舰船尾流偏振激光探测方法研究

收稿日期:2006-05-09 修回日期:2006-08-31*基金项目:国防重点基金资助项目(614012)　作者简介:徐麦容(1973-　),女,湖北鄂州人,硕士研究生,主要研究方向:光电技术应用。

文章编号:1002-0640(2007)12-0059-03激光探测气泡尾流研究*徐麦容1,2,蒋小勤1,曹　静1(1.海军工程大学,湖北　武汉　430033,2.武汉科技大学理学院,湖北　武汉　430081) 摘　要:概述了探测气泡尾流的基本原理和重要现实意义。

气泡尾流中包含有运动舰船的相关信息,激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象,通过对散射光的探测和分析,能达到对舰船的探测、辨别、识别的目的,这也是研制光制导鱼雷的基础。

综述了目前国内外在这一领域的研究成果及研究现状,提出了将激光探测气泡尾流应用于实践亟待解决的理论和实践上的具体问题,同时对研究前景进行了展望。

关键词:气泡,气泡尾流,M ie 散射中图分类号:T N 247,O 436 文献标识码:AResearch on Detecting Bubble Wake by LaserXU M ai -rong 1,2,JIANG Xiao -qin 1,CAO Jing1(1.N av al U niv er sity of Eng ineer ing ,W uhan 430033,China ,2.College of S ciences W uhan U nivers ity of S cience and T echnology ,W uhan 430081,China ) Abstract :T he basic pr inciples and sighificance of the detecting bubble w ake by laser are discussed .Plenty o f information about the moving ship is included in the bubble w ake.The scattering phenomenon is generated during laser light thr oug h m any air bubbles of the w ake area.Through detecting and analyzing of scattering light detection,identification,recognition are g otten.And these are bases for development of optics guided torpedo .Integr ating the resear ch resealte with status quo of the research ,so me problems on detecting bubble w ake by laser applied to the practice are pro posed and its future are prospected .Key words :air bubble,bubble w ake,Mie scattering引　言目前,光、电、磁、声等技术都已应用于舰船的探测与制导。

一种基于偏振特征的激光尾流探测方法田晶;白光富;江阳【摘要】对激光经气泡、水体散射后偏振特征的变化进行理论分析,研究舰船尾流的几何模型和气泡分布规律,提出了一种基于偏振特征的激光尾流探测方法.利用偏振光探测优势对探测器进出入气泡尾流的舷别信息进行分析,对所提出的方法进行了可行性实验研究.实验结果表明:偏振光探测装置可有效地分辨尾流区和非尾流区的散射光回波信号;当激光通过不同尺度、不同密度气泡区域时,探测器接收到的回波信号亦不同,且信号特征有规律可循.该方法能初步对尾流的舷别信息进行甄别,为尾流自导鱼雷探测舰船尾流从而进行目标跟踪提供了依据.%The polarization characteristics of laser after scattering from bubbles and seawater are theoretically analyzed,and the geometric model of ship wake and the distribution law of bubbles are studied.A laser detection method for ship wake based on polarization characteristic is proposed.The allo-informations of bubbles and ship wake are analyzed,and the feasibility experiment of the proposed detection method is conducted.Experimental results show that the polarization detection device can effectively detect the scattered echo signals from the ship wake region and non-wake region through the proposed detection method.When the laser passes through the different-scale and density bubble regions,the detectors receive the different echo signals.This shows that the proposed detection method can be used for identifying the allo-information of ship wake.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】7页(P969-975)【关键词】激光;尾流;偏振光;气泡【作者】田晶;白光富;江阳【作者单位】贵州大学物理学院,贵州贵阳550025;贵州大学物理学院,贵州贵阳550025;贵州大学物理学院,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TJ630.3+40 引言运动中的水面舰船会产生航迹，即尾流，尾流长度远大于舰船长度，且可以近似地看作静止目标，同时由于舰船尾流的结构及其特性不易模拟，因此利用尾流场工作的探测、导引系统具有很强的抗人工干扰能力。

基于激光主动照明的舰船尾流图像探测系统
段子科;宗思光;杨劭鹏;陈报;张鑫
【期刊名称】《激光与红外》
【年(卷),期】2024(54)4
【摘要】通过探测舰船尾流与环境不同的激光后向散射特性,可反演出舰船的航向、航速、吨位等关键信息,具有极高的军事价值。

本文基于激光主动照明探测模式,结
合工业相机与高重频激光器构建了一套舰船尾流成像探测系统,实现了针对舰船尾
流气泡的大视场、大动态范围的有效探测。

利用蒙特卡洛方法构建了舰船尾流成像探测仿真平台,验证了该方法的可行性;搭建了基于激光主动照明的舰船尾流图像探
测系统样机,并在室内实验室水池条件下开展了大量实验,验证了系统性能,并就实验结果分析了不同系统参数对探测性能的影响;同时开展了可见光干扰条件下探测性
能的评估,验证了本系统同时存在较强的抗可见光干扰能力,为激光主动照明成像探
测模式在舰船尾流探测中的实践提供了理论支撑。

【总页数】7页(P635-641)
【作者】段子科;宗思光;杨劭鹏;陈报;张鑫
【作者单位】海军工程大学电子工程学院;海军航空大学青岛校区
【正文语种】中文
【中图分类】TN249;TP391.41
【相关文献】
1.基于高分辨图像声呐的舰船声尾流实测研究
2.基于光纹特征的激光主动照明图像去模糊
3.基于Canny算子的舰船热尾流红外图像边缘检测研究
4.基于激光多普勒效应的舰船尾流探测研究
5.基于标准化灰度霍夫SAR图像的舰船尾流探测算法变换研究
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舰船尾流后向光学检测方法研究
彭晓雷;马傲玲;刘翼民
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2016(0)11X
【摘要】舰船在航行过程中会在尾部产生大量的气泡,通过检测气泡可以有效的跟踪船舶。

本文在Monte Carlo模型的基础上研究激光脉冲后向散射特性,并进行后散射信号的特征提取,获得其频域特性。

最后进行仿真实验,通过仿真结果可以看出,通过气泡对信号的后沿位置、时域宽度、峰值大小和位置、能量和形状等的影响,可以有效的检测到气泡,确定出船舶的位置。

【总页数】3页(P133-135)
【关键词】舰船尾流;后向散射;激光脉冲
【作者】彭晓雷;马傲玲;刘翼民
【作者单位】厦门理工学院现代工程训练中心
【正文语种】中文
【中图分类】U665.26A
【相关文献】
1.PCA和ICA的舰船尾流后向散射光信号检测 [J], 万俊;张晓晖;饶炯辉
2.舰船尾流后向散射光信号特征的判识方法 [J], 梁瑞涛;张晓晖;屈武
3.舰船尾流气泡后向光散射特性研究 [J], 王江安;蒋兴舟;马治国;宗思光
4.舰船尾流气泡后向光散射特性研究 [J], 张家利;张建生;文丽
5.舰船尾流模拟气泡的脉冲激光后向散射特性研究 [J], 石晟玮;蒋兴舟;王江安;石敏
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远程尾流散射光偏振特性的蒙特卡罗模拟孙蓓蓓(淄博职业学院，山东淄博 255314)摘要: 在船舶海上航行的过程中，与运动方向相反的方向会形成尾迹，也被称为船舶尾流。

由于螺旋桨与海水的相对运动，船舶自身会受到较强的冲击，从而产生局部的高温，进而形成气泡幕带，存在诸多物理性质。

在水温、天气、航速、气温以及海域等诸多因素的影响下，尾流的物理与外貌特征也逐渐突显出来。

需要注意的是，船舶尾流的组成部分是海水当中处于运动状态的气泡，其对尾流气泡散射特性产生了直接影响。

而偏振特性同样具有散射光的特征，不仅能够提供光强信息，同样也涵盖了其他价值较高的信息。

基于此，文章将远程尾流散射光偏振特性作为主要研究内容，并重点阐述蒙特卡罗模拟的实现过程。

关键词：尾流；偏振光；蒙特卡罗中图分类号：TN958.98 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2019)7A – 0067 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.7A.023Monte Carlo simulation of polarization characteristics of remote wake scattering lightSUN Bei-bei(Zibo Vocational Institute, Zibo 255314, China)Abstract: In the course of a ship's maritime navigation, a trail is formed in the opposite direction of the direction of mo-tion, also known as the wake of the ship. Due to the relative motion of the propeller and the seawater, the ship itself will be subjected to a strong impact, resulting in local high temperatures, which in turn form a bubble curtain, and there are many physical properties. In the influence of water temperature, weather, speed, temperature and sea area, the physical and extern-al features of the wake are gradually highlighted. It should be noted that the components of the ship's wake are the moving bubbles in the sea, which have a direct impact on the wake scattering characteristics of the wake. The polarization character-istics also have the characteristics of scattered light, which not only provides light intensity information, but also covers oth-er high-value information. Based on this, the paper takes the polarization characteristics of remote wake-scattered light as the main research content, and focuses on the implementation process of Monte Carlo simulation.Key words: wake；polarized light；Monte Carlo0 引　言根据尾流本身所具备的物理机制，船舶能够在航速、水文条件改变的情况下，适当地变化尾流形态以及物理性质，以适应航线要求。

文章编号 2097-1842（2023）06-1333-10舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究宗思光1，张　鑫2 *，杨劭鹏1，段子科1，陈　报1（1. 海军工程大学 电子工程学院, 湖北 武汉 430034；2. 海军航空大学 青岛校区, 山东 青岛 266041）摘要：为了提高激光光尾流制导距离和探测信噪比，研究不同距离、不同气泡尺度、不同气泡数密度和不同气泡层厚度的气泡目标的后向散射特性具有重要的理论和应用价值。

采用蒙特卡洛仿真和室内实验研究了前述舰船尾流气泡目标的激光后向散射特性。

结果表明：近距离的气泡要比远距离的气泡更容易被检测到；在气泡数密度为102~108 m −3，气泡层厚度大于0.05 m 时，大尺度和小尺度气泡始终存在回波信号，气泡层厚度小于0.05 m 时无回波信号，此时，气泡层厚度特性对气泡后向散射的影响最大；在气泡数密度为109 m −3，气泡层厚度为0.05 m 以下时，大尺度气泡回波信号脉冲宽度会展宽。

在这种情况下，气泡数密度和尺度特性对气泡后向散射的影响最大。

搭建了水下典型气泡尺度下的激光后向散射测量系统，验证了不同舰船尾流气泡目标特性对激光后向探测系统的影响。

本文研究成果可为舰船尾流激光探测工程提供支撑。

关 键 词：舰船尾流；蒙特卡洛；后向散射；目标特性中图分类号：TN249 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0043Laser backscattering characteristics of ship wake bubble targetZONG Si-guang 1，ZHANG Xin 2 *，YANG Shao-peng 1，DUAN Zi-ke 1，CHEN Bao 1（1. College of Electronic Engineering , Naval University of Engineering , Wuhan 430034, China ；2. Qingdao Branch , Naval Aeronautical University , Qingdao 266041, China ）* Corresponding author ，E-mail : 1714308601@Abstract : In order to improve the laser wake guidance distance and the detection signal-to-noise ratio, it is of great theoretical and practical value to study the backscattering characteristics of bubble targets with differ-ent distances, bubble sizes, bubble number densities, and bubble layer thicknesses. The laser backscattering characteristics of ship wake bubble targets with different distances, scales, numerical densities, and thick-nesses are studied using Monte Carlo simulations and indoor experiments. When the bubble density is 102−108 m −3 and the thickness of the bubble layer is greater than 0.05 m, there is always an echo signal for both large- and small-scale bubbles. When the thickness of the bubble layer is less than 0.05 m, no echo sig-nal is detected. At this situation, the thickness of the bubble layer is the greatest impact factor on the back-ward scattering of bubbles. When the bubble number density is 109 m −3 and the thickness of the bubble layer is below 0.05 m, the pulse width of the large-scale bubble echo signal widens. The number density and scale收稿日期：2023-03-13；修订日期：2023-05-15基金项目：国防科研基金（No. 2019-JCJQ-JJ-056)Supported by the National Defense Foundation of China （No. 2019-JCJQ-JJ-056)第 16 卷　第 6 期中国光学（中英文）Vol. 16　No. 62023年11月Chinese OpticsNov. 2023characteristics of the bubbles have the greatest impact on the backscattering of bubbles. A laser backscatter-ing measurement system at the scale of typical underwater bubbles is built to verify the influence of different ship wake bubble characteristics on the laser backscattering detection system, which can provide support for the ship wake laser detection project.Key words: ship wake；Monte Carlo；backscattering；target characteristics1 引　言为了适应新时代的战争需求，响应科技强军号召，用先进的科学手段，自动化、智能化、高效化探测跟踪舰船变得至关重要。

水下目标偏振成像探测技术研究水下目标偏振成像探测技术研究目前，随着科学技术的快速发展，人们对于水下目标的探测与成像技术提出了更高的要求。

传统的成像技术在水下存在着许多限制与挑战，例如水质影响、光线衰减等，导致成像质量较低。

而近年来，水下目标偏振成像探测技术逐渐崭露头角，并在水下探测领域取得了显著的成果。

本文将重点研究水下目标偏振成像探测技术的原理、方法以及应用前景。

水下目标偏振成像探测技术是利用光的偏振特性进行目标探测和成像的一种新兴技术。

光波传播时会受到水介质的吸收、散射以及反射等因素的影响，而波长较长的红外光波在水中的传输损失相对较小，因此我们可以选择合适波长的红外光进行水下目标的探测与成像。

偏振成像探测技术的基本原理是通过采集目标表面反射光的偏振信息，借此获取目标特征并进行成像。

在水下环境中，利用偏振成像技术可以有效地抑制散射光与背景噪声，提高成像质量和目标的对比度。

因此，水下目标偏振成像技术在海洋勘探、水下生态环境监测以及水下遗址考古等领域具有广阔的应用前景。

水下目标偏振成像探测技术的方法主要有两种，分别是直接法和间接法。

直接法是通过直接测量目标表面反射光的偏振状态，然后根据偏振光的传输特性进行成像。

这种方法可以获得较高的成像分辨率和目标对比度，但在实际应用中存在困难，由于水下环境中的大气湍流、光散射等因素，导致目标偏振信息容易受到干扰。

间接法是通过分析目标散射光与背景光的偏振差异来确定目标位置与形态，然后进行成像。

这种方法相对直接法更为稳定可靠，但成像分辨率相对较低。

未来的研究方向主要集中在两个方面：一是完善水下目标偏振成像探测技术的理论基础，探究光波在水中的传播规律和散射特性，以提高成像质量和目标对比度；二是开发更高效、更精确的探测设备与算法，以提升水下目标偏振成像的实际应用能力。

这些研究对于加深我们对水下世界的了解，保护海洋环境，促进水下资源开发与利用等方面具有重要的意义。

综上所述，水下目标偏振成像探测技术是一项具有广阔应用前景的水下探测技术。

舰船尾流激光制导方法的研究张晓晖;雷选华;饶炯辉;刘启忠;葛卫龙;朱东华【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2005(029)005【摘要】为了研究鱼雷的激光尾流制导方法,分析了舰船航行时所产生尾流的几何特征和光学性质,讨论了舰船尾流中不易在短时间内消失的微气泡对激光的散射特性,提出了利用激光在尾流区域内、外传输时,其前向或后向散射激光在时域、频域和空域中光学参数的变化来快速、准确地判别鱼雷是否进入、穿出尾流,从而导引鱼雷沿目标舰船的航迹靠近目标的新型鱼雷制导方法.讨论了实现鱼雷激光尾流制导的几种不同途径,得出了上视激光尾流制导是一种既不会破坏鱼雷雷体的流线性结构,又可以通过激光扫描来确定尾流边界的先进的鱼雷制导方法的结论.【总页数】4页(P494-496,500)【作者】张晓晖;雷选华;饶炯辉;刘启忠;葛卫龙;朱东华【作者单位】海军工程大学,兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学,兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学,兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学,兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学,兵器工程系,武汉,430033;海军工程大学,兵器工程系,武汉,430033【正文语种】中文【中图分类】TN247【相关文献】1.舰船尾流偏振激光探测方法研究 [J], 田晶;陈航;仝兆景;王二鹏2.基于大涡模拟方法和修正的气泡平衡方程的舰船尾流气泡聚并研究 [J], 金良安;闫雪飞;王涌;迟卫3.多特征融合红外舰船尾流检测方法研究 [J], 邹娜;田金文4.舰船气泡尾流分布的BPBE表征方法研究 [J], 王桂军;闫雪飞;金良安;苑志江5.舰船尾流后向光学检测方法研究 [J], 彭晓雷;马傲玲;刘翼民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

舰船尾流的前向光散射特性测试系统研究的开题报告一、选题背景和意义尾流是指船舶行驶时产生的涡流和湍流后流现象，主要由船舶表面压力分布、船体几何形状、水流速度等因素影响。

尾流产生的涡流和湍流会对航行的安全和环境产生影响，如：影响船舶的航行稳定性、妨碍其他船只的航行、影响水生生物的生存等。

因此，对舰船尾流的前向光散射特性进行研究，对于认识尾流的物理机理、优化航行方案、降低尾流对环境和其他船舶的影响具有重要意义。

二、研究内容本研究拟设计一种舰船尾流的前向光散射特性测试系统，通过对舰船不同运行状态下尾流的散射光进行测试和分析，研究尾流的光学特性，进一步探究舰船运行状态和尾流特性之间的关系。

主要研究内容包括：1. 设计制作舰船尾流前向光散射特性测试系统，包括光源、检测设备和测试样品支架等。

2. 研究舰船尾流的光学特性，如尾流后流方向、浓度、颗粒粒径等对散射光的影响。

3. 通过实验测试和数据分析，研究舰船尾流的前向光散射特性与不同运行状态之间的关系，如船速、载重状态等。

4. 探讨舰船尾流的前向光散射特性对船舶对其他水生生物的影响及环境污染问题，提出相关防护措施。

三、技术路线和实验方案1. 技术路线：采用激光器作为光源，通过测量尾流后流方向、浓度、颗粒粒径等参数，研究尾流对散射光的影响，获取尾流前向光散射特性数据。

具体步骤如下：（1）将激光光束通过光路调节引入测试装置。

（2）将测试装置放置在舰船尾部不同位置，测量散射光强度，获取散射光强度分布图。

（3）通过数据处理软件，对测试结果进行分析，研究舰船不同运行状态下尾流的前向光散射特性。

2. 实验方案：（1）确定测试装置的光学参数和测试范围。

（2）选择合适的舰船作为实验样品，安装测试装置。

（3）进行实际测试和数据收集。

（4）通过数据处理软件对测试结果进行分析。

四、预期成果和应用价值1. 预期成果：（1）设计制作出舰船尾流前向光散射特性测试系统。

（2）研究舰船尾流的光学特性，探究不同运行状态下尾流的前向光散射特性。