车载式激光告警器探测性能分析计算

探测阈值 It 的平均次数 ,它可示为 :
FA R = (1/ 2 t p
3) exp ( -
I2t /
2
I
2 n
)
(3)
由 (3) 式可见 , FAR 随阈值 It 增大而迅速减小 。
当有信号时 ,设输出端的信号电流分量为 is , 则
信号探测概率差不多是在信号达到峰值时刻信号加
噪声超过阈值 It 的几率 ,即 : Pd = P[ ( is + i n) > It ]≈ P[ In > ( It n - Is) ] (4)
在激光制导信号告警探测中 ,信号和噪声的光 子数都很多 ,可以看成是在高斯白噪声中探测激光 信号 。激光制导系统采用的激光信号多为脉冲信 号 ,所以 ,激光告警探测可认为是高斯白噪声中激光 脉冲的阈值探测问题 。假定是要在白噪声中探测出 一脉宽为 t p 的光脉冲信号 ,信号与噪声一起通过带 宽为 B = 1/ 2 t p 的匹配滤波器 , 若滤波器输出噪声 电流 In 是高斯型的 ,则 :
接收机噪声来源有三个 :探测器噪声 、放大器噪 声和背景噪声 。In GaAs2Pin 光电二极管作探测器 ,
响应度高 ,暗电流小 ,速度快 。
接收机最小可探测功率可表示为 :
Psmin
=
(
S/ N) Rp
4
K TB r
F
+
2
eB
(
Id
+
R d PB )
1/ 2
(7) 其中 PB = λ∑HB (λ) ΔλA R
由 (3) 式可求出阈噪比 It/ In 为 :
It/ In = - 2 I n (2 3 t p FA R
(6)
再根据所需探测概率 Pd , 由 (5) 式便可求得幅值信
号对均方根噪声电流之比 Is/ In 。根据本设备所要
求的虚警率 、探测概率和已知的激光脉冲宽度 ,代入
(5) , (6) 两式可求阈噪比和信噪比分别 It/ In = 7. 8 、 Is/ In = 9. 8 。 2. 2 接收机灵敏度 Psmin
2πI n) ∫I∞tIsexp ( -
i
2 n
/
2
I
2 n
)
di n
= 1/
π[
∫∞
I
t
I/ s
2 Inexp ( -
i
2 n
/
2 I2n)
d ( in/
2 In) ]
= 1/ 2{ I + erf [ ( Is - It) / ( 2 I n) ]}
(5)
式中 exf ( x) 为概率积分函数 ,根据允许的虚警率 ,
[ 1 ] 邓仁亮. 光学技术[ M ] . 北京 :国防工业出版社 ,1992. [2 ] 张承铨. 国外军用激光仪器手册 [ M ] . 北京 :兵器工业
出版社 ,1989. [ 3 ] 金梅. 激光警戒接受机[J ] . 激光技术 ,1989 , (3) . [ 4 ] 光电对抗系统手册. 西南技术物理研究所编译. 1999. 6
Abstract :The reconnaissance distance of vehicular laser passive reconnaissance warning device was discussed in t he paper. The signal to noise ratio and sensitivity of t he laser detection were analyzed. The basis was furnished to t he de2 sign and manufacture of system. Key words :laser passive reconnaissance warning device ;reconnaissance distance ;vehicular
Reconnaissance Perf ormance Analysis f or Vehicular Laser Warning Device
GE Qiang2sheng1 , GON G Chi2kun2
(1. Institute of Auto Management ,PLA Bangfu 233011 ,China ; 2. Sout h2West Institute of Technical Physics ,Chengdu 610041 , China)
轴外散射确定的 。由式 (7) 可求得 : Ps min = 2μW 。
2. 3 探测距离
以美军 AN/ GVS25 手持式激光测距机为典型 的激光威胁源 ,其主要技术指标如下 :在 10km 能见 度下作用距离 8km ; 波长 1. 06μm ; 输出峰值功率 2MW 、光束发散角 < 1mrad (80 %输出能量) 、重复频 率 1pps。下面以此来估算告警器的探测距离 。
式中 , e —电子电荷 = 1. 6 ×1019库 ; K —波尔茨 曼常数 = 1. 38 ×1023 焦/ 开 ; T —绝对温度 = 325 K; F —放大器噪声因子 ; r —探测器源阻抗 (Ω) ; PB — 背景辐射功率 ( W) ; HB (λ) —太阳光谱辐照度 ( W/ cm2·μm) ;Δλ—波长间隔 (μm) 。
设威胁激光输出峰值功率为 PL , 束散角为 θ,
激光源与告警器之间的距离为 R , 激光告警器的接 收口径为 d ,则不难导出到达告警器的光电探测器 表面的激光脉冲功率的表达式为 :
PS = ( PLτ/ 1010) ( d/θR ) 2cosψexp ( - αR) (8) 式中τ为接收机的光学透射率 ;ψ为光束入射 角 ;α为大气衰减系数 。对于相干激光源大气衰减 是由分子对特定激光谱线的吸收和散射以及水蒸汽
1 前 言 激光告警器应能迅速探测 、识别激光威胁源的
存在 ,判别激光的来袭方位 、激光类型等相关信息 , 并进行声 、光告警 。在激光告警器的性能设计计算 中 ,探测距离的分析是其核心 ,直接涉及激光告警器 的灵敏度 、虚警率 、探测概率等重要性能指标的选 定。 2 激光告警器主要性能分析计算 2. 1 告警接收机信噪比 ( S/ N) 的确定
式 (7) 中第一项代表放大器输入端的热噪声 ,第
二项代表探测器的暗电流噪声 ,第三项代表背景噪 声 。经分析计算 ,放大器热噪声是主要贡献 ,其次是
太阳直照引起的背景噪声 ,探测器暗电流可忽略 。
Ps min为接收机的灵敏度 ,它表示到达光敏面上 的信号功率至少为 Ps min时 ,接收机才能保证所需要 的探测概率和虚警率 。激光告警器主要是由较低的
车载式激光告警器探测性能分析计算
葛强胜1 ,龚赤坤2
(11 解放军汽车管理学院 ,安徽 蚌埠 233011 ;21 西南技术物理研究所 ,四川 成都 610041)
摘 要 :文章针对车载式激光告警器探测距离 ,分别对激光告警接受机的信噪比和灵敏度进行 了分析计算 ,为系统设计和研制提供依据 。 关键词 :激光告警器 ;探测距离 ;车载 中图分类号 : TN 247 文献标识码 : A
连续区和气溶胶的吸收和散射产生的 , 它们与波长
有关 ,对 1. 06μm 和 1. 54μm 波长 ,气溶胶的散射是
主要因素 ,因此当气溶胶浓度增加或能见度降低时 ,
激光的传输受到严重限制 。对 1. 06μm 波长激光 ,
大气衰减系数与能见度的关系可表成α= 2. 7/ V ,这
里 V 以 km 为单位的能见度 。对典型激光威胁源 ,
作者简介 :葛强胜 (1968 - ) ,男 ,硕士 , 讲师 , 2000 年毕业于解放 军理工大学 ,现从事教学和科研工作 。
收稿日期 :2002 211 225 ;修改日期 :2003 201 209
第 3 期 激 光 与 红 外
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于是 : Pd≈1/ (
由(8) 式可求得 ,在 10km 能见度下 ,告警器接收机
收到的激光信号功率随距离的变化列在表 1 中 。
表 1 到达告警器的激光信号功率 (w) 与
距离 (km) 的关系)
V = 10km
告激警光信威号胁R/参W(数km)
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
1. 06μm 2MW、
1mrad
3. 43 6. 56 2. 22 6. 86 3. 49 1. 90 1. 09 6. 70 4. 13 3. 02 ××××××××××
in = 1/
2πI n) exp ( -
i
2 n
/
2
I 2n )
(1)
均方根值 In 由下式给出 :
In =
i
2 n
=
WB =
( W / 功率频谱密度 (A/ Hz) ;
B ———匹配滤波器白噪声带宽 ( Hz) 。
平均虚警率 FA R 是在每秒输出噪声电流超过
10 - 1 10 - 2 10 - 2 10 - 3 10 - 3 10 - 3 10 - 3 10 - 4 10 - 4 10 - 4
由表 1 结果可见 ,在 10km 能见度下 ,对应于典型激 光威胁源最大作用距离到达告警器上的信号功率大 于报警接收机相应波长的探测灵敏度 ,但为了在较差 天气和有湍流下也能正常工作 ,信噪比必须留有 10 倍 以上的裕量 ,由表 1 可见 ,这个裕量是有保证的。 3 结束语
如果考虑大气散射照射的原因 ,可以发现入射 信号是由分布在许多湍流大气团内的许多独立散射
中心 (气悬体) 的散射组成的 。在远程应用场合 ,随 着距离增加 ,目标上的激光束的实际尺寸增加 ,而大 气散射降低 ,因此探测直接入射光的机率将会增加 。 在许多作战情况下 ,实际需要探测的是位于目标上 的散 射 , 即 使 偏 移 距 离 为 4m , 探 测 灵 敏 度 如 为 10mW/ cm2 的告警器 ,其探测距离也能超过能见度 。 参考文献 :