留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究

宗思光 张鑫 杨劭鹏 段子科 陈报

宗思光, 张鑫, 杨劭鹏, 段子科, 陈报. 舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1333-1342. doi: 10.37188/CO.2023-0043
引用本文: 宗思光, 张鑫, 杨劭鹏, 段子科, 陈报. 舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1333-1342. doi: 10.37188/CO.2023-0043
ZONG Si-guang, ZHANG Xin, YANG Shao-peng, DUAN Zi-ke, CHEN Bao. Laser backscattering characteristics of ship wake bubble target[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1333-1342. doi: 10.37188/CO.2023-0043
Citation: ZONG Si-guang, ZHANG Xin, YANG Shao-peng, DUAN Zi-ke, CHEN Bao. Laser backscattering characteristics of ship wake bubble target[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1333-1342. doi: 10.37188/CO.2023-0043

舰船尾流气泡目标激光后向散射特性研究

基金项目: 国防科研基金(No. 2019-JCJQ-JJ-056)
详细信息
    作者简介:

    宗思光(1979—),男,河南开封人,博士,2009年于海军工程大学获得工学博士学位,目前为海军工程大学电子工程学院副教授,主要从事信息对抗技术、光电对抗、水下激光探测、激光通信、激光致声等方面的研究。E-mail:41119749@qq.com

    张 鑫(1998—),男,山东临沂人,硕士,2023年于海军工程大学获得工学硕士学位,目前为海军航空大学青岛校区助教,主要从事信息对抗技术、水下激光探测、光电对抗等方面的研究。E-mail:1714308601@qq.com

  • 中图分类号: TN249

Laser backscattering characteristics of ship wake bubble target

Funds: Supported by the National Defense Foundation of China(No. 2019-JCJQ-JJ-056)
  • 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。

     

  • 图 1  单个光子两次碰撞散射坐标系

    Figure 1.  Coordinate systems for single photon double collision scattering

    图 2  光子模拟运动程序图

    Figure 2.  Flow chart of photon simulated motion

    图 3  不同距离下气泡后向散射回波信号

    Figure 3.  Backscattering echo signal of bubble under different distances

    图 4  不同气泡密度下的后向散射回波信号

    Figure 4.  Backscattering echo signal of bubble under different bubble densities

    图 5  不同气泡厚度下的后向散射回波信号

    Figure 5.  Backscattering echo signal of bubble under different bubble thicknesses

    图 6  不同气泡尺寸下的后向散射回波信号

    Figure 6.  Backscattering echo signal of bubble with different bubble sizes

    图 7  不同气泡目标特性下的后向散射回波信号

    Figure 7.  Backscattering echo signals with different bubble target characteristrics

    图 8  实验系统设计

    Figure 8.  Experimental system design

    图 9  (a) 不同气泡距离和(b)不同气泡层厚度下的气泡激光后向散射信号强度

    Figure 9.  Laser backscattering signal intensities under (a) different bubble distances and (b) different bubble thicknesses

    图 10  不同气泡厚度和数密度下水体回波峰值幅度

    Figure 10.  Peak echo amplitude of water body under different bubble thicknesses and different densities

    图 11  (a) 不同气泡距离;(b) 不同气泡数密度;(c) 不同气泡层厚度下的水体激光后向散射信号强度

    Figure 11.  Laser backscattering signal intensities of water body under (a) various bubble distances, (b) different bubble densities and (c) different bubble thicknesses

    图 12  不同距离下水体激光后向散射信号变化。(a)峰值幅度;(b)脉冲宽度

    Figure 12.  Variation of laser backscattering signal of water body at different distances. (a) Signal peak amplitude; (b) pulse width

  • [1] 郑雅欣, 那仁满都拉. 可压缩液体中气泡的声空化特性[J]. 物理学报,2022,71(1):014301. doi: 10.7498/aps.71.20211266

    ZHENG Y X, NA R M D L. Acoustic cavitation characteristics of bubble in compressible liquid[J]. Acta Physica Sinica, 2022, 71(1): 014301. (in Chinese) doi: 10.7498/aps.71.20211266
    [2] 胡宁宁, 党卓然, 张牧昊, 等. 基于卷积神经网络的大尺寸气泡体积二维图像测定方法[J]. 核动力工程,2021,42(6):38-43. doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0038

    HU N N, DANG ZH R, ZHANG M H, et al. Measurements of large bubble volume based on 2-D images processing applying convolutional neural network[J]. Nuclear Power Engineering, 2021, 42(6): 38-43. (in Chinese) doi: 10.13832/j.jnpe.2021.06.0038
    [3] 刘文鹏. 典型水文条件对气泡运动的影响规律研究[J]. 海洋技术学报,2021,40(3):58-66.

    LIU W P. Study on the influence of typical hydrological conditions to bubble motion[J]. Journal of Ocean Technology, 2021, 40(3): 58-66. (in Chinese)
    [4] 王明军, 王宇航, 陈丹, 等. 二维动态海面-气泡层中蓝绿激光的透射特性[J]. 光学学报,2022,42(2):0214001. doi: 10.3788/AOS202242.0214001

    WANG M J, WANG Y H, CHEN D, et al. Transmission characteristics of blue-green laser through two-dimensional dynamic sea surface-bubble layer[J]. Acta Optica Sinica, 2022, 42(2): 0214001. (in Chinese) doi: 10.3788/AOS202242.0214001
    [5] 梁秀满, 刘文涛, 牛福生, 等. 基于机器视觉的浮选气泡体积和表面积测量研究[J]. 光学学报,2018,38(12):1215009. doi: 10.3788/AOS201838.1215009

    LIANG X M, LIU W T, NIU F SH, et al. Research on measurement of volume and surface area of flotation bubbles based on machine vision[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(12): 1215009. (in Chinese) doi: 10.3788/AOS201838.1215009
    [6] 胡瑞, 唐继国, 李晓, 等. 生长和浮升过程中气泡形状振荡特性研究[J]. 原子能科学技术,2022,56(3):450-456.

    HU R, TANG J G, LI X, et al. Bubble shape oscillation characteristic during its growth and rising process[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2022, 56(3): 450-456. (in Chinese)
    [7] LI SH M, ZHANG A M, LIU N N. Effect of a rigid structure on the dynamics of a bubble beneath the free surface[J]. Theoretical and Applied Mechanics Letters, 2021, 11(6): 100311. doi: 10.1016/j.taml.2021.100311
    [8] 张丽娟, 张传超, 陈静, 等. 激光诱导熔石英表面损伤修复中的气泡形成和控制研究[J]. 物理学报,2018,67(1):016103. doi: 10.7498/aps.67.20171839

    ZHANG L J, ZHANG CH CH, CHEN J, et al. Formation and control of bubbles during the mitigation of laser-induced damage on fused silica surface[J]. Acta Physica Sinica, 2018, 67(1): 016103. (in Chinese) doi: 10.7498/aps.67.20171839
    [9] HU Q L, HUO J T, MIAO X K, et al. Simulation of false-alarm area of laser guidance based on Mie scattering model[J]. Optoelectronics Letters, 2021, 17(4): 236-240. doi: 10.1007/s11801-021-0041-6
    [10] 叶得前. 航迹尾流的散射光偏振探测及特性研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2020.

    YE D Q. Polarization detection and characteristics of scattered light in track wake[D]. Changchun: Changchun University of Science and Technology, 2020. (in Chinese)
    [11] WANG Y Q, ZHANG J H, ZHENG Y CH, et al. Brillouin scattering spectrum for liquid detection and applications in oceanography[J]. Opto-Electronic Advances, 2023, 6(1): 220016. doi: 10.29026/oea.2023.220016
    [12] 吕金光, 梁静秋, 王维彪, 等. 快照傅里叶变换成像光谱仪阵列非均匀特性的Monte Carlo分析[J]. 光学学报,2021,41(24):2430001.

    LV J G, LIANG J Q, WANG W B, et al. Monte Carlo analysis of array non-uniformity in snapshot fourier transform imaging spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2021, 41(24): 2430001. (in Chinese)
    [13] 郭旭, 胡春晖, 颜昌翔, 等. 基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析[J]. 光学 精密工程,2021,29(3):474-483. doi: 10.37188/OPE.20212903.0474

    GUO X, HU CH H, YAN CH X, et al. Analysis of sun pointing error of spaceborne solar spectroradiometer based on Monte Carlo method[J]. Optical and Precision Engineering, 2021, 29(3): 474-483. (in Chinese) doi: 10.37188/OPE.20212903.0474
    [14] LIN W H, WANG B B, WANG L, et al. A detail preserving neural network model for Monte Carlo denoising[J]. Computational Visual Media, 2020, 6(2): 157-168. doi: 10.1007/s41095-020-0167-7
    [15] 孔晓娟, 刘秉义, 杨倩, 等. 船载激光雷达测量水体光学参数的仿真模拟研究[J]. 红外与激光工程,2020,49(2):0205010. doi: 10.3788/IRLA202049.0205010

    KONG X J, LIU B Y, YANG Q, et al. Simulation of water optical property measurement with shipborne lidar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(2): 0205010. (in Chinese) doi: 10.3788/IRLA202049.0205010
  • 加载中
图(12)
计量
  • 文章访问数:  311
  • HTML全文浏览量:  117
  • PDF下载量:  138
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-13
  • 修回日期:  2023-05-15
  • 网络出版日期:  2023-07-13

目录

    /

    返回文章
    返回