偏振激光对典型物体的散射特性研究

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1、偏振激光对典型物体的散射特性研究StudiesOnScatteringCharacteristicsofPolarizedLasersfromTypicalTargets工程领域：光学工程作者姓名：孙珞珂指导教师：张贵忠教授企业导师：涂建平研究员天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月万方数据万方数据摘要激光引信因其具有探测精度高、抗电磁干扰能力强、体积小和启动精度高等优点已经在各种型号的战术导弹武器系统中得到了广泛的应用。目前的半导体激光引信主要采用能量探测的方式，即主要根据回波能量的大小来判别目标是否存在，该种方式极易

2、受到阳光、云/烟雾、背景(地物、海面)等外界环境的干扰，其中云/烟雾干扰是主要影响引信性能的因素。然而激光的回波中不仅携带了能量信息，同时还有频率、相位等多种多样的信息，而这些信息中最特殊的一种就是来自目标和干扰的偏振特征信息。根据国内外的研究数据显示，相同偏振状态的激光经不同物质反射或散射，其回波的偏振态也会发生或多或少的改变。本论文首先从理论上对典型物体和气溶胶的后向散射特性进行研究，分析了典型物体后向散射特性，及气溶胶干扰后向散射特性，给出了相应的分布模型。同时介绍了偏振激光和偏振度的基本概念。利用MIE散射理论的基本概念，

3、推导了MIE散射理论计算的核心参数MIE散射系数以及散射角函数的计算方法。基于以上理论推导,进行了激光散射回波偏振度的计算和建模仿真。计算结果表明，粒子尺寸大小对偏振度的影响较大，当粒子尺寸增大时，偏振度变化明显；当粒子尺寸减小时，偏振度变化较小。首次开展了几种状态下偏振激光对目标的探测实验及偏振激光抗烟雾实验。实验结果表明，经目标表面散射后的激光与入射激光的偏振态保持的较为一致、目标的消偏作用不明显。而烟雾的回波幅值数据显示，烟雾粒子散射对偏振光的退偏作用明显，即烟雾对线偏振光散射过程中产生了消偏作用，将线偏振激光变为了无固定偏

4、振态激光。因此，利用偏振激光探测可以有效区分目标与烟雾。本论文关于偏振激光对典型目标的探测特性研究结果对于目标识别及抗干扰技术应用具有一定参考价值，对新型激光引信的进一步研究有着积极意义。关键词：偏振激光,后向散射，偏振度万方数据ABSTRACTDuetothegoodhomochromatismanddirectionalismoflaserbeam,laserdetectioniswellusedinthefieldofproximityfuze.Andlaserfuzeiswidelyappliedindifferentki

5、ndsoftacticalmissilesystemsbecauseofitshighdetectingprecision,abilityofantielectromagneticinterferenceandsmallvolume.However,thesemiconductorlasrfuzesadopttheenergy-baseddetectionmode,whichidentifiesthetargetbasedontheenergyleveloftheechowave.Thisdetectionmodeishighly

6、affectedbyenvironmentalinterferencessuchassunlight,cloud,smokeandbackground,especiallybythecloudandsmokeinterferences.However,thereisalotofinformationcontainedintheechowavelaser,notonlytheenergy,butalsothefrequencyandphase.Thestatesofpolarizationoftargetsandinterferen

7、cesareofmostspecialtype.Thestudyresultsshowthatthepolarizingstateofthelaserbeamscanbechangedwithdifferentdegreesafterreflectedorscatteredbydifferentobjectsortargets.Firstofall,thebackscatteringoflaserbeambytypicalobjectsandaerosolsarestudiedtheoreticallyinthispaper.Th

8、eback-scatteringcharacteristicsoftypicalobjectsandaerosolparticlesareanalyzedandthedistributingmodelsareobtained.Afterthat,t