脉冲激光探测系统应用于常规弹药过程中，单光束前向探测结构无法满足周向定位需求。同时，系统结构要求尽量简单，故传统的光束布局方式无法直接应用。为此，提出了一种多光束大视场脉冲激光周向探测方案。根据激光收发系统光场特性与探测需求，基于非球面光学设计理论，设计出激光整形扩束与大视场接收的阵列透镜光学系统，并设计了窄脉冲大电流脉冲激光驱动电路和高灵敏度高信噪比光电放大电路。提出基于FPGA目标方位判别和抗干扰策略，有效提高了系统抗干扰能力，建立了弹目交会模型，并进行了目标捕获率分析。加工制作了原理样机并进行静态实验，结果表明，样机能有效探测不小于5 m的近程目标，实现常规弹药激光近炸引信360°大视场周向探测。

小型化是当前脉冲激光近炸引信的发展趋势。小型化不仅需要考虑结构过载的影响, 同时由于结构小型化而引发空间电磁干扰问题不可忽略。基于小型化背景, 建立脉冲激光发射系统理论模型, 利用Comsol软件仿真发射系统瞬时放电周边辐射。分析了发射系统脉冲大电流对探测系统的电磁辐射干扰, 同时基于电磁屏蔽机理提出抗电磁辐射干扰措施。实验与仿真结果表明, 激光发射系统瞬时放电会产生极大的电磁辐射干扰, 采用45号钢组合屏蔽机制, 能够有效的抑制电磁干扰。

目前国内外研究激光在雨中传输的衰减问题时主要有两种模型: 散射模型和遮挡模型。但是遮挡模型在处理位于激光器视场近端的大尺寸雨滴时存在理论缺陷, 而散射模型对于视场远端的雨滴多次散射问题的计算量过于庞大。提出了一种基于接收端雨滴投影圆面积判据的雨滴衰减模型改进算法, 对接收透镜视角内出现单个雨滴全遮挡的情况进行了修正。并且采用MATLAB对模型进行了仿真分析, 得到改进的衰减模型与散射模型和遮挡模型的衰减曲线对比图。最后, 通过自然雨场实验验证改进理论算法的精确度, 结果表明: 传输距离在100 m且降雨量为1.2 mm/h时, 改进的理论模型相比较原遮挡模型精度提高了54.6%, 说明上述改进算法能够提高雨滴衰减模型的精确性。该项目的研究为蓝绿激光大气通信探测技术的发展提供了一定的理论支撑。

为全面评价激光定距引信的探测能力, 确定其随距离变化的规律, 通过推导脉冲激光测距回波方程, 建立脉冲激光测距数据分布解析方程并提出误差量化评价方法。仿真分析并评估了探测距离对回波信号及探测能力各指标的影响, 最后通过试验得到验证。结果表明: 可靠测程内, 引信可实现可靠探测, 随探测距离减小, 测距随机误差先减小后增加, 系统误差逐渐增加; 引信最大可靠测程为84.8 m, 测程内随机误差为0.22~0.73 m, 满足引信远程定距的需求; 提高阈值可明显改善测距误差, 但会造成可靠测程减小。所得探测能力变化规律与评价方法可为脉冲激光引信设计与应用提供理论依据。

在激光引信中, 脉冲激光对目标的探测与识别是激光引信近程探测技术中的一个关键技术点, 而目标的表面反射特性对探测的影响是激光近程探测高效毁伤与精确打击目标的主要研究关键。目标的表面粗糙度以及附着物对激光回波信号的强弱影响较大, 因此, 需对激光近程探测过程中不同粗糙度目标表面所表现的反射特性进行研究。首先通过仿真得到回波信号模型, 再进行不同粗糙度表面回波功率实验对仿真结果进行验证。实验选用不同表面粗糙度的靶板, 并采用了改变角度、改变距离并同时改变角度和距离的模式来观测得到的电压曲线, 获得最终结果。

针对增程单兵火箭弹由于弹道低伸和末段弹道时间短的弹道特点对激光末段制导形成的局限, 研究捷联激光制导导引头在末段全弹道上的目标捕获域和目标捕获率。建立低伸弹道上激光半主动导引头目标捕获域模型, 在不同的火箭弹发射角条件下, 对导引头在末段全弹道上的目标捕获域与最小锥形视场进行仿真, 分析最小目标捕获域边界由双曲线变为椭圆时的弹道点和视场角, 得到导引头的最佳半视场角为5.9°。考虑弹道扰动的影响, 通过蒙特卡罗方法计算末段弹道上不同弹道点的导引头目标捕获率, 得到在弹道上导引头的最佳起始探测弹道点。为增程单兵火箭弹的制导化提供参考。

针对水下单光束扫描探测系统探测水中近场目标的需求, 为抑制海水后向散射干扰, 提高系统信噪比, 对系统光路参数进行了优化设计。通过推导系统盲区距离公式、水中目标回波和后向散射功率方程, 分析了系统探测区域和信噪比同光路参数的关系。在不同水质条件下, 基于粒子群算法(PSO)对光路参数进行了优化计算。结果表明: 对探测区域为6-10 m的系统, 当发射光束与接收视场平行, 接收视场半角为9 mrad, 收发间距为10.6 cm时, 系统信噪比达到最佳。为验证理论模型的正确性, 设计了水下激光探测光路模拟系统, 测试不同光路参数下系统信噪比, 实验结果与理论值一致。优化结果可为水下单光束扫描探测系统光路设计提供理论依据。

基于小口径和瞬时大视场激光制导**平台的要求, 提出了一种小型捷联折射式离焦光学探测系统方案。该方案根据捷联式激光半主动目标探测模型和理想离焦光学系统模型得到激光制导理想光学系统参数, 并以此参数为基础, 使用ZEMAX软件进行优化, 设计了工作波长为1 064 nm的离焦光学探测系统。该系统临界有效探测半视场为5.89°, 临界探测半视场为13°, 长径比为1.27, 较好地解决了整流罩引入的像差问题, 并且光斑重心位置与目标位置偏差角存在线性关系。验证实验结果表明该离焦光学探测系统误差小于0.15°, 满足大视场下目标位置偏差角探测的要求。

针对小口径弹药用脉冲激光周向探测系统的小体积和轻质量的设计难点，在全面分析脉冲激光周向探测系统的基础上，提出了采用激光发射系统解体分离技术和光学系统扁平化技术实现脉冲激光周向探测系统小型化的解决方案.将传统、较大尺寸、一体化结构的激光发射系统的激光器与激光器驱动电源进行结构分离，达到轴向尺寸压缩的目的，并利用灌封技术进行抗过载处理；选择平凸球面单透镜光学元件代替非球面透镜，经过理论计算和光学系统仿真，设计出扁平化激光准直系统，有效压缩轴向尺寸.针对结构小型化带来的空间电磁干扰问题，基于磁场屏蔽机理，采用特殊结构屏蔽体，有效抑制了电磁干扰.加工制作了原理样机并进行了目标探测试验.实验结果表明：样机能有效探测近程目标，且脉冲激光周向探测系统的有效尺寸显著减小，验证了小型化技术的可行性和实用性.

针对激光近炸引信探测系统对激光脉冲前沿速率、激光脉宽和功率的需求,通过RLC放电回路理论分析,采用双晶体三极管互补驱动高速金属氧化物半导体场效应晶体管作为高速开关,应用微处理器C8051FXXX产生脉冲触发信号,设计出激光近炸引信高速窄脉冲大功率驱动电源.通过PSPICE软件分析与实验验证,结果表明该电源脉冲前沿上升时间约为4 ns,脉宽10 ns左右,激光峰值电流可以达50 A.该研究有效提高了系统探测距离与抗云雾烟尘干扰的能力.