水下气泡幕激光后向散射功率衰减特性实验研究
水下隐身动目标激光探测水面能量散射特性研究

中 图 分 类 号 T N 219 D O I:10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2016. 07. 037
Characteristics of Laser Scattering from Rough Water Surface Based on Detection of Underwater Stealth Moving Target
Vol.36 No.7
154
Ship 舰Ele船ctr电oni子c E工ng程ineering
总第265期 2016年第7 期
水下隐身动目标激光探测水面能量散射特性研究
姚瑶孙晓峰陶永勤 (海军7 0 2 厂 上 海 200434)
摘 要 为 了 提 高 卫 星 对 水 下 隐 身 动 目 标 的 探 测 效 率 , 对不同海况下、不同人射角度时的三维激光海面漫反射特性进 行了建模仿真计算,并在实验室条件下对激光人射波动水面后产生的散射场的能量分布特性进行了的研究。首 先 ,根据麦 克斯韦尔方程和边界条件对散射场在各个方向上的分量之间的耦合关系进行了研究,并列出矩阵方程; 然后,利用三维锥形 波对人射激光束进行了模拟; 最 后 ,通过稀疏矩阵规则网格法求解矩阵方程,得出三维双站散射系数,并通过实验对仿真结 果 加 以 验 证 。结 果 表 明 该 方 法 能 够 准 确 地 表 示 波 动 水 面 的 三 维 激 光 漫 反 射 特 性 ,为 进 一 步 研 究 三 维 激 光 海 面 漫 反 射 特 性 奠 定了基础。
虽然是数值计算方法,但是它是将三维的粗糙界面
射角;6C r,:y) 为波高函数一为局部法向矢量;々。和 怂分另彳为激光在大气和水中的波数;大气和水中的
水下气泡幕消光特性研究

水下气泡幕消光特性研究马治国;王江安;余扬;石晟玮【摘要】为了研究水下气泡幕对激光传输特性的影响,采用米氏散射理论对水下气泡的消光截面和消光系数进行了计算,并在此基础上采用朗伯特-比尔定律对水下气泡幕的消光特性进行了理论分析和实验验证,取得了不同密度、不同厚度以及处于不同位置处气泡幕的透射光功率数据.结果表明,透过气泡幕的光功率随气泡密度以及气泡幕厚度呈指数衰减,而与气泡幕所处的位置没有密切关系.这一结论对舰船气泡尾流的光学探测是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)001【总页数】3页(P18-20)【关键词】散射;消光;米氏理论;气泡【作者】马治国;王江安;余扬;石晟玮【作者单位】海军工程大学,电子工程学院,武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学,电子工程学院,武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学兵器工程系,武汉,430033【正文语种】中文【中图分类】O436.2引言舰船在航行过程中会产生大量的气泡,并在很长时间内存在。
这就为通过尾流探测舰船提供了可能[1-2]。
由于气泡的存在,水的光学特性与无气泡时会有显著的区别[3-5]。
气泡对光的影响主要是散射和吸收,这就造成光强的衰减,即消光。
近年来,众多学者围绕着气泡的光散射特性开展了研究,而对气泡的消光特性则甚少涉足[6-11]。
作者从理论和实验两方面对水下气泡幕的消光特性进行了研究。
1 理论分析1.1 单个气泡的消光特性单个气泡的消光能力由消光截面Ce和消光系数Ke来描述。
把气泡视为各向同性的均匀球体,则其消光截面和消光系数可由米氏散射理论进行计算。
设气泡的直径为D,入射光波长为λ,气泡的尺度参量则由米氏散射理论,单个气泡的消光系数可表示为[12]:(1)式中,an,bn为米氏散射系数,是气泡的尺度参量α以及相对折射率m的函数。
单个气泡的消光截面为:Ce=Keσ(2)式中,σ为气泡在迎着光传播方向上的投影面积。
强激光在水中衰减的数值模拟与实验分析的开题报告

强激光在水中衰减的数值模拟与实验分析的开题报告一、研究背景及意义强激光在水中的传输和作用是当今研究热点之一,涉及到激光在水下通讯、精密加工、激光声学、水下探测等多个领域。
然而,在水中,强激光与水分子发生相互作用,会导致激光能量的衰减和光束形态的变化,影响到激光在水中的传输,使得激光功率密度、束径和强度分布等参数发生改变。
因此,了解强激光在水中的衰减规律和光学特性,对理解激光在水下的作用机理和优化激光水下传输具有重要意义。
二、研究内容本研究拟通过数值模拟和实验手段,探讨强激光在水中的衰减规律。
具体内容如下:1. 了解水对于激光的吸收、散射和反射等过程,建立适合于水中的强激光传输数值模型。
2. 利用COMSOL Multiphysics等软件,对强激光在水中的传输过程进行数值模拟,通过分析激光在水中的功率密度、光束形状以及强度分布等参数的变化规律,探究强激光在水中的衰减规律。
3. 借助自主搭建的实验平台,进行强激光在水中的传输实验,通过测量强激光在水中的功率密度、光束形状以及强度分布等参数的变化,验证数值模拟的结果,并进一步探究强激光在水中的光学特性。
4. 分析强激光在水中的衰减规律,探讨影响激光在水下传输的因素,并提出优化激光水下传输的建议和方案。
三、研究方法本研究主要采用数值模拟和实验相结合的研究方法,具体包括:1. 借助COMSOL Multiphysics软件,建立基于散射和吸收的强激光在水中传输数值模型,探究强激光在水中的光学特性。
2. 利用实验平台对强激光在水中的传输过程进行实验研究,测量强激光的功率密度、光束形状以及强度分布等参数的变化,验证数值模拟的结果,并进一步探究强激光在水中的光学特性。
3. 根据数值模拟和实验结果,分析强激光在水中的衰减规律、影响因素和优化方法,并提出相关建议和方案。
四、预期成果1. 建立适合于水中强激光传输的数值模型,通过数值模拟研究强激光在水中的光学特性,并分析其规律。
舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究

文章编号 2097-1842(2023)06-1333-10舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究宗思光1,张 鑫2 *,杨劭鹏1,段子科1,陈 报1(1. 海军工程大学 电子工程学院, 湖北 武汉 430034;2. 海军航空大学 青岛校区, 山东 青岛 266041)摘要:为了提高激光光尾流制导距离和探测信噪比,研究不同距离、不同气泡尺度、不同气泡数密度和不同气泡层厚度的气泡目标的后向散射特性具有重要的理论和应用价值。
采用蒙特卡洛仿真和室内实验研究了前述舰船尾流气泡目标的激光后向散射特性。
结果表明:近距离的气泡要比远距离的气泡更容易被检测到;在气泡数密度为102~108 m −3,气泡层厚度大于0.05 m 时,大尺度和小尺度气泡始终存在回波信号,气泡层厚度小于0.05 m 时无回波信号,此时,气泡层厚度特性对气泡后向散射的影响最大;在气泡数密度为109 m −3,气泡层厚度为0.05 m 以下时,大尺度气泡回波信号脉冲宽度会展宽。
在这种情况下,气泡数密度和尺度特性对气泡后向散射的影响最大。
搭建了水下典型气泡尺度下的激光后向散射测量系统,验证了不同舰船尾流气泡目标特性对激光后向探测系统的影响。
本文研究成果可为舰船尾流激光探测工程提供支撑。
关 键 词:舰船尾流;蒙特卡洛;后向散射;目标特性中图分类号:TN249 文献标志码:A doi :10.37188/CO.2023-0043Laser backscattering characteristics of ship wake bubble targetZONG Si-guang 1,ZHANG Xin 2 *,YANG Shao-peng 1,DUAN Zi-ke 1,CHEN Bao 1(1. College of Electronic Engineering , Naval University of Engineering , Wuhan 430034, China ;2. Qingdao Branch , Naval Aeronautical University , Qingdao 266041, China )* Corresponding author ,E-mail : 1714308601@Abstract : In order to improve the laser wake guidance distance and the detection signal-to-noise ratio, it is of great theoretical and practical value to study the backscattering characteristics of bubble targets with differ-ent distances, bubble sizes, bubble number densities, and bubble layer thicknesses. The laser backscattering characteristics of ship wake bubble targets with different distances, scales, numerical densities, and thick-nesses are studied using Monte Carlo simulations and indoor experiments. When the bubble density is 102−108 m −3 and the thickness of the bubble layer is greater than 0.05 m, there is always an echo signal for both large- and small-scale bubbles. When the thickness of the bubble layer is less than 0.05 m, no echo sig-nal is detected. At this situation, the thickness of the bubble layer is the greatest impact factor on the back-ward scattering of bubbles. When the bubble number density is 109 m −3 and the thickness of the bubble layer is below 0.05 m, the pulse width of the large-scale bubble echo signal widens. The number density and scale收稿日期:2023-03-13;修订日期:2023-05-15基金项目:国防科研基金(No. 2019-JCJQ-JJ-056)Supported by the National Defense Foundation of China (No. 2019-JCJQ-JJ-056)第 16 卷 第 6 期中国光学(中英文)Vol. 16 No. 62023年11月Chinese OpticsNov. 2023characteristics of the bubbles have the greatest impact on the backscattering of bubbles. A laser backscatter-ing measurement system at the scale of typical underwater bubbles is built to verify the influence of different ship wake bubble characteristics on the laser backscattering detection system, which can provide support for the ship wake laser detection project.Key words: ship wake;Monte Carlo;backscattering;target characteristics1 引 言为了适应新时代的战争需求,响应科技强军号召,用先进的科学手段,自动化、智能化、高效化探测跟踪舰船变得至关重要。
后向散射对激光水下成像的影响研究

系数的关系。文 中将建立激光水下成像后 向散射理
论 模 型 , 用 Maa 析 后 向散 射 光 的变 化 规 律 , 利 t b分 l 从而 得 出后 向散 射形 成 的背景 亮度 对成 像质 量 的影 响, 为提 高水下 成像 系统性 能 提供 理论依 据 。
76 3
激 光 与 红 外
耗 ; 为激 光 束 通 过 海 水 界 面 的 透 过 率 ; 为
=
,
fn h + a
。
大 气衰 减系数 ; 为海水 衰减 系 数 ; 0 为考 虑多 次 p( ) 散射 的影响引起辐射强 度的增加而 引入 的相位 函数 。 在 门选 通 条件 下 , 分 区域 是 激 光 从 距 离 l 积 处传输 到距 离 ( +u ) 所 占据 的 空 间 , 于选 通 1 T处 由 时 间 T很小 , 积分 区域 可近 似认 为是 个 包 含 在 激 光 发射视 场 内 的小 圆柱 体 , 因此 :
式 中 , 0 为 体 积 散 射 函数 , 文 采 用 了 H ne— ( ) 本 eyy Gentn函 数 , 中 , = <cs res i e 其 g oO>为 非 对 称 因 子¨ 它 决定 了介 质 散 射 光 的方 向性 , g越 接 近 , 当
一
定 。考虑 到在 激光 脉 冲 向 目标 传 输 过 程 中 , 射 辐 散 射 通量 附加在 照 明光 源 的直 接透 射 通 量 上 , 质 上 实 增 加 了 目标 上 的辐 射 照 度 , 利 于 目标 成 像 , 此 有 因
舢
散射影 响 系数 ,, P 为接 收 系统 接 收 到 的 目标 漫 反射
功率 :
P
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激光在气泡中的后向散射特性研究

收稿日期:2005203231;修回日期:2005206206.基金项目:国防科技资助项目.作者简介:石晟玮(1981-),男,在读博士,专业方向为军用目标探测与制导技术.激光在气泡中的后向散射特性研究石晟玮, 蒋兴舟, 王江安(海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033)摘 要:从应用于尾流自导角度出发,在实验基础上提出了一种利用尾流中气泡对激光的后向散射光特性探测舰船的新方法。
一般情况下,在不考虑水面波动的条件下能得到明显的气泡后向散射光信号;当有波浪存在时,后向散射光信号则不明显。
对此本文提出了利用气泡的后向散射光接收信号与波动水面反射信号在频域的差异判别气泡存在的方法,计算表明,采用这种方法可以达到较好的判别效果。
关键词:气泡;尾流;后向散射中图分类号:T N249 文献标识码:A 文章编号:167321948(2005)0320011204Back Sca tter i n g Character isti c of La ser i n Bubble F il mSH I S heng 2w ei,J I AN G X ing 2zhou,WAN G J iang 2an(Dep t .of W eaponry Eng .,Naval Univ .of Engineering,W uhan 430033,China )Abstract:A i m ing the app licati on t o t or pedo wake hom ing,a ne w method is p resented t o detect warshi p s based on the laser back scattering characteristic of wake bubbles .The experi m ental results de monstrate that the laser back scattering signal of bubbles without water surface fluctuati on is quite intense,while the back scattering signal becomes faint if water surface fluctuati on exists .By analyzing the t w o different scattering signals ,it is discovered that they have different characteristics in frequency domain .The calculati on p r oves that this difference can be effectively used detect bubbles .Key words:bubble;wake;back scattering0 引言舰艇在航行的过程中由于螺旋桨空化的作用以及船体对波浪的破碎,将在舰船两侧和尾流中产生大量的气泡。
液体泡沫对激光的透射衰减性能分析

液体泡沫对激光的透射衰减性能分析
李志刚;时家明
【期刊名称】《舰船电子对抗》
【年(卷),期】2015(038)004
【摘要】液体泡沫作为一种新的宽波段无源干扰手段,对激光具有透射衰减作用.探讨了单个液泡和液体泡沫层对激光的透射衰减机理,进行了液体泡沫的激光透射衰减性能实验,发现液体泡沫层对1.06 μm激光具有较强的衰减能力,根据实验结果分析了液体泡沫层厚度、泡沫中心尺寸、泡沫类型等因素对激光透射衰减性能的影响.研究结果对于液体泡沫的激光干扰运用具有指导意义.
【总页数】4页(P17-20)
【作者】李志刚;时家明
【作者单位】脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥230037;脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥230037
【正文语种】中文
【中图分类】TN977
【相关文献】
1.泡沫型干扰幕对激光透射的多界面效应研究 [J], 战希臣;金良安;迟卫;傅建国
2.聚碳酸酯激光透射焊接力学性能分析 [J], 张卫;张健;郭亮;张庆茂
3.泡沫对激光传输能量衰减的研究 [J], 胡波;章文芳;宋伟
4.液体泡沫对激光的伪装性能分析 [J], 李志刚;汪家春;赵大鹏;陈宗胜;王启超;时家明
5.非准直点源透射法测量体源样品的线性衰减系数 [J], 阿不都莫明·卡地尔; 张磊; 勒孚河; 亢锐; 塔依尔·斯拉甫力; 郭秋菊
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基于相关特性的水下连续激光后向散射测量方法研究的开题报告

基于相关特性的水下连续激光后向散射测量方法研
究的开题报告
一、研究背景
随着海洋资源的不断开发以及海洋科学的深入研究,水下测量技术
变得越来越重要。
水下激光后向散射测量是一种非常有效的水下测量方法。
它可以对水下物体进行高精度测量,可以应用于水下地形、海底结构、海洋生物等的研究。
然而,在实际应用中,由于水下环境的复杂性、水质条件的变化等
原因,水下激光测距和测量精度受到很大的限制。
因此,需要对水下连
续激光后向散射测量方法进行研究和改进,以提高精度和可靠性。
二、研究内容
本文将基于相关特性,探究水下连续激光后向散射测量方法的优化
和改进。
具体包括以下内容:
1.分析水下激光后向散射信号的相关特性,探究其与测量精度之间
的关系。
2.研究传统的激光测距方法,分析其存在的问题。
3.针对以上问题,提出一种改进的水下连续激光后向散射测量方法,利用相关特性来提高测量精度和可靠性。
4.对改进后的方法进行实验研究和验证,比较其与传统方法的优劣。
三、研究意义
本研究的工作将有助于解决水下测量中的难题,提高水下激光测量
的精度和可靠性,为海洋科学研究和海洋资源开发提供有力支持。
同时,该研究也可以为其他领域的激光测量技术提供借鉴和参考。
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1 引言
舰 船在航 行过程 中产生 了大 量 的气泡 , 在很 并
长时 间 内存在 L 。由于气 泡 的存 在 , 水 的光学 l q] 海 特性 与无 气 泡 时会 有显 著 的 区别 [ 。这 就 为 通 4 j
性 和散射特 性等 。 目前 , 对气 泡幕激 光 散射 特性 尤 其是后 向散 射特性 的研究 相对 较少 , 文重 点对 此 本 进行 研究 。影响 气 泡幕 激 光 后 向散射 特 性 的 因 素
总第 2 0期 5 21 第 8 00年 期
计 算 机 与 数 字工 程
Co u e mp tr& Dii lE gn e ig gt n ie rn a
Vo . 8 No 8 13 .
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水 下气 泡 幕 激 光 后 向 散 射 功 率 衰 减 特 性 实 验 研 究
Zh n i n we ’ a gJ a g i Ya g Ku t o ’ n na M a Zh g o iu 2
( ah n iest f c n ea dT cn lg Hu z o gUnv ri o i c n eh oo y”,W u a 4 0 7 ) Na a Unvri fE gn ei e,W u a 4 0 3 ) y S e hn 3 0 4 ( v l i es yo n ie r g t n h n 3 0 3
关键 词
散射 ;衰减 ;功率 ;气泡 T Nhomakorabea1 N2 6
中 图分 类 号
Ex rm e t t y o w e t nu to o e te pe i n alS ud f Po r At e a i n Pr p r i s o c s a t rng La e r m b l l n W a e fBa k- c t e i s r f o Bu b e Fim i tr
张 建伟” ’ 杨 坤涛” 马治 国。
( 中科 技 大学 ” 武 汉 华 4 0 7 )海 军 工 程 大 学 武 汉 3 04 ( ’ 403) 3 0 3
摘
要
针对水下气泡幕的激光后向散射功率衰减特性 , 设计 了实验系统 , 采用不同波长、 不同发射功率 的激光对不同
密度 、 不同厚度 、 同距离的气泡幕进行 照射 , 不 采用激光功率计对后 向散射光功 率进 行测量 , 对数据进行 了分析 。结果表 并
明 : 绿光 的后 向散 射 特性 较好 ; 向 散射 光 功 率 与 发 射 光 功 率 及气 泡 幕 厚 度 呈 正 比 ; 下 气 泡 幕 的 激 光后 向散 射 特 性 与 气 蓝 后 水 泡 密 度 、 泡 幕距 离关 系密 切 。 气
Ab t a t An e p r na y tm s d sg e O s u y t e p we te u t n p o e t s o h a k s a trn a e r m s rc x ei me tls se wa e in d t t d h o r at n a i r p ri ft e b c - c te g ls rf o e i o b b l f ms i tr u be i wa e.Th o r f a k s a tr ih r m u be f m t a o sd n i e ,t i n s e ,a d d sa c swe e l n ep we so c -c t i l tfo b b l i wih v r u e st s hc e s s n i n e r b en g g l s i i k t me s rd b o rme e t mp h u e n v ro s wa ee t s a d o t u s Th a a we e a a y e d t e r s l d c t a u e y a p we trwi l h a - o ss i a iu v ln h n u p t. g e d t r n l zd a h e u t i i e n sn a t a h a k s te n p o e t so 7 n 、 3 n ls ri b t r n 3 n ls ri wo s i et r ewa ee t 3 n 5 2 m 、 h tt eb c - c tr g r p ri f4 3 m 5 2 m e e t ,a d 6 5 m e r t n t e v ln h 6 5 m、 3 n a i e a s e a s h h g 4 7 m. 刀论 h c - c te n ih wesa e i i c r p ri n t h c e t ih we .7 we sh v ea in 7n a k s t r g l tp a i g o r r d r tp o o o t e i i n g tp n e t O nd l o r e p o r a er lt s o d n i e ,t e t ik e ss o u befl a d t eds a c ewe n t e 1s r d t e b b l f m. esi t s h hc n s e fb b l i m n h itn e b t e h a e h u b e i n a l Ke or s s a t rn y W d c te ig,a t n a i n,p we ,b b l te u t o o r u be Cls m b r TN2 6 a s Nu e 1 b b l u be