光纤测向算法及其编码优化技术研究

论文摘要

激光告警技术是一种特殊用途的光电侦察技术,它针对战场复杂的激光威胁源,及时准确地探测敌方发射的激光信号,确定其入射方向,发出警报。本文主要研究采用光纤阵列延迟测向技术原理,来研制高性能激光告警器,并且对所采用的光纤延迟线长度进行了优化编码设计。在光纤延迟测向激光告警系统中,光纤延迟线是用来连接光学接收系统和光电转换系统,它在这里起到传输光、延迟光、对光信号进行编码的作用。针对光纤延迟线的长度对激光告警器的体积,光学损耗,虚警率等因素有着直接的影响,在此利用激光脉冲的相关特性,通过最优化理论对光纤延迟线进行排列组合,从而解算出光纤总长度的最小值,为激光测向告警器优化设计提供了重要的理论依据。由于激光脉宽窄,脉冲上升时间短,为此本文采用高通数字滤波技术,并设计了相应的数字滤波算法程序来滤除干扰及噪声信号,使激光脉冲信号能够顺利通过,并且将这个极短的激光脉冲上升持续时间设定为告警器接收的时间门限,使探测线路仅仅在接收到激光脉冲信号时才能输出信号,从而降低了光纤延迟测向激光告警系统的虚警率,大幅度提高了延迟测向的准确性与稳定性,也为高性能测向告警系统的发展提供了重要可靠的依据。光纤时间延迟测向技术是依据激光在光纤中传输的时间差来区分不同的激光来袭方向,也就是通过对激光脉冲波形的分析与研究来计算延迟时间,进而解算出激光辐射源的方位、角度。本文通过介绍光纤阵列激光测向告警系统的结构及其工作原理,从理论上分析了光纤时间延迟测向技术的实现方式,并通过设计光纤延迟测向实验系统装置来模拟实际的光纤延迟测向告警系统。同时利用实验得出的数据,使用重心法解算出相应的激光入射方位角,并验证了其能够达到的测向精度。

论文目录

• 摘 要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 国内外激光告警器发展概况
• 1.2 激光告警器概述
• 1.2.1 激光告警器的组成及工作原理
• 1.2.2 激光告警器的分类
• 1.3 光纤测向技术的发展态势
• 1.4 课题的来源和主要解决的问题
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 选题依据
• 1.4.3 课题主要工作及解决的问题
• 第二章 光纤时间延迟测向原理
• 2.1 光纤阵列激光告警探测头原理
• 2.1.1 传感器阵列激光告警探测头的结构
• 2.1.2 光学窗口阵列激光告警探测头的结构
• 2.2 光纤时间延迟测向系统
• 2.2.1 光纤阵列激光告警系统的结构
• 2.2.2 光纤时间延迟测向基本原理
• 2.3 光纤延迟时间及方位角解算原理
• 2.3.1 光纤延迟时间的解算
• 2.3.2 激光入射方位角的解算
• 2.4 本章小结
• 第三章 光纤延迟线编码优化设计
• 3.1 光纤延迟线长度之差的最优解算
• 3.1.1 高斯脉冲波形函数
• 3.1.2 双脉冲叠加函数
• 3.1.3 相邻延迟线长度最小差值
• 3.2 单层光纤延迟线计算排列原则
• 3.2.1 行矩阵的计算
• 3.2.2 两种情况的行矩阵排列
• 3.2.3 行矩阵排列的问题分析
• 3.3 光纤延迟线全向矩阵计算排列原则
• 3.4 本章小结
• 第四章 光纤延迟测向实验装置系统设计
• 4.1 实验装置系统原理
• 4.2 光窗视场的选择
• 4.2.1 光窗视场的分配方法
• 4.2.2 光窗视场的角度选择
• 4.3 放大电路设计
• 4.3.1 前置放大电路的设计
• 4.3.2 中级放大电路（主放大电路）的设计
• 4.3.3 缓冲放大电路的设计
• 4.3.4 测向窗口放大电路的改进
• 4.3.4.1 测向放大电路的振荡拖尾现象
• 4.3.4.2 放大电路改进措施
• 4.4 数据采集卡参数设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于测向实验装置系统的算法分析
• 5.1 实验数据处理
• 5.2 数字滤波算法程序设计
• 5.2.1 滤波算法原理分析
• 5.2.2 滤波算法程序流程图
• 5.2.3 程序说明
• 5.2.3.1 程序结构
• 5.2.3.2 程序中变量说明
• 5.2.4 滤波后实验结果分析
• 5.3 测向算法分析
• 5.3.1 计算光纤的衰减系数值
• 5.3.2 判定光纤对应的光窗
• 5.3.3 光纤延迟时间及其加权系数的计算
• 5.3.4 激光入射方位角的解算
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录 论文中涉及程序
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文