偏振脉冲激光粗糙面散射退偏特性研究

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1、密级无分类号ＴＮ２４９＿多知０京＇ＸＩＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：偏振脉冲激光粗糙面散射退偏特性研究作者：徐瑞超指导教师：高明教授申请学位学科：精密仪器及机械２０１８年５月２５日＊偏振脉冲激光粗糙面散射退偏特性研究学科：精密仪器及机械研究生签字：指导教师签字：摘要由于激光有高强度、抗干扰、方向性好等特点，无论是在军用领域，还是通信、医疗等民用领域，都越来越广泛地使用到了激光技术。各种脉冲激光器的不断发展的过程中，脉冲激光波束在卫星通信、高精度测距、目标识别与检测、激

2、光光谱分析等系统中成为重要的信息载体。对粗糙表面的散射偏振特性研究，有利于在复杂背景中探测到感兴趣的目标，是远程侦查、目标识别等领域的一个重要研究方向。由于光波在散射和反射中偏振信息会随之改变，在目标检测与识别中，就可以根据不同目标的反射光波的偏振特性变化来判别目标特点。偏振技术的使用，使相干探测系统性能大大提升，可以获得更高的信噪比和更好的分辨能力。本文以偏振激光脉冲波束为例，研究了激光波束在随机粗糙表面散射退偏振的特性。论文的研究成果如下：第一，使用谱反演的方法，模拟仿真出一维、二维高斯随机粗糙面。高斯粗糙面的表面粗糙度使用高度起伏均方根和表面相干长度的比值来

3、描述，这样可以包括粗糙面的横向特征和纵向特征信息。第二，从入射波表面切向场出发，推导了粗糙面激光多次散射后向散射系数，数值分析证明粗糙面越粗糙，散射现象越明显，且当粗糙面粗糙度较大时，存在后向散射增强的现象。第三，以椭圆偏振相干脉冲EGSMP波束作为研究对象，基于随机电磁波束的相干偏振理论，相位结构函数的二次近似和广义的Stokes参量，推导出椭圆偏振相干脉冲EGSMP波束的电磁CSDF矩阵元，用以表示入射光的偏振态。基于偏振双向反射分布函数（BRDF），考虑多次散射和遮避效应，推导了脉冲波束经过随机粗糙面散射后的退偏度。对比分析了波束的初始脉冲宽度、波束束宽等光波参

4、数以及表面粗糙度和材料复折射率等粗糙面参数对椭圆偏振波束的退偏特性影响。结果表明：脉冲宽度、波束束宽等光波参数，表面粗糙度、材料复折射率等粗糙面参数，对偏振脉冲波束的退偏特性影响显著。关键词：目标识别；椭圆偏振；高斯脉冲；随机粗糙面；退偏特性DepolarizationPropertiesofPolarizedLaserPulseBeamsScatteringonRandomRoughSurfaceDiscipline:PrecisionInstrumentandMachineryStudentSignature:SupervisorSignature:Abstrac

5、tBecauseofthecharacteristicsofhighintensity,anti-interferenceandgooddirectivity,laseriswidelyusedinthefieldofmilitaryaffairs,communication,medicaltreatmentandothercivilianfields.Withthecontinuousdevelopmentofpulsedlaser,pulsedlaserbeamhasbecomeanimportantinformationcarrierinsatellitecom

6、munication,high-precisionranging,targetrecognitionanddetection,laserspectralanalysisandothersystems.Theresearchonscatteringpolarizationpropertiesofroughsurfaceisofgreatimportancetodetectinterestedtargetsincomplexbackground,whichisanimportantresearchdirectioninremotereconnaissance,target

7、recognitionandotherfields.Becausethepolarizationinformationoflightwavewillchangeinscatteringandreflection,intargetdetectionandrecognition,thetargetcharacteristicscanbedistinguishedaccordingtothevariationofthepolarizationcharacteristicsofreflectedlightwavesofdifferenttargets.The