基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法.pdf

May2023ChineseJournal of Scientific Instrument2023年5月Vol.44No.5第5期第44卷表仪器仪报学D0l:10.19650/ki.cjsi.J2311005基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法甘霖，张合（南京理工大学智能弹药技术国防重点学科实验室南京210094)摘要：针对激光近程全向探测问题，在激光近程动态周向扫描探测机理研究基础上，提出了基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态周向探测方法。基于激光近场探测理论和静态探测场空间几何分布，推导出基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测回波方程。构建了单脉冲激光近程测距概率分布模型并搭建了实验室静态探测实验平台，研究了脉冲激光发射功率、倒置反射光锥角、脉冲激光束发散角和目标尺寸投影面积对激光近程周向探测概率分布的影响机制。结果表明：随着发射功率和目标投影尺寸分别从1 0 W和0.0 1 m增加到3 0 W和0.2 5m，回波信号幅值亦随之从0.1 6 和0.43 V提升到4.2 2 和5.95V，随着倒置反射光锥角和光束发散角分别从3 0 和1 0 mrad增加到1 2 0 和3 0 mrad，回波信号幅值随之从3.1 8 和2.52V降低到0.8 8 和1.9 2 V；周向探测概率分布随着发射功率和目标投影尺寸的增加而半宽减小且峰值增加并向左偏离、随着倒置反射光锥角和光束发散角的增加半宽增大且峰值降低并向右偏离；探测分布对称性并不受以上4种因素影响。关键词：近程探测；单脉冲激光；光锥扩束；概率分布中图分类号：TH74文献标识码：A国家标准学科分类代码：46 0.40 3 0Short-range static detection method of single pulse laser basedon light cone beam expansion mechanismGan Lin,Zhang He(Intelligent ammunition of Ministerial Key Laboratory,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China)Abstract:The problem of laser short-range omnidirectional detection is considered.Based on the research of laser short-range dynamiccircumferential scanning detection mechanism,a single-pulse laser short-range static circumferential detection method based on light conebeam expansion mechanism is proposed.Based on the theory of laser near-field detection and the spatial geometric relationship of staticdetection field,the echo equation of single pulse laser short-range static detection using the mechanism of light cone expansion isderived.The probability distribution model of single pulse laser short-range ranging is formulated and the laboratory static detectionexperiment is established.The influence mechanism of pulse laser emission power,inverted reflection cone angle,pulse laser beamdivergence angle and target size projection area on the probability distribution of laser short-range circumferential detection is studied.The results show that as the transmit power and the target projection size increase from 10 W and 0.01 m to 30 W and 0.25 m,theecho signal amplitude also increases from 0.16 and 0.43 V to 4.22 and 5.95 V.As the inverted reflective cone angle and beamdivergence angle increase from 30 and 10 mrad to 120 and 30 mrad,the echo signal amplitude decreases from 3.18 and 2.52 V to0.88 and 1.92 V.The circumferential detection probability distribution decreases with the increase of the transmission power and thetarget projection size,and the peak increases and deviates to the left.With the increase of the inverted reflected light cone angle and thebeam divergence angle,the half width increases and the peak decreases and deviates to the right.The symmetry of detection distributionis not affected by the above 4 factors.Keywords:proximity detection;single pulse laser;light cone expansion;probability distribution收稿日期：2 0 2 3-0 1-3 0Received Date:2023-01-30*基金项目：国家自然科学基金（51 6 0 52 2 7）、南京理工大学本科生科研训练计划立项资助151甘第5期霖等：基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法0引言脉冲激光近程探测技术是武器装备重要的近程感知探测手段1-2 ，例如典型的北约NF2000、美国PX581迫弹，以色列Python5空空导弹以及我国AJK10舰空导弹等3 ,均采用激光近程探测技术识别目标距离信息。然而，现代战争环境对激光近程探测技术提出更高要求，例如基于主动防护概念的各类“硬杀伤”拦截弹药【4、基于定向聚能起爆理念的高效精确打击弹药5-7 ,均要求激光近程探测技术需在原有点对点线状探测基础上拓展范围，具备全向覆盖面状探测能力。针对激光近程全向探测问题，Castillon等8 采用水下主动光学3 D扫描技术探测水下微小类目标，徐国权等9 利用条纹相机方法实现激光探测目标3 D成像，以上近程探测方法分辨率较高，但面阵探测器探测单元多、计算方法复杂、成像时间长；此外，美国Thales导弹、英国THOMSON-THORN导弹以及北京理工大学和8 3 58 研究所等1 0-1 1，通过布置多个激光器与探测器，实现激光空间全向探测，该类方法覆盖的探测空间大，但多组探测收发器和探测窗口势必增大体积且降低稳定性；区别于上述激光近程静态全向探测方法，文献1 2-1 4 提出了激光近程动态全向探测方法，以电机带动双侧反射镜周期旋转实现脉冲激光近程动态扫描探测，然而电机和双侧反射镜的加入，造成空间布局允余、电磁环境干扰复杂1 5本文针对激光近程全向探测问题，在前期大量激光近程动态周向扫描探测机理研究基础上1-1 8 1，提出了基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态周向探测方法。研究了单脉冲激光光锥扩束近程静态周向探测回波特性，基于激光近场探测理论和静态探测场空间几何关系，在激光回波方程一般形式上，推导出基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测回波方程，构建了单脉冲激光近程测距概率分布模型，结合实验室探测对比实验，从理论与实验两方面入手，探讨了脉冲激光发射功率、倒置反射光锥角、脉冲激光束发散角和目标尺寸投影面积对单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布的影响机制。1单脉冲激光光锥扩束近程静态周向探测回波特性单脉冲激光光锥扩束近程静态周向探测原理如图1所示。其主要由扩束光锥和激光近程探测系统构成，激光器被驱动电路触发点亮，同时，触发信号同步扮演距离探测起点信号，脉冲激光束经透镜整形后，透过中空全反镜，由光锥扩束后形成静态周向探测场，目标信号由光锥搜集反射至中空全反镜，经二次反射后被接收透镜聚焦至光敏探测器，最后进行光电信号处理与运算，完成目标静态周向探测出射光路目标-回波光路光锥反射镜闵值处理电路接收电路中空全反镜APD接收透镜距离解算发射透镜脉冲触发电路驱动电路SPLPL90-3激光器图1单脉冲激光光锥扩束近程静态周向探测原理图Fig.1Short-range static circumferential detection principle ofsingle-pulse laser cone beam expansion在脉冲激光近程探测过程中，激光回波方程一般形式为2 P,G,TD2P,2m.ns(1)4元R4元R24其中，P,代表激光发射功率,G,为发射增益,R,和R,分别脉冲发射和接收系统与目标间距，为目标距离，为目标激光散射面积,D为接收系统通光口径，n。和n.分别为大气以及探测光学系统激光透过率。雷达散射截面方程可通过单位面元的单站雷达散射截面方程积分获取：Q=J4mf,()cos*dA(2)其中，f（）为双向反射分布函数,为人射角,dA为散射截面单位面元。从而激光回波方程的积分形式又可表示为：TD?P.(t)nan.JE(x,y,z2)P,(t)f()cosBdady4R?(3)其中，E(x,y,z）代表高斯分布光照度,x和y分别为脉冲激光散射截面单位面元的横坐标和纵坐标。高斯分布光照度可表示为：2E(x,y,z)=T0i(1+(do/(Tw0)Xx?+y222(4)ex(1+(八d./(m0)5)其中，W。为光源处激光束腰半径，0。=2 入/中，中为激光束散角，入是脉冲激光波长，d。为目标与高斯光束中心间距。以重尾函数来拟合激光器输出脉冲,其形式为：f(t)=Po(t/r)*exp(-t/)(5)表152仪器仪报学第44卷其中，P。代表脉冲激光的峰值发射功率，T为激光脉宽。将式（2）、（3）代人式（5），可得：PoD2P,(t)=x+X-2R,/c-2xtan/c)expXT(t-2R,/c-2xtan/c)2f.()cosdxdy(6)T由于本文采用倒置反射光锥扩展单脉冲激光扫描探测范围，脉冲激光发射光束照射到光锥后，形成周向静态扫描探测场，感知超近程来袭目标，规定光锥顶点为坐标原点，光锥中轴线竖直向下为Z轴，水平向右方向为Y轴，依据右手螺旋定则建立如图2 所示坐标系，设置半锥角为6，圆锥顶点距离激光探测平面距离为d。图2激光静态探测场空间分布模型Fig.2Spatial distribution model of laser static detection field假设目标在激光探测平面照射部分投影为LL部分，该投影部分4顶点分别为A、B、C、D ,设定目标在激光探测平面照射部分投影在光锥顶点处激光发射光束平面的投影为L，L2，该投影部分四顶点分别为A、B、C、D，则该部分投影产生的脉冲激光回波功率为：P.Df.()cosP,(t)=?20)(1+(入d/(T0)R;.2nans2expXxD-2R,/c-2xtan/c)(t-2R,/c-2xtan/c)2XTTdx06(1+(Ad(0,)-)exI(7)YA其中，XDXA分别为顶点D、A 对应横坐标，xA-XD=LI,YAVYB分别为顶点A、B对应纵坐标，YB-yA=L2。取激光探测平面任意一点p，其在反射光锥面和光锥顶点处激光发射光束平面的光路投影分别为p点和P点，设p点坐标为（x,y,0），依据光学传播理论和模型位置几何关系，则p点坐标对应为(x,y+(d-Vx?+y/tane)tan20,d)。基于回波轮廓波形与回波功率的关系：i(t)=4P,(t)R,/nan,D(8)从而基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测回波轮廓波形方程可表示为：2Paf.()cosXexp(a(1+(Ad(mo.)D-2R,/c-2xtan/c)(t-2R,/c-2xtan/c)TT2Bdxexp(9)(ag(1+(Ado(m0)YA2单脉冲激光近程静态周向探测概率分布2.1单脉冲激光近程测距概率分布模型本文提出的基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态周向探测系统的噪声由背景噪声和电路噪声组成，该系统噪声可用高斯分布表示，其概率分布为1 8 ，1(10)exp2元202其中，代表电路等效均方根噪声电压，V,是探测系统信号接收电路噪声电压综合探测系统噪声信号和脉冲激光回波信号，探测信号概率分布由两者叠加表示为：p(Vsn)=pV,+j(t)(11)本文以值检测法作为激光回波信号处理方法，在时刻t之前的目标探测概率可用积分形式表示为：P(t,Vh)=pV,+j(t)dV,(12)其中，Vh为回波信号阈值电压。上式可推导为：P(t)=limp V,+j(t+At)dVAi-0thpV,+j(t)dv,At(13)sn根据偏导数以及微积分相关定理，上述公式可表述为：P(t)=pVh-j(t)j(t)(14)153甘第5期霖等：基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法将t=2r/c代人，以探测系统和目标之间的距离r代替时间t，可得系统距离探测概率密度分布为：2P(r)=pVa-j(r)j(r)(15)C经过上述推导,结合式(9)和（1 5)可以看出，单脉冲激光近程静态周向探测概率分布函数和激光发射功率P。成正比，同时与倒置反射光锥角、光束发散角、目标投影尺寸面积等因素密切相关，接下来分别探讨上述因素对单脉冲激光近程静态周向探测概率分布的影响规律，相关仿真计算参数如表1 所示。表1仿真计算模型参数设置Table1Simulation calculation model parameter setting参数取值参数取值Po/W1030T/ns150/()30120Vih/mV100/mrad1030入/nm905LixLy/cm?10105050c/(ms)3x108do/m8g/mV50/()45y/m82.2脉冲激光发射功率对周向探测分布及精度的影响脉冲激光发射功率是单脉冲激光近程静态周向探测概率分布函数中的重要参数，首先研究单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布和脉冲激光发射功率的内在关系。设定光束发散角为2 0 mrad，目标尺寸投影面积为30cm30cm，倒置反射光锥角7 5激光发射功率从10W增加到3 0 W,步长为5W，在不同脉冲激光发射功率下的脉冲激光回波轮廓如图3 所示，静态周向距离探测概率分布和目标探测概率分别如图4、5所示。随着脉冲激光发射功率的增加，脉冲激光回波轮廓幅值随之提高，静态周向距离探测概率分布对称性保持不变，概率分5-10W15W20W425W30W入/32010203040时间/ns图3不同发射功率激光回波信号Fig.3Laser echo signals with different transmit power6-10W15W520W-25W-30W4321013.814.014.214.414.614.815.015.215.4目标距离/m图4不同发射功率周向探测概率分布Fig.4 Circumferential detection probability distributionof different transmission power1009998%目97969594931015202530激光发射功率/W图5不同发射功率目标探测概率Fig.5Target detection probability of dfferent transmission power布半宽减小且峰值增加，逐渐向左偏离真实值，目标探测概率提高但斜率逐渐减小，其原因为阈值检测点的斜率随着回波幅值的增加而变陡，导致检测点被测时间减小，从而距离测量结果向左偏移且探测概率逐渐增大并趋近于1。2.3倒置反射光锥角对周向探测分布及精度的影响倒置反射光锥是本文核心部件，其锥角控制着单脉冲激光束的空间分布范围，决定了激光探测目标的回波功率，从而影响目标探测概率。为了探寻倒置反射光锥角对单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布的影响规律，设定激光发射功率为2 0 W，光束发散角为20mrad，目标尺寸投影面积为3 0 cm30cm，倒置反射光锥角从3 0 增加至1 2 0，步长为1 5，在不同倒置反射光锥角下的脉冲激光回波轮廓如图6 所示，静态周向距离探测概率分布和目标探测概率分别如图7、8 所示。随着倒置反射光锥角的增加，脉冲激光回波轮廓幅值随之降低，静态周向距离探测概率分布对称性保持不变，概率分布半宽增大且峰值降低，逐渐向右偏离真实值，目标探测表154仪器仪第44卷报学概率逐渐降低，因为阈值检测点的斜率随着回波幅值的减小而变缓，导致检测点的被测时间增大，从而距离测量结果向右偏移且目标探测概率降低。4-30456075390105入/1202山L010203040时间/ns图6不同光锥角激光回波信号Fig.6Laser echo signals with different cone angles6-30455600-7590041051202013.814.014.214.414.614.815.015.215.4目标距离/m图7不同光锥角周向探测概率分布Fig.7Circumferential detection probability distribution ofdifferent light cone angles1009998979695941406080100120光锥角（(）图：不同光锥角目标探测概率Fig.8Target detection probability of different light cone angles.4脉冲激光光束发散角对周向探测分布及精度的影响由于本文利用单脉冲激光束扩展方式提高空间探测范围，光束发散角会对反射光锥扩束效果产生影响，从而改变扩展光束静态探测范围，影响目标回波功率和探测概率分布，最后分析光束发散角对系统探测性能的影响。设定激光发射功率为2 0 W，目标尺寸投影面积为3 0 cm30cm，倒置反射光锥角为7 5，光束发散角从1 0 mrad增加至3 0 mrad，步长为5mrad，在不同光束发散角下的脉冲激光回波轮廓如图9 所示，静态周向距离探测概率分布和目标探测概率分别如图1 0、1 1 所示。随着光束发散角的增加，脉冲激光回波轮廓幅值随之降低，静态周向距离探测概率分布对称性保持不变，概率分布半宽增大且峰值降低，逐渐向右偏离真实值，目标探测概率逐渐降低，其原因为阈值检测点的斜率随着回波幅值的减小而变缓，导致检测点的被测时间增大，从而距离测量结果向右偏移且目标探测概率降低3.0-10 mrad15mrad2.520mrad25mrad30mrad2.0入/助1.51.00.5010203040时间/ns图9不同激光束散角激光回波信号Fig.9 Laser echo signals of different laser beamdivergence angles5-10 mrad-15 mradi20mrad4-25mrad-30 mrad3213.814.014.214.414.614.8目标距离/m图1 0不同激光束散角周向探测概率分布Fig.10Circumferential detection probability distribution ofdifferent laser beam divergence angles155甘第5期霖等：基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法99.098.5%目98.097.597.01015202530激光束散角/mrad图1 1不同激光束散角目标探测概率Fig.11Target detection probability of different laserbeam divergence angles2.5目标投影面积对周向探测分布及精度的影响目标投影尺寸面积代表目标被激光周向探测场覆盖范围，而目标回波功率正是该部分面积光照产生的冲激响应，接下来考察在不同目标投影尺寸面积下单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布情况。设定激光发射功率为2 0 W，光束发散角为2 0 mrad，倒置反射光锥角为7 5，目标尺寸投影面积从1 0 cm10cm增加至50 cm50cm，在不同目标尺寸投影面积下的脉冲激光回波轮廓如图1 2 所示，静态周向距离探测概率分布和目标探测概率分别如图1 3、1 4所示。随着目标尺寸投影面积的增加，脉冲激光回波轮廓幅值随之提高，静态周向距离探测概率分布对称性保持不变，概率分布半宽减小且峰值增加，逐渐向左偏离真实值，目标探测概率提高但斜率逐渐减小，其原因为阈值检测点的斜率随着目标尺寸投影面积的增加而变陡，导致检测点的被测时间减小，从而距离测量结果向左偏移且探测概率逐渐增大并趋近于1。6-10cm10cm20cm20cm5.30cm30cm-40cm40cm50cm50cm4入/32010203040时间/ns图1 2不同目标投影面积激光回波信号Fig.12Laser echo signals of different target projection areas710cm10cm20cm20cm6.30cm30cm40cm40cm550cm50cm421013.4 13.613.814.0 14.214.4 14.614.815.0 15.2 15.4目标距离/m图1 3不同目标投影面积周向探测概率分布Fig.13Circumferential detection probability distributionof different target projection area1009998%979695949300.050.100.150.200.25目标投影面积/m?图1 4不同目标投影面积目标探测概率Fig.14Target detection probability of differenttarget projection area3实验与分析在理论构建和模型数值分析基础上，为进一步探寻单脉冲激光近程静态周向探测性能以及影响因素，构建实际激光静态周向探测平台进行实验分析验证，倒置光锥单脉冲激光静态周向探测平台如图1 5所示。该探测平台由静态周向扫描系统（倒置反射光锥、透光整流罩）和激光信号探测系统（脉冲激光发射系统、脉冲激光接收系统、中空全反镜、解算电路、电源等)组成。探测流程和原理如下：脉冲激光发射系统调制出脉冲周期信号，驱动点亮激光二极管，脉冲激光光源经过发射准直透镜聚焦整形后，照射至倒置反射光锥，经光锥反射，形成周向静态扫描探测场，目标回波激光信号由光锥反射至中空全反镜，二次反射后进人激光接收系统光电转换，最后由解算电路测量目标距离信息。表156仪仪器第44卷报学倒置反射光锥透光整流翠倒置反射光锥脉冲激光接收系统脉冲激光接收系统中空全反镜脉冲激光发射系统解算电路电源脉冲激光发射系统图1 5倒置光锥单脉冲激光静态周向探测实验平台Fig.15Inverted light cone single pulse laser static circumferential detection experimental platform首先验证脉冲激光发射功率对单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布及精度的影响。调整脉冲激光发射准直光学系统将光束发散角控制在2 0 mrad，改变目标尺寸将投影面积控制在3 0 cm30cm，选择光锥角为7 5的倒置反射光锥，调整脉冲激光发射系统参数，以5W为递增步长，将发射功率控制在1 0 3 0 W之间，在不同脉冲激光发射功率下每组静态探测实验进行2 0 0 次。实测探测结果概率密度分布和目标探测概率分别如图1 6、1 7所示。实验结果与理论推导均表现为高斯分布，发射功率增加会导致分布半宽减小、峰值提高且目标探测概率提高但斜率逐渐减小，因实验样本量偏小以及实测激光回波与理论回波的信号差异等影响因素，导致实测均值低于理论均值，实测分布较理论分析向左迁移，且随着发6301525W420W210W013.614.014.414.815.215.616.0目标距离/m图1 6不同激光发射功率周向探测实测概率分布Fig.16Measured probability distribution of circumferentialdetection with different transmission power100理论数据9998%实验数据9594文931015202530激光发射功率/W图1 7不同发射功率实测探测概率Fig.17Measured detection probability of differenttransmission power射功率的增加，回波信号脉宽被压缩，信号检测点斜率提升，导致左迁趋势渐弱其次验证倒置反射光锥角对单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布及精度的影响。调整脉冲激光发射系统将光束发散角控制在2 0 mrad，脉冲激光发射功率控制在2 0 W，改变目标尺寸将投影面积控制在3 0 cm30cm，选择不同锥角的倒置反射光锥，使其以1 5步长从30增加至1 2 0，在不同倒置反射光锥角下每组静态探测实验进行2 0 0 次。实测探测结果概率密度分布和目标探测概率分别如图1 8、1 9 所示。由于本组有7 项不同光锥角对应曲线，现将7 组曲线分两图显示，以便更清晰呈现实验与理论对比差异，实验与理论推导均表现为高斯分布，反射光锥角增加会导致分布半宽增大、峰值降低且目157霖等：基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法甘第5期6530600421013.814.014.214.414.6目标距离/m(a)光锥角3 0 7 5时周向探测实测概率分布(a)Measured probability distribution ofcircumferential detectionwiththe light cone3075049003111105200013.614.014.414.815.2目标距离/m(b）光锥角9 0 1 2 0 时周向探测实测概率分布(b)Measuredprobabilitydistributionofcircumferential detection with the light cone90120图1 8实测探测结果概率分布Fig.18Measured probability distribution ofcircumferential detection100理论数据9998%97实验数据96959493406080100120光锥角）图1 9不同光锥角实测探测概率Fig.19Measured detection probability of differentlight cone angles标探测概率逐渐降低，同样因实验样本量以及实测与理论回波信号差异等影响因素，导致实测均值低于理论均值，实测分布较理论分析向左迁移，且随着反射光锥角的增加，回波信号脉宽扩展，信号检测点斜率降低，导致左迁趋势渐强接下来验证光束发散角对单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布及精度的影响。调整脉冲激光发射系统将脉冲激光发射功率控制在2 0 W，改变目标尺寸将投影面积控制在3 0 cm30cm，选择光锥角为7 5的倒置反射光锥，调整脉冲激光发射准直光学系统，将光束发散角控制在以5mrad为步长，从1 0 mrad递增至3 0 mard，在不同光束发散角下每组静态探测实验进行2 0 0 次。实测探测结果概率密度分布和目标探测概率分别如图2 0、2 1 所示。实验与理论推导均表现为高斯分布，光束发散角增加会导致分布半宽增大、峰值降低且目标探测概率逐渐降低，因实验样本量以及实测与理论回波信号差异等影响因素，导致实测均值低于理论均值，实测分布较理论分析向左迁移，且随着光束发散角的增加，回波信号脉宽扩展，信号检测点斜率降低，以至于左迁趋势渐强5410mradi320mr&dmka230mrad1013.814.014.214.414.6目标距离/m图2 0不同光束发散角周向探测实测概率分布Fig.20Measured probability distribution of circumferentialdetection with different beam divergence angles99.0理论数据98.598.097.5实验数据97.096.596.01015202530激光束散角/mrad图2 1不同激光束散角实测探测概率Fig.21Measured detection probability of different laserbeam divergence angles表158仪仪第44卷报学器最后实验探讨目标尺寸投影面积对单脉冲激光近程静态周向距离探测概率分布及精度的影响。调整脉冲激光发射系统将光束发散角控制在2 0 mrad,脉冲激光发射功率控制在2 0 W，选择光锥角为7 5的倒置反射光锥，调整目标尺寸，将投影面积控制在1 0 cm10cm增加至50 cm50cm，在不同目标尺寸投影面积下每组静态探测实验进行2 0 0 次。实测探测结果概率密度分布和目标探测概率分别如图2 2、2 3 所示。实验结果表现为近高斯分布，目标尺寸投影面积增加会导致分布半宽减小、峰值提高且目标探测概率逐渐提高，实验样本量以及实测与理论回波信号差异等影响因素同样导致了实测均值低于理论均值，实测分布较理论分析向左迁移，且随着目标尺寸投影面积的增加，回波信号脉宽压缩，信号检测点斜率变陡，以至于左迁趋势渐弱。7650cm50cm540cm40cm430cm30cm320cm20cm210cm10cm1-013.213.614.014.414.815.2目标距离/m图2 2不同目标尺寸投影面积周向探测实测概率分布Fig.22Measured probability distribution of circumferentialdetection with different target projected area10099理论数据98%目9796实验数据9594193文9200.050.100.150.200.25目标投影面积/m?图2 3不同目标投影面积实测探测概率Fig.23Measured detection probability of differenttarget projection area4结论本文针对激光近程全向探测问题，提出了基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态周向探测方法。在激光近场探测理论和静态探测场空间几何关系基础上，推导出基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测回波方程，构建了单脉冲激光近程测距概率分布模型并搭建了实验室静态探测实验，结果表明：1）随着发射功率的增加，回波幅值提高，探测分布半宽减小且峰值增加并向左偏离且探测概率逐渐增大并趋近于1；2）随着倒置反射光锥角的增加，回波幅值降低，探测分布半宽增大且峰值降低并向右偏离且探测概率逐渐降低；3）随着光束发散角的增加，回波幅值降低，探测分布半宽增大且峰值降低并向右偏离且探测概率逐渐降低；4)随着目标投影尺寸的增加，回波幅值提高，探测分布半宽减小且峰值增加并逐渐向左偏离且探测概率逐渐增大。除上述特征表现外，探测分布对称性并不被上述因素影响。本文提出的激光近程全向探测方法在最低功耗条件下，扩大了探测系统作用范围，为目标全向探测提供了一种新的静态易行探测方法。参考文献1查冰婷，袁海璐，马少杰，等.单光束扩束扫描激光周视探测系统参数对探测能力的影响J.物理学报，2019,68(7):79-88.ZHA B T,YUAN H L,MA SH J,et al.Influence ofsingle-beam expanding scanning laser circumferentialdetection system parameters on detection capability J.Acta Physical Sinica,2019,68(7):79-88.2陈杉杉，张合，徐孝彬.脉冲激光引信探测平面目标的回波特性研究J.兵工学报，2 0 1 8，3 9（6）：1095-1102.CHEN SH SH,ZHANG H,XU X B.Echo characteristicof planar target in pulsed laser fuze detection J.ActaArmamentari,2018,39(6):1095-1102.3吴越，黄中华，过凯，等.激光引信无源干扰技术发展及应用研究J.光电技术应用,2 0 2 1,3 6(4)：1-4.WU Y,HUANG ZH H,GUO K,et al.Research ondevelopment and application of laser fuze passive jammingtechnologyJ.Electro-Optic Technology Application,2021,36(4):1-4.4刘昭涛，陈日明，黄家露.主动拦截防护系统坐标变换方法研究J.火控雷达技术，2 0 2 2,51（3）：3 1-3 5.LIU ZH T,CHEN R M,HUANG J L.Research oncoordinate conversion of an active interception andprotection system J.Fire Control Radar Technology,2022,51(3):31-35.159霖等：基于光锥扩束机理的单脉冲激光近程静态探测方法甘第5期5赵聘，陈朗，李金河，等.聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性J.兵工学报，2021,42(1):45-55.ZHAO P,CHEN L,LI J H,et al.The characteristics ofexplosives initiated by precursor shock waves in shapedcharge jet penetrating a bulkhead at differenttemperaturesJ.Acta Armamentari,2021,42（1):45-55.6SVIRSKY O V,VLASOVA M A.On the penetrationcapability of shapedchargeswithconicalandhemispherical liners J.Combustion,Explosion,andShock Waves,2019,55:739-743.7FEDOROVSV,LADO