水下目标光学隐蔽参数测量方法研究.pdf

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1、第36卷第3期2017年6月海洋技术学报JOURNALOF0CEANTECHNOLOGYV01．36．No．3Jun．2017doi：10．3969／j．issn．1003—2029．2017．03．008水下目标光学隐蔽参数测量方法研究蔡鹏，朱海荣，朱海，王光辉，赵海军，姜璐(海军潜艇学院，山东青岛266000)摘要：水下目标光学隐蔽参数测量技术在光学侦察、探测水下目标等军事运用中发挥了非常重要的作用。为了改变以往使用透明度盘测量海洋光学参数方式．提高测量的效率和测量结果精准度，在分析水下目标光学隐蔽参数的基础上，设计了船载水下目标光学隐蔽参数测量方法，利用hght

2、ools软件优化光学探头设计，采用无线方式实时传输海水光学参数数据，并进行了海上实验，测量得到了海水辐照比、海水体衰减系数和漫衰减系数，完成水下目标光学隐蔽参数分析，实验证明了该测量方法的可行性和可靠性。关键词：水下目标；光学隐蔽；测量方法中图分类号：TP722文献标志码：A文章编号：1003—2029(2017)03—0040—05我国近海海域水深较浅，伴随着水下航行器消音、消磁技术的发展，光学探测依旧是基本的、不可或缺的探测水下目标手段，水下航行器光学隐蔽也是最基本的航行安全保证条件之一。水下目标光学隐蔽性与所处的海水光学参数、水下目标大小及所在深度等因素息息相关

3、。目前，军事上常用卫星遥感、航空侦察探测的手段获取海水表面光学参数，进而得到水下目标光学隐蔽性，但由于大气、海水性质垂向分布复杂，传统的探测方法受到卫星轨道和航空线路的制约，无法更精确地获取较深处海水的光学性质，船载水下目标光学参数测量可以准确地测量到海水光学参数的垂向分布特征，经处理最终得到水下目标的光学隐蔽性旧。1水下目标光学隐蔽参数分析分析水下目标光学隐蔽参数的特征，首先要确定海洋光场的分布特点，探索光场测量的影响因素。根据海洋渐近光场分布的模型【31：粥=寺争麦i㈩式中：E。为海水中的标量辐照度；南为海水漫衰减系数；c为海水体衰减系数；6为海水散射系数。由式(

4、1)得到的海洋渐近光场的辐射率空间分布如图l所示，渐近光场相对水平线的垂直方向对称分布，[0，90。]和[270。，3600]是上行光场部分，[90。，270。1是下行光场部分，图中可得上行光场辐射率值普遍大于下行光场辐射率值，且渐近光场分布的形状主要受海水的漫衰减系数和体衰减系数决定。图1海洋光场的渐近分布下行辐照度[4】的定义式为：易=2盯J。￡(研cos夙in俐日，耵，2将式(1)代入式(2)并积分得：收稿日期：2017一03—25基金项目：国家自然科学基金资助项目(61573040)作者简介：蔡鹏(1980一)，男，主要从事海洋光学与水下航行安全方面研究。E—

5、mail：846770081@qq．com(2)3。二。<第3期蔡鹏，等：水下目标光学隐蔽参数测量方法研究4l耻}竽寺c知·+知㈩I了J可见，下行辐照度由标量辐照度、散射系数、体积衰减系数和漫衰减系数共同决定。海洋下行辐照度为海洋辐射率在下行21T立体角内的积分，下行辐照度探测系统需要一光轴沿天顶方向，立体角为21T的余弦集光器【5】，理想的2叮r立体角的余弦集光器是不存在的，由于漫射片的反射特性与人射角的大小相关【6】，因此，当入射角较大时，余弦误差较大。由式(1)、式(2)得，当2订立体角的余弦集光器光轴方向偏离天顶时，下行辐射率为：硼删=寺}訾等㈩式中：a为集光

6、器光轴与天顶方向的夹角。为了补偿因集光器姿态变化所造成的测量误差，将辐射率分布模型简化为各向同性辐射率分量和沿天顶方向的准直分量，则式(1)改写为：L(国=￡；+￡：I皓o(5)式中：L．为漫射辐射率分量；￡：I拈。为垂直下行辐射率分量。海水的衰减系数：c-lim酱(6)‘口Z_l‘式中：卿为人射光通量，妒。为吸收光通量，钆为散射光通量，在两个位置上测量辐亮度，有：c：一去1n堕(7)C=一i——_ln——＼，，￡2一￡1妒l根据海洋两流辐射传输理论【7_10l，海水漫衰减系数：KM)=-赤掣(8)水下目标表面对入射光的反射作用近似为朗伯反射，水下目标反射率可表示为：

7、删=酱(9)2测量设计与优化对辐照度测量模块进行设计仿真，其中设计参数d=50mm，r。=20mm，r2=15mm，光源为输出功率10w，半径10mm的体积光源。h一!r一—一图2辐照度单元12图3辐照度单元Janus排布辐射功率10W，光源波长480～520nm，半径r=10mm的光源光谱区如图4所示。光谮区所乐图4光源光谱区辐照度测量模块接收到的辐照度光栅如图5辐照度光栅设计的辐照度单元孑L径略大，不利于探测装置的小型化，现利用LightTools对辐照度单元进行光学优化设计，优化后的辐照度单元如图6所示。42海洋技术学报第36卷图6优化后的辐照