斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性
大角度斜入射情况下的猫眼效应激光反射特性
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ Ｒ ＴＩ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ２，ＮＯ ７ １２ ． Ｊ １ ｕ ．，２ １ ０ ０
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ７１ ５ — ５ ０ １４ ２ （ ０ ０ ０ — ４ ７ ０
规 律 ， 实 验 验 证 了 入 射 角 的 影 响 规 律 。结 果 表 明 ， 种 方 法 能 够 准 确 描 述 大 角 度 入 射 时 的反 射 光 衍 射 光 场 分 并 这 布 ， 射 角对 其 衍 射 光 场 分 布 模 式 的 影 响 相 当 于增 大 了 衍 射 距 离 。依 据 入 射 角 与 衍 射 光 场 分 布 模 式 之 间 的 对 入 应 关 系 ， 对 猫 眼 目标 进 行 参 数 识 别 研 究 。 可 关 键 词 ： 反 射 特 性 ； 猫 眼 效 应 ； 斜 入 射 ； 傅 里 叶 变 换 ； 孔 径 合 并
大 角 度 斜 入 射 情 况 下 的 猫 眼效 应 激 光 反 射 特 性
赵延仲 ， 孙华燕 ， 樊鹏 山 ， 黎 伟 ， 赵星龙。
（．装 备 指挥 技 术学 院 ， 京 １ １ １ ； ２ １ 北 ０ ４ ６ ．武 汉 军 械 士 官 学 校 ，武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ５
光学 方法 研究 了斜 入射 条件 下猫 眼效 应 特性 ； 文献 Ｅ ０ １］ ｌ — １ 利用 Ｚ ＥＭＡＸ软 件仿 真分 析 了斜 入射 条件 下 的猫 眼
效应 反射 光特 性 ； 文献 ［ ２ 采用 Ｃ ｌｎ 公 式 和对硬 边光 阑进 行 复 高斯 函数 分解 的方 法 ， 以近 似 描述 小 角度 １］ ｏｌ ｓ ｉ 可 入射 时 的反射 光光 强分 布 ， 只 能适 用于 光束 近似傍 轴 传 输 的情 况 ， 但 而入 射 角 只要 小 于镜 头 半视 场 角 （ 电装 光 备所 带镜 头半视 场 角一般 ３～５） 。 。 即可有猫 眼效应 现象 发生 ＿ 因此 在这 种 大角 度斜 入 射 情况 下 ， 轴光 学理 ｌ ， 傍 论不再 适 用 。此 外 ， 几何 光学 法不 能描 述衍 射分 布 特征 ， 物理 光学 法造 成 的不准 确性 则是 由于其适用 局 限性所 致 。因此 ， 本文 提 出结合 应用 几何 光学 和物 理光 学法 ， 助 ２维离 散傅 里 叶变换来 推 导猫 眼效 应反射 光 的传输 借 过程 ， 实验 验证 该思 路 的可行 性和 准确 性 。
基于猫眼效应的窃视目标检测研究
{
为了提高窃视设备检测的正确率， 提出一种利 用激光主被动图像差分的目标检测方法， 即在激光 在脉冲间隔采集漫反射 探测时采集主动照明图像， 图像， 利用背景差的方法， 实现窃视目标检测， 流程 图如图 3 所示。 步骤 1 ： 分别获得漫反射图像和激光主动照射 图像各一张， 按照背景差的思想， 将其二者进行差 分。理论上得到的差分图应该只含有目标物体， 但 在实际中， 由于多数物体会反射激光， 导致真实的 图像里包含大量的噪声。 步骤 2 ： 阈值分割。 由步骤 1 得到的图像包含 目标物体和一些噪声， 将其二值化， 通过阈值分割 将它们分离开来。 由于“猫眼 ” 目标亮度较高， 灰 度分布比较均匀， 同时利用“背景差 ” 所得到的图 因此， 该步骤可选 像不受外界环境的光强的影响， 用固定阈值法进行分割。 步骤 3 ： 噪声抑制。 通过步骤 2 得到的图像依 然包含大量噪声， 此时为了将目标从大量的噪声提 取出来， 需要进行噪声抑制处理。各种低通滤波可 以有效的去除噪声， 但同时也会对目标物体产生影 ， 因此， 模板的选择显得十分重要。 系统使 用模板为 3 × 3 的中值滤波进行处理。 步骤 4 ： 特征提取： 由于窃视光学设备的镜头 响
eye effect of photoelectric device，this paper establishes a system of active laser reconnaisAbstract： Based on catsance with CCD，and presents an effective algorithm based on background difference method for detecting peeping device． The proposed algorithm acquires one image when the laser power is on and the other image when the laser power is off in the laser pulse interval． According to the echo intensity，space and shape property difference between peeping device and usual object，the target is detected by using the background difference method． The experimental results show that compared to the method with single frame， in a radius of 5m， the system can effectively and quickly detect peeping target from background，and is not influenced by the scene and light． Through the experiments on 20 different scenes，accuracy of proposed method is 95% ，which is much higher than the method with single frame，and the detection time of each frame is in the range of 0． 015 ～ 0． 021 s，meets the demand of realtime，and the correctness and effectiveness of this system is validated． eye effect； laser active reconnaissance； background difference method Keywords： cat-
离焦量对“猫眼效应”反射特性的影响
引 言
一般光学系统的焦平面处都安装有反射元件 ,使 得入射激光束入射到其光学窗口时能够发生光束原路 返回现象 , 即光学窗口存在的“猫眼效应 ”现象 。 [ 127 ] 利用此种原理 ,可以主动发射激光束并接收其原路返 回光进行信息处理来达到探测的目的 [ 7 ] 。在目标镜 头理想非离焦情况下 ,“猫眼效应 ”后向反射光强度与 入射光强度可以有很高的比值 。但是对于实际光学系 统 ,离焦量往往是不可避免的 ,常常由于装配和元件加
保持发射光束以及目标系统的参数不变 ,使离焦 量逐渐变化 ,变化范围为 ( - 100μm , 100μm ) 。图 4所
第 32卷 第 1期
赵延仲 离焦量对“猫眼效应 ”反射特性的影响
73
示为非离焦以及正负离焦 100μm 时的远场 (距目标 30km 的接收系统处 )光斑光强能量分布图 。
(1. Institute of Graduate Student, Academy of Equipment Command & Technology, Beijing 101416, China; 2. Department of Photoelectric Equipment, Academy of Equipment Command & Technology, Beijing 101416, China; 3. 63892 A rmy Unit, PLA , Luoyang 471300, China)
Fig. 1 Equivalent model of“cat eye effect”
“猫眼”效应的反射率测试研究
射 面。入射光线进入玻璃基 体后，颈上截顶半球体折射 后到 达下截 顶半球体 的反射层 ，再经反射 和上截 顶半球 体的折射 ，
产 生平行于入射光线 的反射光线 。 光学研究中泛指的 “ 猫眼 ”目标一般指光学系统 的镜头 ， 它 一般 是 由多个透镜和光 学探测器 或分化板组成 ，一般 可以
【 摘 要 】分析 了 “ 猫眼” 目标的结构特征及其反射面材料的光 学性质 ，总结 “ 猫眼” 目标反射 率测试时应注意的问题 ，
探讨 出一种行之有效的对称双光路 的方法 ，使反射 率测量达到精度 高、重复性好和环境要 求低的设计要求 。
【 关键词 】反射 率 ；“ 猫眼”效应 ；对称双光路 ；“ 眼” 目标 ；合作 目标 猫 【 中图分类号】Ｔ ３ １ Ｐ ９． ９ 【 文献标识码 】Ａ 【 文章编号 】１０ － １ １２ １）４ ０ ５ － ２ ０ ８ １５ （０ ０ － ０ ７ ０ ０
方 向。严格意义上 的 “ 眼 ”反射体发生 的反射 即属于这种 猫 反射。玻璃 “ 猫眼 ”的结构及反射上视 图如 图 １ 所示 。
上讲 ，光 电探测器表 面材料很多 ，但 由于光 学侦 察卫星等光
学镜头要达到它 的测量 目的和测量用途 ，一般会考虑选用 高
反射率或是高熔 点等特 性的材料 ，另外会考虑其耐 腐蚀 性等 等 。因此光 电探测器 中，最 具有代表性的是 由半导体硅 制成
题。
射率 Ｑ＝ ／ 。
至此 ，解决 了 目标 入射 光与反射光 的光路干扰 不易测量
反射率的 问题 。测试 台可作小角度范 围的转动 ，用 以测 量入 射光在不同入射 角度 时反光板 的反射率 的情况 。
一
５ ． ７
（ ）测量装 置设计 二
人教版九年级物理中考总复习：第2课时 《光现象》课件
★★★★★ 知识点3 平面镜成像
易错警示
（1）平面镜成像的大小取决于物体的大小，与物 体到平面镜的距离无关。 （2）实像是实际光线的交点形成的，可以用光屏 承接；虚像是实际光线的反向延长线的交点形成的， 不能用光屏承接，只能通过肉眼观察到。
反 射 分 类 （2）漫反射：如图乙。例如：从各个方向都能看清黑板上的字、电影
屏幕用粗糙的白布等
均遵循光的反射定律
★★★★★ 知识点2 光的反射
易错警示
由于先有入射光线，后有反射光线，所以应表述为“反射角 等于入射角”，而不能说“入射角等于反射角”。
★★★★★ 知识点2 光的反射
即时反馈
示例2 请判断下列说法的正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）入射光线与反射面的夹角为15°时，反射角也为15°。（ × ） （2）入射光线靠近法线时，反射光线也靠近法线。（ √ ） （3）黑板上的字反光而看不清是因为发生了漫反射。（ × ） （4）晴天看见“白云”在水中飘动属于光的反射现象。（ √ ） （5）甲、乙两同学在同一明亮房间内，甲同学通过平面镜能看见乙同学的眼睛， 则乙同学从这一平面镜中一定能看见甲同学的眼睛。（ √ ）
★★★★★ 知识点4 光的折射
即时反馈
示例4 如图所示，光在玻璃和空气的界面CD同时发生了
D 反射和折射，以下说法正确的是（
）
A.入射角为60°，界面右侧是空气
B.折射角为45°，界面右侧是玻璃
C.入射角为30°，界面左侧是空气
D.折射角为45°，界面左侧是玻璃
宝石猫眼效应原理
宝石猫眼效应原理宝石猫眼效应是一种宝石的特殊光学现象，也被称为“猫眼效应”或“猫眼石效应”。
它是一种光学效应，使得宝石表面出现一条明亮的光线，就像一只猫的眼睛一样。
这种效应给宝石带来了独特的美感和价值。
宝石猫眼效应的原理是基于宝石内部的微小纤维或管道结构。
这些微小的结构会使得光线在宝石内部发生反射和折射，最终形成一条明亮的光线。
这条光线通常呈现为垂直于宝石表面的一条亮线，就像一只猫的眼睛在闪闪发光。
宝石猫眼效应最常见的宝石是猫眼石，也叫做“宝石猫眼”。
猫眼石是一种含有微小纤维结构的宝石，这些纤维会使得光线在宝石内部发生反射和折射，形成明亮的光线。
这条光线通常呈现为垂直于宝石表面的一条亮线，就像一只猫的眼睛在闪闪发光。
除了猫眼石，其他一些宝石也可以出现类似的效应。
例如，某些蓝宝石和祖母绿也可以呈现出猫眼效应。
这些宝石内部的微小管道或纤维结构会使得光线发生反射和折射，形成明亮的光线。
宝石猫眼效应的强度和明亮度取决于宝石内部结构的特性以及光线的入射角度。
当光线以特定角度入射到宝石表面时，才会形成明亮的猫眼效应。
这也是为什么只有在特定角度观察宝石时才能看到明亮的光线。
人们通常会将宝石猫眼效应与星光效应进行比较。
星光效应是指在宝石表面出现多条明亮的光线，形成星星点点的效果。
与星光效应不同，宝石猫眼效应只会形成一条明亮的光线，就像一只猫的眼睛在闪闪发光。
宝石猫眼效应给人一种神秘而迷人的感觉。
人们常常将其与幸运和吉祥联系在一起。
因此，宝石猫眼通常被用来制作各种珠宝首饰，如戒指、项链和手链等。
这些珠宝首饰不仅具有美丽的外观，还寓意着好运和幸福。
总之，宝石猫眼效应是一种宝石的特殊光学现象，通过微小纤维或管道结构使得光线在宝石内部发生反射和折射，形成明亮的光线。
这种效应给宝石带来了独特的美感和价值。
无论是作为珠宝首饰还是收藏品，宝石猫眼都是一种非常受欢迎和珍贵的宝石。
猫眼效应用于激光主动探测技术的研究现状与发展趋势
激光与光电子学进展47,102802(2010)L a ser &Opt oe l e ct ro nics P rog re ss Z 20105中国激光6杂志社do i:10.3788/L OP 47.102802猫眼效应用于激光主动探测技术的研究现状与发展趋势赵延仲1 孙华燕1 宋丰华1 谷锁林2(1装备指挥技术学院,北京101416;2中国酒泉卫星发射中心,甘肃酒泉732750)摘要 基于猫眼效应的激光主动探测技术是应用于激光武器系统中的一项新型技术,其中最为关键的问题是如何准确描述被探测光学目标的猫眼效应反射特性。
介绍了几种成功应用猫眼效应的车载、便携、舰载和机载激光武器系统,综述了一些有代表意义的研究方法和结果。
最后阐述了目前猫眼效应用于激光主动探测技术存在的主要问题,并指出当前的发展趋势:多体制探测、基于猫眼效应反射光的衍射干涉特性获取光学目标特征参数、基于猫眼系统对探测激光的调制作用建立闭合回路跟踪系统、随机大气对猫眼效应反射光的影响等。
关键词 探测器;激光技术;激光主动探测;猫眼效应;反射特性中图分类号 T N 249 OC IS 280.4788140.3580 文献标识码 ARe se arch and Prospe ct of Cat -Eye Effect Use d for ActiveLase r De te ction Te chnique Zhao Yanzhong 1 Sun Huayan 1 Song Fenghua 1 Gu Suolin 21Academ y of Equ ipm ent Com m an d an d T echn ology ,Beijing 101416,Chin a 2Chin a Jiu Qu an Sa tellite La un ch Cen ter ,J iuqu an ,Ga nsu 732750,Chin aAbstract Active laser detection ba sed on cat -eye effect is a new t ype of technique used in laser weapons.The key technology is how to describe the reflection characteristics of c at -eye effect of optical targets exactly.Several vehicle -borne,portable,ship -borne and air -borne laser weapons using cat -eye effect are introduced.Representative research m ethods and results are reviewed.Finally,the existent problems of cat -eye effect used in active laser detec tion technique are presented,and the development prospects are a lso discussed including the mult-i system detection,the optic al target parameters acquiring technique based on diffraction and interference characteristics of cat -eye effect,the closed -loop ac tive trac king system based on the modulation effect of cat -eye system on the detection laser,and the effect of stochastic atmosphere on cat -eye effect reflec ted light.Key wo rds detectors;laser tec hnique;ac tive laser detection;cat -eye effec t;reflection c haracteristic s收稿日期:2010-04-12;收到修改稿日期:2010-05-12基金项目:国防预研基金(TY 7131008)和/十一五0国防预研基金(513210902)资助课题。
“猫眼效应”在激光主动探测中的实现
维普资讯
圃
测器 发射 到 目标 的光斑 面积 为 ：
ｕ一 ｓ： 一 Ｊ （ ） Ａ ： Ａ’ 、 ０ ／ Ｌ ，
对 于一 般 的光学 系统 ， 以进 一 步简化 为 ： ０可
光
焦
面
所 以 ， 猫 眼 ” 学 系 统 的 焦 距 越 长 或 离 焦 量 越 “ 光
小， 回波发射角越小 ， 光学孔径越大 ， 回波发散角也就
越大。
１３ 回波 功率 与 目标 距 离分 析 ．
图 １ “ 眼 效 应 ” 路 示 意 图 猫 光
孔径 Ｄ 。
国外 从 ２ Ｏ世纪 ７ Ｏ年代初 开始研 究 和发展 激光 主
Ｄ ＝
（ ｄ为离 焦量 ）
ｊ’ Ｌｔ
动侦察 技 术 ， 在 已 经 用 于实 战 。 国 内 亦 已 开 展 对 现 “ 眼效应 ” 猫 研究 ， 目前 尚没 有 制成 相 关实 战 系 统 的 但
报道 。本 文对 “ 眼效应 ” 猫 及其 应 用做 了综 述 ， 重点 讨 论 “ 眼效应 ” 猫 的模 型和物 理解 释 、 要理 论 以及 在 主 主
分析 上 式 可 以说 明 ， Ｄ 很 小 ， Ｄ ＝ 当 即 ／时 ， 与 Ｄ Ｄ 的值相 差不 大 ， 这样 被 光 阑 遮挡 的光线 可 以忽 略不
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张 凡 “眼 应在 光 动 测 的 现 超 ： 效 ”激 主 探 中 实 猫
田
“ 眼效 应 ’ 激 光 主 动 探 测 中的 实现 猫 ’ 在
Ｔ ｅＲｅ ｌａｉｎ ｏ ｃ ｔ ｙ ｆ ｃ ｉ ｈ ａ ｅ ｔ ｅＤｅｅｔ ｎ ｈ ａｉ ｔ ｆ ａ，ｅ ｅｅ ｅｔ ｎ ｔｅＬ ｓｒＡｃ ｖ ｔｃ ｏ ｚ ｏ ｆ ｉ ｉ
激光辐照光学镜头猫眼效应反射率测试
根据猫 眼效 应的反 射原理 ， 路返 回的猫 眼效应 反射光束 与入 射光束 是完全 重合 的 ， 原 因此进 行反射光 测试
时， 必须要 解决入 射光 与反射光 的光路 相互干 扰无法 测量 的问题 。而且折 射式光 学镜头具 有多个 透镜 ， 得每 使
个 镜面均会 对入射 光形成 反射 ， 它们 与猫 眼效应 反射光 相混淆 ， 使得 反射特性 非常 复杂 。这 些非猫 眼效应反 射 光并 没有利 用价值 ， 了提 高测量精 度 ， 为 必须 分 辨 出真 正 的猫 眼 效应 反 射 光 ， 且 将 非猫 眼 效应 反射 光 滤 除 。 并
径 的 影 响 。测 试 绝 对 反 射 率 及 其 规 律 的 意 义 在 于 ， 仅 它
Ｆｉ ． Ｃａ ｙ ｆｅ ｔｏ ｐ ｉａ ｅ ｓ ｇ １ ｔｅ ｅ ｅ ｆ ｃ ｆｏ ｔｃ ｌｌｎ
图 １ 光 学 镜 头 的猫 眼 效 应 原 理示 意 图
与镜头 的参数有 关 ， 与探测距 离无关 ｌ ， 而 ＿ 因此 可 以用 于修 正激 光 主动探 测 的作 用距 离公 式 ， ｇ 替换 其 中 的猫 眼 目标参数 。
第 ２ ０卷第 １ ０期
２０ ０ ８年 １ Ｏ月 强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ Ｓ Ｇ ＥＲ ＡＮ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ ＣＩＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ０， ． ０ １２ ＮＯ １
Ｏｃ ．． ０ ８ ｔ ２ ０
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ ０ ） ０ １ ２ ３ ０ １４ ２ （ ０ ８ １ —６ ００
１ 猫 眼效 应 反 射 率 测试 方 案
所有 的成 像或探 测用光 学镜头都 是通 过一定 口径 的光学 系统 ， 将接 收光信 号汇聚 到光 电探 测器上 ， 电探 光 测器 在对光 信号进行 吸收 、 换 的同时 ， 转 会将 一部 分光信 号反射 。所 以 ， 当激光 束进入 光学 系统 视场 时 ， 根据 光 路 的可逆性 ， 从探测 器反射 的 光束 会按 原 光路 传递 回去 ， 这种 原路返 回性 不 受 入射 角 的影 响 ， 图 １所示 。猫 眼 如 效应绝 对反射 率定义 为猫眼 效应 反射 光 功 率与 进 入镜 头 的光 功率之 比。根 据文 献 ［ ｏ 的 理论 和仿 真 分 析 可 知 ， １］ 猫眼效应 绝对 反 射 率 和发 散 角要 受 到 入 射 角 、 距 和 口 焦
猫眼效应中离焦量对激光回波发散角的影响
猫眼效应中离焦量对激光回波发散角的影响李会;陈青山;李晓英;刘力双【摘要】平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时会产生猫眼效应,焦平面探测器安装的正交性与离焦量直接影响猫眼回波的光学特性,进而影响基于猫眼效应的探测系统的性能.针对猫眼效应中离焦量与后向反射光束发散角之间关系,利用物理光学进行分析,建立理论模型,对焦距为0.18m的焦平面探测成像系统进行数值计算得到:在离焦量为0.16 mm时,发散角最小(0.019 mrad).搭建实验系统,测试离焦量与猫眼回波发散角,测得离焦量在0.15 mm附近存在最小的发散角为0.025 mrad,与计算结果0.019 mrad基本吻合.研究表明:1)负离焦对发散角的影响大于正离焦;2)猫眼回波发散角基本上随着离焦量绝对值的增加而变大,但是变化曲线并不关于零离焦量点对称,而是在某个正离焦处存在一个最小发散角.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】5页(P147-151)【关键词】猫眼效应;离焦量;发散角;焦平面【作者】李会;陈青山;李晓英;刘力双【作者单位】北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192;北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192【正文语种】中文【中图分类】TN249平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时，能够产生按原路返回的准直回光,即所谓“猫眼效应”[1]。
通过探测光电设备的光学窗口能够实现对目标的快速准确定位[2]，根据“猫眼”目标的回波功率大约是背景漫反射功率的102～103倍可实现对“猫眼”目标的探测[3]，因此深入分析“猫眼”目标回波发散角具有很高的研究价值[4]。
对于实际光学系统，由于元件加工误差原因，光敏面不一定正好位于焦平面上[5]，甚至为了特殊需要，人为设置一定的离焦量，而且一般的光学系统由于像差等原因的存在，对于轴外入射光而言也往往存在离焦[6]。
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斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性2009 年 12 月 December 2009 装备指挥技术学院学报J o ur nal of t he Academy of Equip ment Co mma nd & Technolo gy 第20 卷第 6 期Vol . 20 No1 6斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性1 2 2 3 赵延仲,孙华燕, 宋丰华,纪雷刚( 1 . 装备指挥技术学院研究生管理大队 ,北京 101416 ; 2 . 装备指挥技术学院光电装备系 ,北京 101416 ; )3 . 中国西昌卫星发射中心 ,四川西昌615000摘要 : 为研究斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性 ,提出确定猫眼效应原路返回性的严格判据是反射光与入射光的重心是否重合。
按照高斯光束通过透镜的传输和变换规律 ,推导得出倾斜高斯光束通过光学镜头后的猫眼效应反射光的重心坐标 ,然后通过与入射光重心坐标的对比分析发现 ,猫眼效应反射光的原路返回特性与入射角、离焦量和焦距等参数具有一定的约束关系 ,仅在理想正入射情况下才具有严格意义上的原路返回性。
关键词 : 猫眼效应 ;原路返回特性 ;斜入射 ;高斯光束() 中图分类号 : TN 249文章编号 : 167320127 20090620091205文献标识码 : ADO I : 10 . 3783/ j . i ssn . 167320127 . 2009 . 06 . 021Return B a c k Cha ra ct e ri stic s of Cat Eye Eff e ct Refle ct e d Li ghtUnde r Obli que Inci de nc e Co nditio n 1 2 2 3Z H A O Ya nzho ng, SU N H ua ya n, SO N G Fe ngh ua, J I L ei ga ng ( 1 . Co mpa ny of Post graduat e Ma nage ment , t he Acade my of Equip ment Co mma nd & Technolo gy , Beiji ng 101416 , Chi na ; 2 . Dep a rt ment of Op tical a nd Elect rical Equip ment , t he Acade my of Equip ment Co mma nd & Technolo gy , Beiji ng 101416 , Chi na ;)3 . Chi na Xi Cha ng Sat ellit e L a unch Cent er , Xicha ng Sichua n 615000 , Chi naAb stra ct : In o r de r to st udy t he ret ur n back cha ract eri stic s of t he cat eye eff ect ref lect e d li ght un2 de r o blique i nci de nce co nditio n , it i s p ropo sed t hat a st rict crit e rio n fo r ma ki ng sure t he ret ur n bac k cha ract e ri stic s of t he cat eye eff ect ref lect e d li ght i s t hat t he ba r yce nt e r of t he ref lect e d li ght a nd t he i nci de nce light i s sup erpo se o r no t . By u si ng t he r ule s t hat Ga u ssia n bea m s app l y w he n t ra n sf e r ri ng a nd t ra n sfo r mi ng t hro ugh le n s , t he ba r yce nt er of t he cat eye eff ect ref lect ed li ght w he n t he Ga u ssia n bea m p a ssi ng t h ro ugh t he op tical le n s sla nt way s i s deduced. Af t e r co mp a ri ng t he ba r yce nt er of t he re2 f lect ed bea m a nd t he i nci de nce bea m , it i s k no w n t hat a re st rictio n relatio n i s e xi st ed bet wee n t he re2 t ur n back charact eri stic s of t he cat eye eff ect ref lect e d li ght a nd t he inci de nce a ngle , t he focal shif t , t he focu s , et c . The st rict ret ur n back cha ract e ri stic s of t he cat eye eff ect ref lect edli ght i s o nl y e xi st e d i n t he p e rf ect ci rcu mst a nce w he n t he re i s no focal shif t a nd i ncli ne .Ke y wo rds : cat eye eff ect ; ret ur n back cha ract eri stic s ; o blique i nci de nce ; Ga u ssia n bea m s大多数成像探测或非成像探测所用光学镜在受到激光束辐照时能够产生原路返回的准直回 [ 123 ] ,这就是光学镜头的“猫眼效应”。
由于猫眼光头的焦平面处都安装有反射或半反射元件 ,它们收稿日期 : 2008205228基金项目 : 部委级资助项目作者简介 : 赵延仲 ,男 ,博士研究生. 主要研究方向 :光电信息处理 ,激光主动探测. zhao ya n198 @to m . co m.孙华燕 ,女 ,教授 ,博士生导师.效应反射光的原路返回特性和准直特性 ,猫眼效量、焦距、距离等参数的关系。
由于激光束在远距,情离传播时还要受到大气和衍射等因素的影响应反射光强度与漫反射回波强度相比要高 2 , 4个量级 ,因此 ,利用被探测目标携带光学镜头的猫况相当复杂 ,难以得出一般性的重心坐标公式及眼效应原理 ,通过发射激光束到远场镜头目标并其规律 ,因此本文只分析在近距离时的情况。
接收其猫眼效应反射光回波进行信息处理 ,可以实现激光主动探测 ,且可大大提高探测距离和定 1 数学模型位精度 ,这正是激光主动探测技术相比于被动探 [ 4 ] 为简化分析 , 假设近距离时猫眼光学镜头的测技术的优势所在。
之前对光学镜头猫眼效应特性的研究均认为其原路返回特性是固有的 ,因口径大于入射光束直径 , 入射角小于镜头视场角 , 此主要注重于研究其反射光的特性参数及其规律镜头不对入射和反射光束造成遮挡 , 并将猫眼光 [ 526 ] 性。
而文献 [ 7 ]则发现 ,在斜入射的情况下 ,猫学镜头看成是一个透镜和一个反射面的组合 , 入眼效应反射光的原路返回性稍有偏差 ,虽然这个射光束在猫眼光学镜头上的中心位置与镜面中心偏差很小 ,但建立的模型像差较大。
在远场时 ,猫眼效应反射光中心偏离接收系统将有相当距离 , 重合。
将倾斜高斯光束通过猫眼光学镜头的传输[ 8 ] 造成的可探测能量损失也较大 ;而在近场时 ,研究过程展开 , 可以得到一个 4 f 系统。
图 1 所示为其偏差与目标参数和探测激光参数的关系 ,则可倾斜高斯光束通过猫眼光学镜头的传输过程 , 入据此来进行某些参数的判别。
因此 ,必须要研究 ( ) 射光束沿 z 方向主光轴方向传播 , 垂直于纸面这个偏差究竟与何参数有关以及影响如何。
本文的方向为 x 方向 , y 方向垂直于 x 方向和 z 方向。
首先提出了确定猫眼效应原路返回性的严格判据是 : 猫眼效应反射光与入射光的重心是否重合。
θ其中为入射光束与光学镜头主光轴之间的夹( ) 角 , 输入参考面位于入射光束的束腰输入光腰为了从理论上研究猫眼效应反射光的原路返回特位置 , 输出参考面与输入参考面处于对称位置 , 性 ,首先建立了斜入射高斯光束通过猫眼光学镜w为入射光束的束腰半径 , w为入射光束在透头的数学模型 ,按照高斯光束通过透镜的传输和 0 1镜 1 前的光束半径 , w为反射光束在透镜 2 后的变换规律 ,推导得出了倾斜高斯光束通过光学镜 2光束半径 , w为反射光束在输出参考面的光束半头后的猫眼效应反射光的重心坐标 ; 然后分析了 3径 , w为反射光束的束腰半径 , f 为透镜 1 和透镜0 猫眼效应反射光的原路返回偏差与入射角、离焦2 的焦距 , l 为输入参考面到透镜 1 以及透镜 2 到输出参考面的距离 , l 为透镜 2 到反射光束光腰( ) δ位置输出光腰位置的距离 ,为离焦量。
图 1 倾斜高斯光束通过猫眼光学镜头的传输过程λ式中 :为波长。
2 传输方程θ定义倾斜系数 C = t a n , 并设 x 方向和 y 方设薄透镜前高斯光束的光场分布为向的倾斜系数分别为 C、C, 且 C= C , 则入射高 2 3 3 [ 10 ] 22 2 斯光束的倾斜相位因子可以表示为 ) ( )( )( Ex, y, 0 = e xp [ - x + y/ w] 1 0 0 1 1 0 0φ( ) ) ( )( x, y= e xp [ - i k Cx+ Cy] 30 0 2 0 3 0 式中 : x, y为光束横截面坐标值。
0 0 [ 9 ] 根据高斯光束的传播规律可知πλ式中 : k =2/为波数。
由于入射光束为中心对称高斯光束 , 其重心 2 λl ( )w w = 1 + 2 102( )π ( w0 坐标即为其轴对称中心位置 x1 , y1 = - Cl , 2第 6 期赵延仲 ,等 :斜入射情况下猫眼效应反射光的原路返回特性 932 2) - Cl。