王治晶等

摘 要：對(duì)于作為目標(biāo)/環(huán)境模型的主要組成部分的1.064μm激光在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的衰減模型的研究有著重要的意義，本文主要分析了1.064μm激光在仿真環(huán)境中的衰減特性，并在此基礎(chǔ)上對(duì)反射衰減性質(zhì)在二維定位反射鏡鏡面渡膜中的表現(xiàn)進(jìn)行了思考，并對(duì)平面鏡激光反射的衰減建立了相關(guān)精確模型；根據(jù)對(duì)激光在漫反射屏表面涂層（近似認(rèn)為其為平面 Lambert 反射體）中反射特點(diǎn)的分析，在此基礎(chǔ)上建立了一個(gè)激光衰減模型，并在對(duì)涂層實(shí)際激光反射衰減特性的考慮過(guò)程中對(duì)這個(gè)模型進(jìn)行了精確處理，建立了一個(gè)激光衰減的精確模型，在仿真環(huán)境的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上可知這種模型是有效而正確的。

關(guān)鍵詞：激光制導(dǎo)；仿真環(huán)境；激光衰減模型

對(duì)激光在上述的仿真系統(tǒng)中要重視對(duì)激光光斑位置和激光能量的實(shí)時(shí)控制，對(duì)前者的實(shí)時(shí)控制主要可利用真實(shí)環(huán)境或?qū)嶒?yàn)室仿真環(huán)境中激光衰減模型等來(lái)實(shí)現(xiàn)，本文就是在實(shí)驗(yàn)室仿真環(huán)境中能量控制的精確模型建立方面做了進(jìn)行了努力。

1 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)光程的分析

在圖一這個(gè)系統(tǒng)中，激光衰減的過(guò)程如下：控制能量在目標(biāo)激光控制器中的衰減，穿過(guò)仿真環(huán)境中大氣射出激光的衰減，激光照射到鏡面反射衰減（激光照射到二維定位反射鏡系統(tǒng)的平面反射鏡中心），接著又是穿過(guò)仿真環(huán)境大氣激光衰減，然后是漫反射衰減和大氣衰減（激光照射到涂有漫反射材料的平面漫反射屏上）最后是導(dǎo)引頭接收到激光。

2 實(shí)驗(yàn)室仿真環(huán)境大氣衰減

選擇晴朗天氣在實(shí)驗(yàn)室仿真環(huán)境中進(jìn)行相關(guān)的激光實(shí)驗(yàn)，其能見度為23Km，采用水平傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行，并選擇中緯度夏季的海拔為0Km的近地面來(lái)進(jìn)行。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法一：Bouguer-Lambert 定理的利用

2.2 實(shí)驗(yàn)方法二： LOWTRAN 7 的利用

在這里本文利用了美國(guó)空軍地球?qū)嶒?yàn)室的 LOWTRAN 模型來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，在這里選取夏季的中緯度的晴天天氣，地面海拔為0Km的近地面來(lái)進(jìn)行，能見度為23Km無(wú)氣溶膠，水平（等壓）的路徑，H1 初始高度為 0Km， 0.016851Km為路徑長(zhǎng)度，9300cm-1為頻率下限，9500cm-1為頻率上限，5cm-1為頻率間隔，在1.064 ? m激光對(duì)應(yīng)頻率為 9398cm-1的情況下，其計(jì)算結(jié)果為：

綜合以上兩種實(shí)驗(yàn)方法可知，在實(shí)驗(yàn)室仿真環(huán)境中大氣衰減小于0.2%，所以在這種情況下，仿真環(huán)境中的大氣衰減的影響可以忽略不計(jì)。

3 平面鏡鏡面反射衰減

在普通鏡面的利用過(guò)程中有個(gè)無(wú)法克服的缺點(diǎn)，就是如果光入射角度不同，就會(huì)產(chǎn)生不同的發(fā)射效果，在這種情況下，發(fā)射率會(huì)隨著鏡面與入射光角度的變大而降低，隨著夾角越來(lái)越大，反射率會(huì)在其超過(guò)某一限度之后而降低為0，也就是說(shuō)入射光會(huì)被全部吞噬，這種現(xiàn)象就是所謂的Brewster 定律。據(jù)此可知在能量衰減的計(jì)算中相關(guān)人員必須關(guān)注平面鏡自身渡膜和入射角的影響因素。

測(cè)量?jī)x器：在平面鏡鏡面反射衰減的測(cè)量中，筆者使用了智能化的P&E2000 激光參數(shù)測(cè)量?jī)x（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院研制），不同的探測(cè)頭在與其合作的過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)連續(xù)激光功率、脈沖重復(fù)率、激光能量、平均功率的測(cè)量，并根據(jù)探測(cè)頭的參數(shù)來(lái)決定量程的長(zhǎng)短和適用光譜的選擇。

測(cè)試方法：具體的測(cè)試方法：在測(cè)試的過(guò)程中使用了目標(biāo)激光器、1.064?m

探測(cè)頭、P&E2000 激光參數(shù)測(cè)量?jī)x等設(shè)備。測(cè)試步驟如下：第一步是激光器打開，然后對(duì)頻率和激光輸出進(jìn)行設(shè)置，等到輸出能量穩(wěn)定之后再進(jìn)行測(cè)試。安置探測(cè)頭，對(duì)激光反射前的能力進(jìn)行測(cè)量和記錄，然后對(duì)兩軸臺(tái)外環(huán)軸按測(cè)試規(guī)定進(jìn)行調(diào)整，這時(shí)便出現(xiàn)了激光的射入角，然后再在B處安置探測(cè)頭，測(cè)量并記錄激光反射后的能量。

4 漫反射衰減

盡管Lambert 反射特性存在于任何的反射體中，但是并不是所有的具有Lambert 反射特性的物體都能夠被稱之為 Lambert 反射體的物體，只有具有了較好漫反射特性時(shí)才能被如此稱呼。而且漫反射特性在漫反射體中的不同會(huì)因?yàn)閲娡抗に嚕ㄍ苛系幕旌暇鶆蚨群皖w粒分布）的差異而受到影響。本測(cè)試中就利用平面漫反射屏來(lái)對(duì)漫反射特性在目標(biāo)的特性進(jìn)行模擬。

4.1 使漫反射屏近似為 Lambert 反射體

Lambert 定律：在理想的狀態(tài)下，漫反射面是遵循Lambert 定律的，在這種情況下 總是與入射光各個(gè)方向的漫射光的發(fā)光強(qiáng)度成正比。

仿真系統(tǒng)分析：在這類測(cè)試中漫反射屏的不同決定了反射點(diǎn)處法線，筆者在這里將法線認(rèn)為是近似地垂直于屏的，在導(dǎo)引頭整流罩中心位置選定觀察點(diǎn)，對(duì)于如何處理反射點(diǎn)則有兩種選擇：一種是為了簡(jiǎn)化整個(gè)模型，取能量中心點(diǎn)即是將點(diǎn)選作為目標(biāo)光斑；另一種是將目標(biāo)光斑以面來(lái)對(duì)待，運(yùn)用積分處理單位面積上的反射，在這種情況下必須對(duì)光斑的能量分布有一個(gè)預(yù)先掌握。在這兩種選擇中前者比較簡(jiǎn)單，我們選擇前者。

首先是對(duì)屏幕坐標(biāo)系中點(diǎn)的坐標(biāo)位置進(jìn)行觀察。并用 表示回轉(zhuǎn)中心與導(dǎo)引頭前部整流罩中心之間的距離設(shè)（單位：m），將t時(shí)刻相對(duì)于三軸臺(tái)零位狀態(tài)的內(nèi)框和外框設(shè)為 和 。

4.2 漫反射屏的實(shí)際衰減

通過(guò)上述可知，對(duì)涂層的漫反射特性進(jìn)行檢測(cè)就成了精確描述漫反射屏的反射特性的重要途徑。

測(cè)試方法：測(cè)試的過(guò)程中使用了目標(biāo)激光器、1.064?m探測(cè)頭、P&E2000 激光參數(shù)測(cè)量?jī)x等設(shè)備。和反射鏡反射率測(cè)試中不同的是，為獲得同一激光入射角下的多個(gè)衰減值，激光的入射方向固定之后要多次改變探測(cè)頭的位置，并依此類推變化多個(gè)入射角，然后得到多組數(shù)據(jù)。

測(cè)試結(jié)果：通過(guò)對(duì)比數(shù)椐，可以得出如下結(jié)論：首先將公式 4 乘以不同的系數(shù) ρ的Lambert 計(jì)算值與不同激光入射角的情況下的測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，可以得出 為漫反射屏的半球反射率；其次鏡面和近似的 Lambert 反射特性是漫反射屏的性質(zhì)，所以對(duì)反射系數(shù)進(jìn)行更精確的測(cè)試就需照射漫反射屏的激光要以多種角度照入。漫反射屏鏡面反射率的測(cè)試結(jié)果如圖3所示：

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述可知，漫反射衰減為：漫反射衰減=鏡面反射+ 反射特性。

本文對(duì)基于激光制導(dǎo)武器仿真環(huán)境的精確激光衰減模型進(jìn)行了研究，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)建立了一套相對(duì)精確的激光衰減模型，并在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中證明了模型的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王仕成. 張金生.高智杰.王偉，激光制導(dǎo)武器仿真實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的精確激光衰減模型[J]系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2004.16（2）238-237.