为了进一步提高激光主动探测系统对光学目标的探测识别能力, 提出了一种利用扫描干涉场将目标的空间分布特征加载到反射光时间序列信号中, 通过反射光时间分布的特征差异在复杂漫反射背景中探测光学目标的新方法。基于马赫-曾德尔干涉光发生体制, 得到了远场干涉图样条纹间距与传输距离、M-Z干涉光发生装置参数和激光波长的关系式。分析了条纹间距对不同目标原路返回点处光强时间分布特性的影响。搭建了演示验证平台, 结果显示, 随着干涉场的条纹间距减小, 光学目标的反射光时间分布峰峰数增多, 峰峰比降低, 而漫反射目标没有明显变化。漫反射目标和光学目标的反射光时间分布的方差、偏度和峰度等统计特征差异明显, 其中峰度值分别为(4.37,62.8)、(4.03,34.97)和(3.91,35.4), 整体相差一个数量级。利用反射光时间分布的包络形态和统计特征的较大差异可快速区分光学目标与漫反射背景。

为了有效抑制激光照射目标表面所产生的散斑效应, 提高激光主动成像图像质量, 提出采用多光束照明技术, 通过理论分析与仿真实验相结合的方式验证了多光束照明在抑制回波散斑效应方面的作用。首先, 建立了多光束分光照明模型, 理论分析了多光束照明对于完全散射叠加场和部分散射叠加场的散斑抑制原理。在此基础上, 根据理论模型构建了仿真实验系统, 采用不同能量分配的分光方式, 对3种不同表面粗糙度的目标进行了单光束回波散斑对比度和多光束回波散斑对比度实验评估。实验结果表明: 等能量4光束照明的回波散斑对比度仅为单光束对比度的1/2, 与理论分析结果完全吻合, 充分验证了多光束照明技术在回波光场散斑抑制方面的有效性。

激光主动照明成像具有作用距离远、系统分辨率高、可在低照度背景等复杂环境下获取 目标图像等优点,但探测图像会受散斑噪声干扰。把高斯滤波、均值滤波和自适应滤波方法分别 应用到仿真实验中进行散斑噪声抑制,实验表明:与高斯滤波和均值滤波相比,自适应滤波能有 效抑制图像噪声,保留图像的边缘和细节信息。利用自适应滤波方法对获取的单帧和多帧累加平 均的激光主动探测图像进行散斑抑制实验,使用散斑对比度进行定量分析,结果表明多帧短曝光 图像累加平均可有效抑制图像的散斑噪声,自适应滤波可进一步降低图像的散斑噪声。

针对激光主动探测时光电设备表现出的猫眼效应, 搭建了基于CCD的激光主动探测系统, 提出了一套有效的光电窥视设备检测算法。该算法在激光脉冲的间隔, 同时采集激光主被动图像, 根据窥视目标与普通漫反射物体的回波强度差异, 利用背景差法检测窥视目标。实验结果表明, 在半径为5 m的作用范围内, 该激光主动探测系统可有效、快速地将光电窥视目标从背景中检测出来, 并且不受场景和光照的限制。通过对光学口径为2 mm的光电窥视设备在20个不同场景环境下进行实验, 正确检测率达到95%, 且每帧的检测时间在0015~0021 s内, 满足了实时性需求, 验证了本文系统搭建方案的正确性与软件处理算法的有效性。

分析了空中目标态势的影响因素以及与激光脉冲回波参数的关系；考虑了目标的距离、速度、进入角和尺寸等因素对脉冲时延和展宽的影响，建立了相应的关系模型，得出了不同因素对脉冲时延和展宽有不同影响程度的主要结论；探讨了激光大气斜程传输过程，提出了一种激光大气斜程透射率计算方法，对一般的激光大气传输能量衰减模型进行了改进，得出激光脉冲能量随距离的增大和目标投影面积的减小而呈现指数衰减规律；搭建了实验系统平台，并对实验采集的回波数据进行了分析；对比了脉冲展宽理论计算结果与实测结果，二者相对误差控制在6%以内，具有很好的符合程度，验证了所建模型的有效性。得出的结论具有为反演空中目标态势信息提供一定参考的价值。

针对目前激光主动探测技术对军队光电装备造成的探测威胁,在不改变光电装备光学结构以及有限牺牲光电装备光学性能的前提下,实现其猫眼光学窗口的“隐身”。首先,基于磁致旋光晶体的法拉第效应,设计了加载于光电装备光学窗口前端的隐身装置。然后通过数值仿真和实验方法,从磁光晶体的性能、隐身装置消光比、隐身装置对像质的影响三个方面对该设计的可行性进行了分析。仿真及其实验结果表明:当磁光晶体能实现良好的消光效果,且加装隐身装置的光学窗口对像质影响很小。基于磁致旋光效应的隐身设计能够满足战场环境对军用装备的性能要求,且其消光比和对像质的影响程度能使光电装备在不影响正常工作的前提下有效实现隐身。

雪崩光电二极管(APD)因其具有很高的内部增益,被广泛应用于光电探测中。根据雪崩光电二极管的雪崩效应及工作原理,采用APD作为激光回波接收单元来探测“猫眼”目标,设计了接收放大电路,并进行了实验研究。结果表明:此探测电路可探测到“猫眼”目标回波且回波信号包含时间与目标距离信息,可保证后续目标的定位,为激光主动探测系统的设计奠定了基础。

针对“猫眼”目标激光主动探测，从抑制噪声干扰和激光后向散射出发，研究了APD激光回波信号探测系统的组成原理和电路设计。设计了一种基于APD的激光回波接收放大电路，采用自动增益控制技术(AGC)，同时给出了接收系统的控制时序逻辑图，并分别对窗帘、玻璃、光滑墙体，望远镜等目标的回波信号进行了接收实验和分析，提出了鉴别“猫眼”目标的方法，为后续“猫眼”目标识别的实验研究提供了依据。

随着红外光电系统由扫描型发展为凝视型，搜索范围大大增加，但仅得到目标的二维信息，如能与激光主动探测结合，得到角度-角度-距离的三维信息，可实现两者优势互补。提出了一种基于压电倾斜镜(PFSM)的具有指向功能的激光主动探测技术，与凝视型红外相机实现双模复合探测，对目标进行精密跟踪。对其视场、线性度进行了分析和系统测试，所得结果与计算结果相符。

利用光学窗口“猫眼效应”进行的激光主动探测易受探测激光波长的影响。建立透射式光学系统猫眼效应的色差理论模型，分析了由探测激光波长与透射式猫眼系统工作波段不匹配所产生的色差对激光主动探测的影响，并设计实验对理论分析结果进行验证。结果表明：由探测激光波长与透射式猫眼系统工作波段不匹配产生的色差，使猫眼系统的焦点发生偏移，导致激光主动探测的回波发散角明显增大、回波接收功率显著降低。得出结论：在对透射式猫眼系统进行激光主动探测中，探测激光波长应与猫眼系统的工作波段相匹配。