位置已知的情况下获得原始回波信号仿真数据。首先，通过AutoCAD等三维建模软件构建目标和背景几何特征模型；然后，在OpenGL等视景仿真软件中对几何特征表面的反射特性赋予材质；最后，通过对激光照射光源的设定和太阳等环境光的设定，分析在目标和背景半球空间的回波信号的强度特征；
步骤三，结合步骤三实物测量法获得的回波信号强度实测实验数据以及步骤四建模分析法获得的回波信号强度仿真实验数据，综合分析回波信号的特征，比较和校正实验数据，以便制作回波模拟信号源信号生成器并进行计算校正；
步骤四，结合步骤三所得到的经校正的回波信号特征数据，加入光学环境的影响因子，如扬尘、烟幕等，确保模拟的真实性；此外由于激光半主动制导导引头的飞行高度较低，导致接收的激光回波信号强度受地面树木草丛遮挡产生衰减，需加入衰减影响因子，实现对信号源信号生成器的计算校正。
步骤五，将信号发生器、衰减控制器、动态衰减器、激光照射器、电源A和光学对准装置放置于可调整支架上，衰减的实现方式包括化学涂料衰减、晶体衰减、液晶衰减、偏振衰减等多种方式，可根据实际情况灵活选择。信号发生器输出端与衰减控制器输入端相连，衰减控制器的输出端和激光照射器的输出端都与动态衰减器的输入端相连，动态衰减器的输出端与光学对准装置的输入端相连，光学对准装置的输出端与平面光学靶标的输入端相连；
步骤六，步骤四中信号生成器所产生的信号进入信号发生器，经过信号发生器进行放大整形后进入衰减控制器，信号经过衰减控制器生成动态衰减控制信号后传输给动态衰减器，同时，激光照射器输出的激光入射到动态衰减器，光束经动态衰减器实时处理后入射到光学对准装置，光学对准装置将处理后的光束照射到平面光学靶标上；
步骤七，激光标校测试系统由电源B、光学镜头、回波探测器和信号标校器组成，将电源、光学镜头、回波探测器和信号标校器放置在跟踪转台上。信号源中的信号生成器发出的经校正的信号接入回波模拟信号源信号生成器，通过信号发生器控制回波信号模拟装置对激光照射器的发射激光进行衰减后照射到平面光学靶标上，经过光学靶标反射后的激光被标校测试系统光学镜头接收并汇聚到回波探测器上，回波探测器输出的信号和信号生成器生成的信号经过信号标校器综合处理后输出给信号发生器，对输出的信号进行实时调整，生成复合真实条件的激光回波信号。
Claims (5)
1.一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤一，设定激光照射回波特定测试场景及参数，即作用距离、目标类别、目标大小及RCS特性、战场光学环境参数；
步骤二，根据步骤一中测试场景及参数设定结果，在照射目标特性已知的情况下使用实物测量法和在照射目标特性和位置已知的情况下使用建模分析法获得的原始数据制作信号源；
步骤三，结合步骤二中实物测量法获得的回波信号强度实测数据以及建模分析法获得的回波信号强度仿真实验数据，综合分析实测回波信号的特征，比较和校正实验数据，制作回波模拟信号源信号生成器并进行计算校正；
步骤四，结合步骤三所得到的经校正的回波信号特征数据，加入光学环境的影响因子，此外由于激光半主动制导导引头的飞行高度较低，导致接收的激光回波信号强度受地面树木草丛遮挡产生衰减，需加入衰减影响因子，实现对信号源信号生成器的计算校正；
步骤五，将信号发生器、衰减控制器、动态衰减器、激光照射器、电源A和光学对准装置放置于可调整支架上，信号发生器输出端与衰减控制器输入端相连，衰减控制器的输出端和激光照射器的输出端都与动态衰减器的输入端相连，动态衰减器的输出端与光学对准装置的输入端相连，光学对准装置的输出端与平面光学靶标的输入端相连；
步骤六，步骤四中信号生成器所产生的信号进入信号发生器，经过信号发生器进行放大整形后进入衰减控制器，信号经过衰减控制器生成动态衰减控制信号后传输给动态衰减器，同时，激光照射器输出的激光入射到动态衰减器，光束经动态衰减器实时处理后入射到光学对准装置，光学对准装置将处理后的光束照射到平面光学靶标上；
步骤七，将电源B、光学镜头、回波探测器和信号标校器放置在跟踪转台上；信号源中的信号生成器发出的经校正的信号接入回波模拟信号源信号生成器，通过信号发生器控制回波信号模拟装置对激光照射器的发射激光进行衰减后照射到平面光学靶标上，经过光学靶标反射后的激光被标校测试系统光学镜头接收并汇聚到回波探测器上，回波探测器输出的信号和信号生成器生成的信号经过信号标校器综合处理后输出给信号发生器，对输出的信号进行实时调整，生成符合真实条件的激光回波信号。
2.根据权利要求1所述的一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，其特征在于，步骤二中所述在照射目标特性已知的情况下使用实物测量法获得原始回波信号真实数据，具体步骤为：首先，通过红外相机或能量探头，对真实战场环境下的真实目标或缩比模型和背景的上半球空间的激光回波信号进行扫描，获取回波信号强度；然后，分析激光回波信号的强度特征，包括随空间方位和俯仰角变化的动态范围、频谱特征、最大脉冲能量、最小脉冲能量。
3.根据权利要求1所述的一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，其特征在于，步骤二中所述的在照射目标特性和位置已知的情况下获得原始回波信号仿真数据，具体步骤为：首先，通过AutoCAD三维建模软件构建目标和背景几何特征模型；然后，在OpenGL视景仿真软件中对几何特征表面的反射特性赋予材质；最后，通过对激光照射光源的设定和太阳环境光的设定，分析在目标和背景半球空间的回波信号的强度特征。
4.根据权利要求1所述的一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，其特征在于，步骤四所述的光学环境包括扬尘、烟幕。
5.根据权利要求1所述的一种复杂光学环境下激光动态回波衰减信号野外模拟方法，其特征在于，步骤五中所述动态衰减器的衰减实现方式包括化学涂料衰减、晶体衰减、液晶衰减和偏振衰减多种方式，可根据实际情况灵活选择。
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