中山大学（珠海校区）国家航天局引力波研究中心 天琴前沿科学中心 天琴中心&物理与天文学院 “天琴计划”教育部重点实验室，广东 珠海 519082
为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力，设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W），0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面，分析了白天天光背景噪声强度，并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率，重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面，固定望远镜俯仰角（E=50°），旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列，并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声，开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到，白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W，夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力，将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。
卫星激光测距 平均功率 探测能力 天光背景噪声 satellite laser ranging average power detection capability skylight background noise 红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210304
分布式光电解决了传统光学系统大视场与高分辨率成像的矛盾,在**侦查、安全监控、天文观测等领域具有广泛的应用。分布式光电系统通过图像拼接和超分辨重建等处理手段提升图像质量,从而提升系统探测能力和识别能力,但目前仍缺乏系统性的性能评估方法。建立了分布式光电系统性能量化评估方法。首先对分布式光电系统理论及图像处理算法进行了基础研究,通过分析图像空间分辨率、信噪比、信息熵等参数,对重构后图像质量进行评价,最后从光电系统和图像质量两个角度出发,对分布式光电系统的探测能力、识别能力进行了理论分析。该研究为分布式光电技术的发展提供了重要理论支撑。
成像系统 光电探测 分布式系统 超分辨 探测能力 识别能力 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811026
1 山东大学空间科学研究院山东省光学天文与日地空间环境重点实验室, 山东 威海 264209
2 中国科学院国家天文台国家航天局空间碎片监测与应用中心, 北京 100101
针对不同口径的光电探测设备组合设计两种扫描方式,建立多光电设备组合探测能力的评估模型。从望远镜的扫描方式、排列方式和口径等方面对模型进行仿真分析,并对仿真结果进行能力评估。仿真结果表明:针对选择已编目的空间碎片数据集,在仿真时间段,单仰角区域扫描的探测结果优于多仰角区域扫描;相同视场下,4台28 cm口径的望远镜组合的探测碎片数比15 cm口径的望远镜组合仅提高2.4%(单仰角区域扫描)和3.6%(多仰角区域扫描)。若观测需求为维持现有空间碎片的编目,建议选择性价比更高的15 cm口径的望远镜组合,若观测需求为能够探测更小尺寸的空间碎片,建议选择28 cm口径的望远镜组合。
探测器 光电设备 空间碎片 探测能力评估模型 观测策略 光学学报
2020, 40(15): 1504002
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 光电探测部, 吉林 长春130033
2 中国科学院大学, 北京100049
为了深入研究可行的中高轨成像技术, 本文从探测能力角度(用最低发射激光功率表示)深入分析和比较3种主动干涉合成孔径成像技术--傅立叶望远镜(又称为相干场成像或条纹场扫描成像)、成像相关术(又称为强度相关成像)和剪切光束成像。本文利用光电倍增管的信噪比模型和激光作用距离方程, 较为细致地分析每种技术在满足单次信噪比(SNR=5)条件下的极限探测能力。通过仿真分析得出：傅立叶望远镜、成像相关术和剪切光束成像所需的最低单光束单脉冲能量分别为114 J、073 MJ和31 MJ。最终得出傅立叶望远镜是上述3种主动成像技术中在目前技术水平下最适合中高轨目标(约36 000 km)高分辨成像的可用技术的结论。
成像系统 探测能力 傅立叶望远镜 成像相关术 剪切光束成像 imaging system detection capability Fourier telescopy imaging correlography sheared-beam imaging
1 陆军工程大学(石家庄校区) 电子与光学工程系, 石家庄 050003
2 酒泉卫星发射中心, 甘肃 酒泉 732750
3 解放军31648部队, 广西 崇左 532200
针对恒虚警工作方式下, 噪声、信号及倍增因子之间相互作用的问题, 分析了倍增因子、背景辐射对APD探测系统性能的影响以及恒虚警补偿方式的工作原理, 建立了恒虚警下背景辐射与倍增因子的关系模型。通过求取有、无背景光时系统可探测到的最小信号功率, 建立了APD性能的评估模型, 设计实验对模型进行了验证, 利用该模型分析了不同噪声对APD探测性能的影响。结果表明, 随着背景光增强, 其对APD的性能影响逐渐增大, 且增大速率逐渐减缓; 暗电流噪声较小时, 背景光对APD作用较为明显, 随着暗电流噪声的增大, 背景光对系统影响迅速减小, 最终趋于平稳; 背景光对APD的影响随热噪声、放大电路噪声的增大而均匀增大。
背景辐射 雪崩光电二极管 恒虚警率 探测能力 评估方法 background radiation avalanche photodiode constant false alarm probability detection capability evaluation method
1 西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
同心多尺度成像技术为突破传统光学成像中分辨率与视场之间的矛盾提供了一条有效的途径。将同心多尺度成像模式应用于机载光电探测系统,实现机载广域宽视场高分辨目标探测。综合分析了目标辐射空间分布、目标辐射传输和光学系统成像等特性,建立了表征同心多尺度成像系统的探测能力理论模型,得到了系统探测能力与组成单元透镜的口径、焦距、间距等参数之间的变化关系。并用光学设计软件Zemax设计了实际光学系统,数值模拟了空中来袭运动目标的光谱信号信噪比(SNR)响应特征。结果表明合理增加同心多尺度成像系统中的物镜焦距、减小目镜焦距、增大系统口径和降低探测信噪比阈值等能够有效提高成像系统的探测能力。
光学设计 同心多尺度 宽视场 目标辐射 探测能力
南京理工大学 智能弹药技术国防重点学科实验室, 江苏 南京 210094
为全面评价激光定距引信的探测能力, 确定其随距离变化的规律, 通过推导脉冲激光测距回波方程, 建立脉冲激光测距数据分布解析方程并提出误差量化评价方法。仿真分析并评估了探测距离对回波信号及探测能力各指标的影响, 最后通过试验得到验证。结果表明: 可靠测程内, 引信可实现可靠探测, 随探测距离减小, 测距随机误差先减小后增加, 系统误差逐渐增加; 引信最大可靠测程为84.8 m, 测程内随机误差为0.22~0.73 m, 满足引信远程定距的需求; 提高阈值可明显改善测距误差, 但会造成可靠测程减小。所得探测能力变化规律与评价方法可为脉冲激光引信设计与应用提供理论依据。
激光引信 探测能力 测距误差 探测距离 laser fuze detection capability range error detection distance 红外与激光工程
2018, 47(3): 0303005
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
激光主动侦测系统可实现远距离“猫眼”目标的成像探测与识别, 探测能力分析是系统设计的前提和基础。为了评估激光主动侦测系统对猫眼目标的探测能力, 以激光回波功率为基础, 建立了系统信噪比的数学物理模型。分析了影响探测能力的因素, 数值模拟了信噪比与接收光学镜头直径、发射激光峰值功率、激光束散角以及等效反射面离焦量的定量关系。结果表明, 在一定作用距离范围内, 散粒噪声、背景噪声与暗电流噪声、热噪声相差至少2个数量级, 系统噪声主要来源于散粒噪声及背景噪声; 提高系统探测能力最为有效的方法是选用激光束散角小的光源。这一结果可用于指导激光主动侦测系统的设计。
激光技术 激光主动侦测 建模与仿真 探测能力 laser technique active laser detection modeling and simulation detection capability
1 中国兵器科学研究院, 北京 100089
2 西安应用光学研究所, 陕西 西安 710065
水下激光主动成像系统的探测能力不仅与探测系统自身参数有关, 还与水质等环境因素有关。为评估水质对水下激光成像系统探测能力的影响, 根据圆盘透明度成像模型, 研究了吸收系数、散射系数、漫射衰减系数等水体水质参数与圆盘透明度的关系, 给出了圆盘透明度与水下激光主动成像系统最大探测深度的表达式。实验表明, ICCD距离选通水下激光主动成像系统最大探测深度值与理论计算值相对误差小于20%。基于成像理论的圆盘透明度模型反映了水下激光成像系统探测能力与水体水质参数的关系, 可用圆盘透明深度来评估水下激光成像系统的探测能力。
圆盘透明度 水下激光成像系统 探测能力 性能评估 Secchi depth underwater laser imaging system detection capability performanceevaluation
