简易激光收发系统

激光模拟训练系统的原理分析
发射光学系统的总体设计
I. 激光束发散角的计算 分析可知，光束在大气中传输一定距离后到达目标装甲时的光斑直径应小于或等于子弹直径，否则模拟 系统和实战将在命中目标的判断上产生误差。 II. 发射光学系统的设计 计算得到的发散角数值，采用同心球面光学系统作为发射光学系统，其由两个凸透镜组成，可很容易得 到较大的光束面积，以满足系统对发散角的要求。
激光接收机的设计
激光发射机的工作原理 - 2
3. 探测器电路的设计 光导模式，光电二极管在外加反方向偏压下工 作，未加光照时即有一微弱的二极管反向漏电流流 动，光照时产生光电流，两者叠加在一起经负载流 动。 4. 前置放大电路的设计 因为硅光电二极管的输出信号很微弱，要想有 效地利用，就必须对探测器输出信号进行适当地放 大。
Байду номын сангаас
激光接收机的设计
激光接收机的信噪比计算
本系统采用的是直接探测方式，且硅光电二极管以光导模式工作，并直接耦合到运算放大器上。但在 选取负载电阻值时可先以上述计算和分析的值为参考，并进一步通过实验的方法来最终确定本激光接收机 的负载电阻值。
激光收发系统的参数测量与分析
测量与分析
由于实现激光顺利正确地收发是本模拟训练系统的关键，所以我们要在室内两米距离下的接收机输出 波形和在室外十米距离下的接收机输出波形分别对频率最高时的最宽和最窄脉冲进行了测量，同时还对频 率最低时的最宽和最窄脉冲进行了测量，确保两者的频率、电压幅值和脉宽基本保持不变，仍能保持矩形 波状，且具有满足要求的脉宽，所以不会影响本模拟训练系统的正常工作。 其中接收机输出的有用信号中将包含着大量的噪声和干扰信号，这会影响本激光模拟训练系统的性能， 所以为了消除噪声，就应该对接收机输出的信号进行滤波处理，就必须分析接收机输出信号和噪声的关系 和特点。
激光模拟训练系统的总体设计
激光模拟训练系统原理
大气 激光发射机 发射光 学系统 接收光 学系统
讯响器和闪光器 滤波、整形电路 打印/记录 单片机 显示 激光接收机
通过发射光学系统对光束进行扩束，减小其发散角，以达到设计的要求。整形后的光束便以大气为传输 介质，经大气的吸收和散射后，到达装有探测系统的目标装甲。在探测器的前端加装了接收光学系统，滤 除了不同于发射激光波长的背景光，并把光束汇集到探测器的光敏面上。激光接收机把光信号转变为电压 信号，并进行放大，为后续的信号处理提供条件。匹配单片机和后续电路，对接收机输出的信号进行滤波 和整形，进一步提高信噪比。采用讯响器和闪光器，可再现战时的声音和爆炸情形并直观地显示子弹是否 击中目标。单片机则可以记录和打印每次训练的结果，以供成绩统计比较以及坦克损伤程度的评估，并可 显示坦克具体被击中的部位。
激光发射机的设计
激光器的选择
1. 激光器种类的选择 由于砷化镓（GaAs）半导体激光器能输出波长为808nm的激光，且具有体积小、重量轻、寿命长、 结构简单、效率高、价格便宜，并很容易通过驱动电源调制它的光输出等特点。因此，选取砷化镓半导体 激光器作为本系统的光源。 2. 激光器的功率计算 我们通过对系统应用背景对大气透过率和激光器的功率计算，最终选择了激光发射功率为1W的激光 器以此来满足系统设计的功率要求。 3. 激光器工作方式的选择 本系统选择了采用连续工作方式的激光器。因为其可以使其在连续和脉冲两种工作方式下轻松的转换， 不仅能通过改变泵浦电流的大小来控制激光的输出功率，而且在脉冲工作方式下，能调节其脉冲重复频率 和脉冲宽度。 4.激光器脉冲宽度和脉冲重复频率的选择 由于本系统设计的脉冲重复频率和脉冲宽度均可在一定范围内可调，所以应确定其工作时最高和最低 的脉冲重复频率以及最宽和最窄的脉冲宽度。
激光发射机的设计
激光发射机的工作原理
1. 激光器电源的设计 当开关K与充电回路闭合时，直流电源E经电阻 R给储能电容C充电，并达到触发所需的能量；当 开关K与放电回路闭合时，电容向激光器放电，形 成很大幅度的脉冲电流，驱动激光器发射激光。由 此可见，开关K的选择对激光电源的性能至关重要。 K 2. 激励信号发生器和放大电路 激励信号的主要功能是控制MOS场效应管的开 通与关断，从而控制半导体激光器是否发光。必须 通过放大电路对其进行电压放大，滤除噪声信号， 并实现与MOS场效应管的阻抗匹配。
激光发射机的设计
激光工作波长的选择
1. 激光的大气传输 激光模拟训练系统是以大气为介质进行传输。 I. 大气的吸收 对某些特定的波长，大气呈现出极强烈的吸收。 应选取波长处于大气窗口的激光进行设计。 II. 大气的散射 当激光经大气传输时，大气中的各种微粒将对 光波进行散射，并引起透过光强的衰减。 2. 激光工作波长的确定 经过上述对激光大气传输的研究和分析，最终 选择的激光工作波长为808nm。
激光接收机的设计
激光接收机的工作原理 - 1
1. 激光探测方式的选择 本系统选择直接探测的方法，因为其易于实现，可靠性高，成本低，技术也较为成熟。 2. 激光直接探测技术原理 激光信号和背景干扰信号经接收光学系统汇聚到硅光电二极管，通过硅光电二极管把接收到的光辐射 功率转化为相应的电压信号，由于硅光电二极管存在暗电流和散粒噪声，以及电路中热噪声和前置放大 电路噪声的存在，都将伴随着信号电压输出，减小了信噪比，影响了探测的灵敏度。
IV. 响应时间和响应频率 3. 激光探测器的噪声 I. 热噪声 II. 暗电流噪声
III. 散粒噪声
4. 确定本系统所需的激光探测器 考虑了以上探测器的各个参数指标和噪声限度，本文最终选择了硅光电二极管作为本系统的激光探测 器。因为其有较高的量子效率、响应速度快、体积小、价格低、暗电流小等特点，且近红外响应度较高， 对本系统发射的808nm波长的激光灵敏度较高。
简易激光收发系统
答辩人：
框 架
1. 综述
2. 激光模拟训练系统的总体设计
3. 激光发射机的设计
4. 激光接收机的设计
5. 激光收发系统的参数测量与分析
综 述
实弹训练要耗费大量的武器弹药，这给军队的财政预算带来了巨大的困难， 迫使部队不得不减少训练计划，从而影响了指战人员掌握一些武器的能力。此外， 真枪实弹的训练总会存在发生意外伤亡事故的危险，发射必须在距离人工靶足够 远处进行，且无法客观、公正、高效地统计和显示训练的成绩和结果。 优点：首先，激光武器模拟系统不仅可以模拟各类武器的发射，并显示射手 和目标的状况。其次，它可以让使用不同武器系统攻击对方目标的双方战斗人员 都得到训练。最后，由于激光发射一个脉冲的费用微不足道，每个战士可以进行 数百次乃至上千次模拟发射，从而可以大大地提高指战人员的实战能力。
激光模拟训练系统的原理分析
接收光学系统的总体设计
I. 接收视场角的计算方法 II. 接收光学系统的设计 我们采用开普勒型望远镜作为接收光学系统，并加装了滤光片。为了滤除背景光的干扰，提高探测器的 灵敏度，并在相同接收角的情况下，减小探测器光敏面积，降低探测器自身噪声。 在相同接收角的情况下，采用双透镜方式的接收系统的探测器光敏面积将大大减小，从而减小了探测器 自身噪身，提高了系统的灵敏度。
谢谢各位老师 的评阅！ 的评阅！
激光接收机的设计
激光探测器的选择
1. 激光探测器的分类 因为量子探测器是目前光电检测中用得最多的探测器，且有工作于不同波段的各种器件可供选择。所 以本系统采用的是量子探测器。 2. 激光探测器的主要特性参数 I. 量子效率 II. 响应度 III. 光谱响应 V. 噪声等效功率（NEP）和归一化探测度D* VI. 线性度