一种基于蒙特卡罗法的激光引信回波信号仿真技术
基于回波信号仿真的瑞利_喇曼_米激光雷达研制
第21卷第9期强激光与粒子束Vo l.21,No.9 2009年9月H IGH POWER LASER AND PART ICLE BEAMS Sep.,2009文章编号:1001-4322(2009)09-1321-05基于回波信号仿真的瑞利-喇曼-米激光雷达研制*伯广宇,刘博,钟志庆,周军(中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥230031)摘要:在分析瑞利、喇曼和米散射仿真回波信号的基础上,研制了一台探测大气温度、气溶胶和卷云的瑞利-喇曼-米散射激光雷达,实现了一台激光雷达针对大气温度、气溶胶和卷云光学特性的多参数探测。
为提高瑞利和喇曼微弱回波信号信噪比,采用了极高灵敏度的R4632光电倍增管和光子计数技术;为实现对大气气溶胶和卷云的探测,532nm回波信号采取高低分层技术、高层通道回波衰减方法和探测器门控技术。
瑞利-喇曼-米散射激光雷达的探测结果证明了利用仿真回波信号指导激光雷达设计的可行性。
关键词:激光雷达;仿真计算;光电信号检测;信噪比中图分类号:T N958.98文献标志码:A激光雷达以其高分辨力、大动态的探测范围,在大气遥感中越来越受到人们的重视。
随着人们对大气组分分布有效检测需求的增加,激光雷达遥感大气温度、气溶胶和卷云等的物理信息在很多研究项目中已经受到人们重视,采用瑞利-喇曼-米激光雷达(RRML)多种手段探测大气组分,将有利于提高激光雷达的时、空的资料覆盖率[1]。
中国科学院安徽光学精密机械研究所较早就展开了用于大气温度、气溶胶和卷云探测的激光雷达的研制。
本文介绍了RRM L回波信号仿真方法,根据激光雷达方程,选择合适的大气模式,依据激光雷达设计指标,对激光雷达接收的大气后向散射回波信号和信噪比进行了仿真计算,依据仿真回波信号的特征,设计了RRM L光学接收和信号检测单元。
1RRML方程及仿真采用的大气模式RRM L垂直向大气中发射532nm波长的脉冲激光,通过接收空气分子532nm波长的瑞利后向散射信号和氮分子607nm波长的振动喇曼后向散射信号,反演5~50km高度的大气温度垂直廓线。
海洋激光雷达测量水体剖面偏振信号的仿真模拟
红外与激光工程
Infrared and Laser Engineering
2021年 6 月 Jun. 2021
海洋激光雷达测量水体剖面偏振信号的仿真模拟
李 珂 、刘 秉 义 杨 倩 3, 唐 军 武 2, 吴 松 华 u
(1.中 国 海 洋 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 部 ，山 东 青 岛 266100; 2.青 岛 海 洋 科 学 与 技 术 国 家 实 验 室 区 域 海 洋 动 力 学 与 数 值 模 拟 功 能 实 验 室 ，山 东 青 岛 266237;
多次散射效应是激光在海水中传输的一个复杂 问题，也 是 光 学 深 度 较 大 的 介 质 中 的 重 要 退 偏 来 源 。 为了探究激光在海水中发生多次散射的辐射传输过 程 ，需 要 建 立 合 适 的 辐 射 传 输 模 型 [2]。蒙特卡洛模型 是 数 值 求 解 辐 射 传 递 方 程 常 用 的 替 代 方 法 ，能够模拟 水 中 激 光 辐 射 传 递 过 程 。 目前，在非 偏 振 光 方 面 ，国 内外很多研究机构已经建立了适用于多种介质的蒙 特 卡 洛 辐 射 传 输 模 型 ，并 实 现 了 较 多 应 用 ；在偏振光 方 面 ，利用偏振蒙特卡洛在探测水云[M]、水体[M1、生 物 组 织 [7]等 方 面 取 得 了 较 多 成 果 。但应用在海洋上
关 键 词 ：海 洋激光雷达； 偏 振 蒙 特 卡 洛 ； 水体光学参数； 垂 直 剖 面 ； 退偏振比
中 图 分类号：P714+.1 文 献 标 志 码 ：A
D O I：10.3788/IRLA20211035
Simulation of polarization profiles of water measured by oceanographic lidar
基于蒙特卡洛模拟计算可靠度
基于蒙特卡洛模拟计算可靠度一、蒙特卡洛模拟蒙特卡洛模拟也称为随机模拟方法，或随机抽样技术。
它是一种以概率论和数理统计为基础，通过对随机变量的统计实验、随机模拟来求解问题近似解的数值方法。
它的主要思想是：为了求解数学、物理、化学及工程问题，建立一个概率模型或随机过程，使它的参数等于问解；然后通过对模型或过程的观察或抽样来计算所求参数的统计特征（如均值、概率等），作为待解问题的数值解，最后给出所求解的近似值，而解的精度可用估计值的方差来表示。
蒙卡洛模拟的步骤是：首先建立简单而又便于实现的概率分布模型，使分布模型的某些特征（如模型的概率分布或数学期望）恰好是所求问题的解；然后根据概率分布模型的特点和计算的需要改进模型，以便减少方差，降低费用，提高计算效率；再对分布模型进行随机模拟，其中包括建立产生伪随机数的方法和建立对所遇到的分布产生随机变量样本的随机抽样方法；最后建立各种统计量的估计，获得所求解的统计估计值及其方差。
蒙特卡洛模拟方法可分为直接蒙特卡洛模拟、间接蒙特卡洛模拟和蒙特卡洛积分。
（1）直接蒙特卡洛模拟采用随机数来模拟本身具有复杂随机过程的效应。
该方法是按照实际问题所遵循的概率统计规律，用计算机进行直接的抽样，然后计算其统计参数。
直接蒙卡洛模拟法能充分体现蒙特卡洛方法的特殊性和优越性，因而在物理中得到了广泛的应用，该方法也就是通常所说的“计算机实验”。
（2）间接蒙特卡洛模拟是人为地构造出一个合适的概率模型，依照该模型进行大量的统计实验，使它的某些统计参数恰好是待求问题的解。
Buffon 投针实验就是运用间接蒙特卡洛模拟来求解π。
（3）蒙特卡洛积分是利用随机数系列计算积分的方法，积分维数越高，效率越高。
定积分的计算是蒙特卡洛方法被引入计算数学的开端，这里以定积分的计算说明其处理确定性问题的方法。
如计算定积分：dx x f k s ⎰=10)(1)(0≤≤x f 此时，求定积分亦即求边长为1 的正方形中一个曲边梯形的面积问题，如图2 所示。
一种激光引信光学系统的虚拟样机建模技术
Ｔｈ ｏ ｌｎｇ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｆ Ｖｉ ｔ ａ ｏ ｏ ｙ ｅ ｅ Ｍ ｄｅ ｉ ｃ ｎ ｑ ｅ ｏ ｒ ｕ ｌＰｒ ｔ ｔ ｐ
ｏ ｈ ｔｃ ｌＳ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｌａ ｅ ｚ ｆ ｔ ｅ Ｏｐ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ ｉ ｈ ｓ ｒ Ｆｕ ｅ
李 源 ， 张京 国 ， 梁 谦
（ 中国空 空导 弹研究 院 ， 河南 洛 阳 ４ １ ０ ） ７ ０ ９
摘 要 ： 学 系统是 激光 引信 的重要 组成部 分 ， 光 同样 ， 学 系统 的 建模 也是 激 光 引信 虚 拟 光 样 机技 术的核 心部 分 。 由于文 章 所研 究的 光 学 系统 采 用 脉 冲体 制 激 光 器和 不 规 则 面 形探 测
完 整 、 细 的模 型 ， 详 它能 够 逼 真 地 反 映 引 信 在 测
０ 引 言 、
近炸 引信虚 拟样 机是 在计算 机 上建立 的表 示
试 、 验 和作 战使 用 中 的性 能 ， 且 它能够 用来 评 试 并 价 引信 的设计方 案 和评估 产 品的性 能［ 。由 于虚 １ ］
图 １ 反 射 光 束 经 过 光 学 系 统 后 成 像 Ｏ
在 探 测 器 上 的 位 置 示 意 图 Ｉ— Ａ × Ｐｗ × Ａ。 （） ７
式 中 ： 是探 测器 的响应度 ， 位 为 Ａ／ ； 是 接 Ａ 单 Ｗ Ａ。
图 ９ 引 信 窗 口 接 收 面 兀 与 目标
收光 学 系统 总效 率 。 由于现 阶段 引信 的激光 回波
追迹 ， 到成 像光 斑位 置 。 得
２ ３ 接 收 光学 系统成 像数 学 建模 ． 假设 在 接收 窗 口点 Ａ 处 ， 子午 面入 射 角 为 且 ３， 。弧矢 面入 射 角 为 ４ 。 ， 过 仿 真 可 以精 确 的 ５时 经 判 断入射 光 线经 过光 学 系统后 是否 成像 在探 测器
脉冲激光引信烟尘环境回波模拟计算方法
第50卷第5期V〇1.50 No.5红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年5月May 2021脉冲激光引信烟尘环境回波模拟计算方法包家倩，查冰婷'张合，徐陈又诗(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)摘要：针对常用Henyey-Greenstein散射相函数（H-G散射相函数）在描述单个粒子前向及后向散射 特性时的不准确性，提出将基于7"矩阵法的散射相函数用于激光烟尘散射研究的方法。
通过r矩阵 法计算烟尘粒子单次散射特性，并提出基于离散散射相函数的散射角抽样方法，利用随机数描述多重 散射的散射分布，结合光子的半解析接收方法，建立了激光引信在烟尘环境下发射及接收的理论模型。
为验证理论模型的正确性，通过封闭烟尘环境实验室，对激光引信在实际烟尘环境下的接收能力 进行测试，分析不同烟尘浓度及湿度条件对回波的影响，并与采用H-G散射相函数理论模型的计算结 果进行对比。
结果表明，随着烟尘浓度和湿度的增加，激光回波幅度也相应增大，且基于7"矩阵散射相 函数的回波仿真方法与实验结果更吻合，尤其是烟尘浓度较大的情况，实验与理论分析结果一致。
关键词：r矩阵；散射相函数；后向散射；激光引信中图分类号：0436.2 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200319Simulation method of pulse laser fuze echo in dust environmentBao Jiaqian,Zha Bingting*,Zhang He,Xu Chenyoushi(Ministerial Key Laboratory of ZNDY, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)Abstract:Since the most widely used single-scattering phase function一Henyey-Greenstein scattering phase function (H-G scattering phase function)cannot reproduce the forward scattering and backscattering behavior well,a method based on the F-matrix scattering phase function was proposed to analyze and simulate the multiple scattering and echo signal of the pulse laser in the dust environments.The single-scattering properties of dust particles were calculated by the T-matrix method and a sample method was proposed to apply T-matrix scattering phase function to the Monte Carlo simulation with a random number.Furthermore,the theoretical model of the transmission and reception of a laser fuze in dust environments was built with the above sample method and semianalytic sensing geometric method of a photon.To verify the precision of the theoretical model,a dust environment laboratory was designed and built to evaluate the performance of laser fuzes in different dust environments.Therefore some experiments were completed to derive the echo amplitudes of a laser fuze in the dust environments with different dust concentrations and the results were compared with corresponding simulation results of H-G scattering phase function and T-matrix method.The simulation results show that echo powers are increased with the increase of dust concentrations and relative humidity.And the method based on T-matrix scattering phase function has a better consistency with the experiment and is more stable,especially in denser dust environments.Key words:r-matrix;scattering phase function;backscattering;laser fuze收稿日期:2020-08-18;修订日期:2020-11 -23基金项目:国家自然科学基金（51709147);中央高校基本科研业务费专项资金(30918012201)作者简介:包家倩，女,博士生，主要从事激光烟尘散射理论及烟尘实验技术等方面的研究。
雷达信号模拟器中的杂波蒙特卡罗仿真
雷达信号模拟器中的杂波蒙特卡罗仿真
张长隆
【期刊名称】《航天电子对抗》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】首先介绍了两种产生相关随机序列的基本方法,分析了各自优缺点.无论采用哪种方法,均需要产生出具有所要求的功率谱特性的相关高斯随机序列.从频域和时域介绍了产生相关高斯序列的两种方法.最后根据雷达信号模拟器的设计要求,给出了几种概率分布模型杂波蒙特卡罗仿真方法.
【总页数】7页(P34-40)
【作者】张长隆
【作者单位】国防科技大学电子科学与工程学院研究所信号处理教研室,长
沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.雷达信号模拟器中的杂波仿真模型 [J], 张长隆
2.雷达信号模拟器杂波的设计与实现 [J], 李淑萍
3.基于蒙特卡罗仿真的雷达装备重要度评价 [J], 黄建新;边亚琴
4.侧向散射激光雷达的蒙特卡罗仿真与实验研究 [J], 冯冰;胡淼;李鹏;韩宁;金涛;欧军;周雪芳;杨国伟;卢旸;毕美华
5.一种雷达目标与杂波环境信号模拟器 [J], 刘峥;沈福民;张守宏
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激光近炸引信技术讲解
引言由于激光具有方向性强,高单色性,高相干性,高亮度等优点,因此它在武器系统中得到了广泛应用,激光引信就是其中之一。
激光引信是随着激光技术的发展而出现的一种利用激光束探测目标的引信。
利用激光束探测目标的光学近炸引信,相对于传统光、电近炸引信,激光近炸引信具有引爆时间准、命中概率高、抗干扰能力强的突出特点,因此,在现代导弹、火箭弹、炮弹,炸弹、水雷等领域得到了广泛的推广和应用。
1.激光引信工作原理激光引信是一种主动型的引信,它本身发射激光,这一束光通常以重复脉冲形式发送光束到达目标后发生反射,有一部分反射激光被引信接收系统接收变成电信号,经过适当处理,使引信在距目标一定距离上引爆战斗部。
激光引信的测距原理与脉冲无线电引信是相同的,只要测出激光束从发射瞬间到遇目标后发射光波返回到引信出的时间t,便可得出目标的距离R,即(c为光速这是理想的情况,实际设计还要考虑延时时间。
图1所示为主动式激光引信原理方框图。
主要由发射系统和接收系统两大部分组成。
图1 主动式激光引信原理图发射系统产生所要求的频率、能量的激光,并以光束的形式向空间辐射光能量,在空间形成所需的探测场,同时给出同步信号。
该系统包括:控制电路、激光器激励电路、同步信号电路和激光发射光学系统。
控制电路中有产生所需频率信激光近炸引信技术赵岩马洪远南成根空军驻吉林地区军事代表室,吉林吉林132021 号的振荡电路、公放电路及延迟电路。
如果是编码体制的激光引信,还要有编码电路。
目前,大峰值功率的激光器大多采用进口的。
对于单通道小视场的激光引信采用非球面透镜或复合球面系统。
对于360°探测场的激光引信,比较简便的方法是采用光锥来完成。
在激光器功率一定的条件下,发射光的发散角越小,探测距离越远。
接收系统包括:接收光学系统、光敏元件、前肢放大电路、信号处理电路和执行级。
在国内研究的激光引信中,接收光学系统大都为球面复合系统,要求接收市场在能覆盖发射激光波束的前提下尽可能小,保证所要求的有效接收面积极高的光学透过率。
基于Qt 的激光近炸引信信号缩比仿真软件设计
基于Qt 的激光近炸引信信号缩比仿真软件设计0 引言激光近炸引信是一种具有高精度和高可靠度的引信，具有定距的误差小、炸点位置精确，并且对电磁干扰的抵抗性强等优势，在火炮、火箭、地空导弹和空空导弹上都有着广泛的应用。
在对此类近感探测产品进行检测时，通常用地面验证实验在各种地面弹目交会的条件下对回波信号进行记录并对回波数据进行启动判断。
传统人工对回波信号进行数据分析时，存在测试回波信号的数据量大、测试时间较长、测试仪器复杂、启动号判定规则多，不能控制所有判定规则对6 路或某几路回波信号同时进行启动判定等问题。
本文基于Qt 设计了一种激光近炸引信信号缩比仿真软件，完成对近感探测产品在地面验证实验后记录的回波数据的启动信号判断。
该软件具有操作简便、可以模拟真实环境下各种弹目交会速度、节省开发成本等优势，具有实际意义。
1 软件测试工作原理在导弹发射后，激光近炸引信初始状态为并未接收到回波信号，在一段时间后如果激光近炸引信开始接收到目标回波信号，则导弹已经到达目标的邻域，引信做好起爆准备。
如果引信开始连续不间断地接收到目标回波信号，则导弹已经往目标方向迫近，若此时可以击中目标，则会通过机电触发装置实现触发作用[1]；如果激光引信没能完成触发，而且在某个时间点开始不能接收到目标的回波信号，则表示导弹已经开始飞离目标，在这时激光引信会立刻发出起爆信号，实现较佳位置起爆；若激光引信在一段时间一直没有接收到回波数据，则引信一直不会被触发，到设定时间后自毁，具体引信目标探测准则的流程图如图1 所示[2-4]。
激光近炸引信信号缩比仿真软件通过读取地面验证实验记录的6 路由激光接收器接收到的回波数据，由多种根据引信目标探测准则设计的判定准则对6 路回波数据同时进行判定并输出起爆信号，并将原始数据和起爆信号的数据在主界面的显示界面进行波形显示，并同步将数据显示在主界面的表格界面。
图1 引信目标探测准则流程图2 信号缩比仿真软件设计Qt 是一种功能十分强大的C++应用程序开发框架，具有文件操作、图像处理、数据采集处理等功能，被广泛应用于开发图形用户界面。