现代空间光电系统及应用PDF电子书下载

1.1.1 光电系统的演变过程 1

2.1.2 高斯光束的传播 3 1

目录 1

1.1 现代光电系统的发展和地位 1

第1章 概述 1

1.1.2 现代光电系统的地位 2

1.1.3 光电系统的分类及其构成 3

1.1.4 一般光电系统的基本性能 5

1.2 复合型智能化光电系统特点及其构成 6

1.2.1 智能化光电系统的主要特点 6

1.2.2 复合型智能光电系统的构成 8

1.3 复合型光电系统的基本功能单元 10

1.3.1 脉冲激光测距基本功能单元 10

1.3.2 红外测量基本功能单元 11

1.3.3 电视测量基本功能单元 14

1.3.4 CCD光电成像检测单元构成 16

1.4 光电探测基本功能单元 17

1.4.1 直接探测单元 17

1.4.2 光频外差探测功能单元 21

1.5 数字信号处理（DSP）单元 27

思考题与习题 29

2.1 激光传光光学系统 30

2.1.1 高斯光束的特性 30

第2章 现代成像光学系统 30

2.1.3 透镜高斯光束的变换光学系统 33

2.1.4 高斯光束的聚焦和准直 36

2.2.1 透射式红外成像物镜系统 38

2.2.2 反射式红外成像物镜系统 38

2.2 红外成像光学系统 38

2.2.3 折反射组合式成像光学系统 39

2.3 常用兵器成像光学系统 40

2.3.1 双路交叉成像光学系统 40

2.3.2 三轴一致前视成像光学系统 40

2.3.3 交叉光路前视成像光学系统 41

2.4 扫描、搜索捕获光学系统 42

2.4.1 扫描方程式 42

2.4.2 扫描光学系统 43

2.4.3 扫描物镜——fθ物镜 46

2.4.4 实用的空间扫描、搜索、捕获光学系统 47

2.4.5 空间成像平台扫描与捕获光学系统 50

2.5 阶跃型光纤光学系统 53

2.5.1 阶跃型光纤的基本原理 53

2.5.2 阶跃型光纤束的传光、传像特性 56

2.6 其它光电成像光学系统 61

2.6.1 红外夜视成像光学系统 61

2.6.2 微光夜视仪器光学系统 61

2.6.3 光电检测成像光学系统 62

思考题与习题 63

3.1.1 图像信息耦合概念 64

第3章 光电图像耦合、调理和采集 64

3.1 光电图像信息耦合 64

3.1.2 图像耦合器的一般指标 65

3.1.3 耦合器类型和特点 65

3.1.4 直接耦合 71

3.1.5 典型微光成像系统中的耦合技术 72

3.1.6 耦合后的光增益 73

3.2 光电信号调理形式 77

3.2.1 光电信号调理形式 77

3.2.2 光电信号偏置电路的设计 79

3.3 光电信号的量化与采集 84

3.3.1 光电信号的量化 84

3.3.2 A/D转换器与微型机接口 89

3.3.3 模拟量数据采集系统 95

3.3.4 频率及开关量采集系统 100

思考题与习题 102

第4章 基本的脉冲激光测距系统 103

4.1 概述 103

4.1.1 激光测距基本原理 103

4.1.2 激光测距的分类 104

4.2 脉冲式激光测距系统 105

4.2.1 脉冲式激光测距系统的基本组成方框图 105

4.2.2 激光发射部分 107

4.2.3 激光接收部分 109

4.2.4 信息处理部分 113

4.3 脉冲式激光测距系统测距能力估计 116

4.4 脉冲式激光测距误差分析和测距精度 118

4.4.1 脉冲激光测距误差源及其修正 118

4.4.2 提高脉冲激光测距精度的主要途径 120

4.5 脉冲式激光测距系统的虚警分析 126

4.5.1 虚警产生的原因 127

4.5.2 减少虚警的措施 127

4.6 脉冲式激光测距系统的主要技术指标 129

4.7 激光测距技术在空间激光通信系统中的应用 130

思考题与习题 132

第5章 现代激光雷达原理 133

5.1 概述 133

5.1.1 微波雷达与激光雷达 133

5.1.2 激光雷达的发展过程简介 134

5.1.3 激光雷达的类型及特点 135

5.1.4 激光雷达最基本构成 136

5.2 激光雷达发射系统 138

5.2.1 理想光束质量 138

5.2.2 非理想光束的质量评价 141

5.2.3 激光准直与扫描 142

5.2.4 发射激光的调制及其应用 144

5.3 激光雷达接收系统 146

5.3.1 外差探测 146

5.3.2 接收孔直径 148

5.3.3 接收解调系统 149

5.4 激光雷达的目标 150

5.4.1 目标激光横截面 151

5.4.2 两类目标的激光横截面 151

5.5 激光雷达性能 153

5.5.1 信号功率的接收 153

5.5.2 信噪比（SNR） 155

5.5.3 探测概率 155

5.6.1 激光雷达测量 156

5.6　激光雷达应用 156

5.6.2 激光雷达测量参数 158

5.7 三维探测激光雷达简介 161

5.8 固体激光合成孔径雷达 161

5.8.1 合成孔径概念 161

5.8.2 合成孔径光雷达对地面目标的成像 163

5.8.3 航向信息的记录 163

5.8.4 固体激光合成孔径雷达构成原理 165

思考题与习题 168

6.1 激光雷达的特点及发展 170

6.1.1 光雷达的优、缺点 170

第6章 典型的激光雷达及应用 170

6.1.2 光雷达发展趋势 171

6.2 激光雷达的应用类型 171

6.2.1 用于对空间目标距离的测量空间及定位 171

6.2.2 用于目标速度的测量 173

6.2.3 用于对目标的跟踪 173

6.2.4 用于对目标成像 174

6.3 典型的激光雷达系统 174

6.4.1 用于武器鉴定试验的激光雷达系统 175

6.4 激光雷达的典型应用 175

6.4.2 用于武器火控的激光雷达系统 177

6.4.3 用于跟踪识别的激光雷达系统 178

6.4.4 用于指挥引导的激光雷达系统 179

6.4.5 用于大气测量的激光雷达系统 181

6.4.6 用于化学毒剂侦测的激光雷达系统 181

6.4.7 用于气象观测的激光雷达系统 182

6.4.8 用于侦破预警的激光雷达系统 182

6.5 激光雷达在空间交会对接中的应用 185

6.5.1 概述 185

6.5.3 光波波长的选取 186

6.5.2 光源的选择 186

6.5.5 对半导体激光器输出光束的处理 187

6.5.4 半导体激光器发射功率的计算（直接探测方式） 187

6.5.6 典型RVD激光雷达敏感器的分析［21］ 191

6.6 光学相控阵雷达系统 201

6.6.1 光学相控阵的概念和发展 201

6.6.2 相控阵雷达中的主要器件 204

6.6.3 OCPAR系统中的空间光调制器（SLM） 206

6.6.4 光学相控阵雷达系统及其应用 211

思考题与习题 213

7.1.1 光电扫描成像系统的类型 214

第7章 光电成像系统 214

7.1 概述 214

7.1.2 光电成像系统的基本技术参数 215

7.2 扫描成像系统原理 216

7.2.1 瞬时视场、景物和扫描概念 216

7.2.2 光机扫描成像系统结构 217

7.2.3 光机扫描系统分类［16］ 218

7.3 光电成像系统的信号处理 220

7.3.1 扫描信号的处理方法 220

7.3.2 多路转换信号的处理 223

7.3.3 成像与电视兼容显示的处理 225

7.3.4 光电系统成像的对比灵敏度 227

7.4 几类典型的成像系统 229

7.4.1 合成孔径扫描成像系统 229

7.4.2 机载或星载平台的光电行扫描成像系统 230

7.4.3 高空星载平台凝视成像系统 231

7.5 扫描信号的提取 231

7.5.1 扫描轨迹 231

7.5.2 探测器上目标信号的形式 232

7.5.3 观察视场与基准信号 233

7.5.4 方位信息的提取 234

7.5.5 有限脉冲串信号的准匹配滤波器 235

7.6 扫描成像系统的性能 236

7.6.1 串联扫描的性能 236

7.6.2 并联扫描的性能 239

7.6.3 串联扫描与并联扫描的比较 239

7.7 凝视型热成像系统 240

7.7.1 凝视成像的基本概念 240

7.7.2 扫描成像和凝视成像的区别 241

7.7.4 凝视成像系统实例 242

7.7.3 焦平面列阵凝视成像探测器件 242

7.8.1 噪声等效温差（NETD） 243

7.8 光电扫描成像系统的综合量度 243

7.8.2 NETD与系统性能参数的关系 248

7.8.3 非成帧方式的行扫描器的NETD 248

7.8.4 NETD的局限性 249

7.8.5 热释电摄像器件的NETD 249

思考题与习题 250

8.1 概述 251

8.1.1 跟踪概念及其系统的类型 251

第8章 多目标光电成像跟踪系统 251

8.1.2 对成像跟踪系统的一般要求 253

8.1.3 光电成像跟踪系统的基本技术参数 257

8.1.4 各种视场的定义及其关系 258

8.1.5 成像跟踪系统的几个重要指标 259

8.2 多传感器、多目标成像的跟踪方式 262

8.2.1 整机跟踪和扫描元件跟踪方式 262

8.2.2 多目标的选择跟踪方式 263

8.3 跟踪角差器的结构及其特性分析 266

8.4.1 成像跟踪器的分类与分析 267

8.4 成像跟踪器及其工作原理 267

8.4.2 波门跟踪原理 269

8.4.3 相关跟踪 274

8.4.4 实时图像符号匹配 282

8.5 典型的多目标光电成像跟踪系统 285

8.5.1 实时多目标成像跟踪系统 285

8.5.2 模块化实时成像跟踪系统 286

8.5.3 激光发射自（适应）动态跟瞄系统 290

8.5.4 典型的红外搜索／侦察／跟踪系统 293

思考题与习题 296

9.1.1 CCD成像器件与成像测量系统 297

第9章 CCD成像测量系统 297

9.1 概述 297

9.1.2 CCD成像跟踪测量的涵义及分类 298

9.2 CCD图像的获取 298

9.2.1 CCD摄像机——CCD图像获取之一 298

9.2.2 带CCD的数码相机—CCD图像获得之二 302

9.3 CCD成像系统用于一般性测量 304

9.3.1 CCD图像测量系统的组成 304

9.3.2 CCD成像测量的基本原理 305

9.3.3 CCD成像系统的光学特性 306

9.3.4 光学系统参数的实际选择 308

9.3.5 系统参数的标定方法 309

9.4 CCD成像系统用于空间动态多目标的测量 310

9.4.1 典型的空间动目标CCD跟踪测量系统组成 310

9.4.2 系统的主要技术指标及分析 311

9.5 系统视频信号的处理 312

9.5.1 摄像机集成视频信号的处理 312

9.5.2 CCD视频信号的采样与保持 313

9.5.3 目标特征信号的检测 314

9.6.2 投影法提取脱靶量 320

9.6 跟踪测量脱靶量的提取 320

9.6.1 提取脱靶量的意义及方法 320

9.6.3 系统其它部分介绍 321

9.7 CCD电视跟踪算法 323

9.7.1 对电视角差器的分析 323

9.7.2 电视自动跟踪分析与补偿 324

9.7.3 跟踪方式 325

9.7.4 跟踪程序流程 327

9.8.1 CCD探测器光电响应不均匀性 330

9.8 CCD用于测量中存在的问题及解决办法 330

9.8.2 CCD探测器光电响应非线性 331

9.8.3 摄像机的制式转换 332

9.8.4 摄像机的自动增益控制（AGC） 333

9.8.5 摄像机的γ校正 333

9.8.6 积分法可提高信噪比 334

9.8.7 CCD摄像机直接用于大视场测角问题的解决 335

9.8.8 图像处理中常见问题的处理 337

9.9 CCD测量系统的发展 338

9.9.1 CCD测量的发展方向 338

9.9.2 主动三维传感的基本原理 339

9.9.3 同步激光扫描的CCD三维面形测量系统 340

思考题与习题 342

第10章 动态多目标自动跟踪系统 343

10.1 概述 343

10.1.1 多目标跟踪测量的基本思想 343

10.1.2 多目标跟踪测量信息的融合处理 344

10.1.3 多目标光电跟踪测量系统的软件 345

10.1.4 多目标跟踪测量系统的特点 349

10.2.1 典型CCD空间多目标的实时跟踪测量系统 350

10.2 典型光电多目标跟踪测量系统介绍 350

10.2.2 CCD空间多目标的实时跟踪测量系统 352

10.2.3 大视场实时多目标全自动CCD跟踪／侦察系统 353

10.3 实时多目标成像跟踪系统关键技术 354

10.3.1 多目标成像捕获／跟踪的控制 354

10.3.2 多目标成像捕获／跟踪视场要求 355

10.3.3 CCD拼接技术 355

10.3.4 系统工作状态控制 356

10.4.2 CCD帧频控制 359

10.4.1 CCD驱动控制 359

10.4 系统的多控制方式 359

10.4.3 曝光、调光的控制 360

10.4.4 摄像视场“波门”的控制 360

10.4.5 多片CCD图像数据压缩控制 361

10.4.6 视频制式转换器的构成 361

10.5 自动调焦、调光技术 362

10.5.1 自动调焦技术 362

10.5.2 自动调光技术 367

10.6.2 质心计算机的构成、任务和数学模型 368

10.6.1 对CCD探测信号的预处理 368

10.6 多目标跟踪测量信号的处理 368

10.6.3 “波门”跟踪技术 370

10.7 动态多目标的数字图像信号处理技术 373

10.7.1 识别前的区处理 373

10.7.2 动态多目标智能型自适应数字“波门”识别 375

10.7.3 多“波门”系统的捕获与跟踪 377

10.7.4 用“波门”实现选择目标跟踪 379

10.8 电视跟踪测量系统作用距离的工程估算举例 379

思考题与习题 380

第11章 综合光电制导系统 382

11.1 精确制导武器及其制导规律 382

11.1.1 制导与精确制导武器 382

11.1.2 武器制导规律 382

11.1.3 光电制导系统的任务和组成原理 384

11.1.4 制导系统的类型 386

11.2 激光制导系统 392

11.2.1 激光半主动寻的制导系统构成 392

11.2.2 激光制导的导引头 393

11.3.1 用于制导的寻的器 398

11.3 典型的导弹激光寻的制导系统 398

11.3.2 典型的激光目标指示器 399

11.4 驾束指示制导系统 403

11.4.1 驾束指示制导概念 403

11.4.2 带信标的激光驾束系统 404

11.4.3 激光驾束制导优缺点 405

11.4.4 几个典型的激光视线指令制导系统 406

11.5.1 红外成像制导系统的特点 408

11.5.2 红外成像制导系统的组成 408

11.5 红外成像制导系统 408

11.5.3 红外成像制导系统的探测灵敏度 409

11.6 典型的复合制导系统 414

11.6.1 “阿达茨”制导系统 414

11.6.2 光纤制导系统 416

11.7 现代制导系统发展的两大趋向 417

11.7.1 制导技术与系统的转型 417

11.7.2 向复合寻的制导方向发展 419

11.7.3 向智能化成像寻的制导系统发展 422

思考题与习题 425

主要参考资料 426