激光隐身涂料隐身效果检测系统

张晖，贾齐，冯进良，才存良

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130022）

激光隐身涂料隐身效果检测系统

张晖，贾齐，冯进良，才存良

（长春理工大学 光电工程学院，长春 130022）

设计了一种对激光隐身涂料的隐身效果进行检测的模拟系统。该系统使用了高稳定性的CO2激光器，高灵敏度的PIN型光敏二极管，通过AVR单片机进行数据处理，实现了高精度快速测量真实模拟的目的。提出了通过比较目标隐身前后激光回波的强度来评价隐身涂料隐身效果的方法。

激光隐身；光电探测；单片机；等效模拟

随着科学技术的发展，激光隐身技术在现代战争中发挥着越来越重要的作用。通常使用的激光隐身技术手段主要有两种：隐身外形技术和隐身材料技术。其中，隐身外形技术主要是设计和改变目标的几何外形，使目标的激光散射截面尽量减小；隐身材料技术则主要是设计和采用对激光反射率低的材料。而在诸多的隐身材料中，涂料隐身以其施工方便、成本低廉、性能优越等特点成为了隐身技术的研究重点。所谓的涂料隐身就是在隐身目标表面涂覆一层对激光具有强烈吸收和散射作用的涂料，降低目标表面的激光反射率，使军用激光装置接收不到反射回来的激光，从而实现激光隐身。

为了确保军事目标具有良好的激光隐身效果，就要对具有激光隐身功能的涂料进行激光隐身效果测试。由于实际测量中涉及到目标靶板的制作和架设，场地和地形的选择等问题，工程量很大，同时测量的难度也很大。因此，模拟测量就具有很大的现实意义。

1 测量系统原理

激光发射器发射激光信号到隐身目标，经过隐身目标反射的激光回波信号被激光接收器接收，再由信号处理器进行相应的数据处理，然后显示［1］。激光隐身涂料隐身效果检测模拟系统工作方框图如图1所示。

图1 系统工作方框图

首先，把未隐身的标准靶板放在预定的位置，然后打开电源开关，使激光器开始向外发射激光束，调整标准靶板的位置，使激光束全部照射在标准靶板上，经过信号处理后，显示器会显示通过标准靶板反射后的回波信号强度值。然后取下标准靶板，将准备好的激光隐身涂料均匀地涂覆在标准靶板的表面，并重复之前的操作，显示器则会显示出通过隐身靶板反射后的回波信号强度值。

通过测量得到目标隐身前后反射激光波的强度变化情况，对比隐身前后的强度值来评价激光隐身材料的隐身效果。如果目标隐身后的激光回波强度小于目标隐身前的回波强度就说明所使用的激光隐身涂料具有良好的隐身效果，回波强度减小得越多说明其隐身效果越好［2］。

由于隐身效果体现在隐身涂料涂抹前后回波信号强度的变化，为了对隐身涂料的隐身效果进行客观评价，不能引入其他对回波信号强度有可能带来变化的因素。因此，如图2所示，激光发射装置、回波信号接收装置以及测试靶板之间的相对位置关系必须保持一致。其中，为保证测量结果的可靠性，本系统添加了一个靶板固定装置，确保每次放置靶板的位置相同，激光束每次照射到目标靶板的角度和反射的角度不变。

图2 测量原理图

2 测量系统组成

激光隐身涂料隐身效果检测系统主要由激光信号发射器、激光信号接收器、激光信号处理器组成。

2.1 发射系统设计

激光信号发射系统主要由激光电源、激光器、发射光学系统三部分组成。用于发射探测目标所需的激光信号，将高峰值功率的激光脉冲发射向隐身目标［3］。

激光电源使用稳定性较好的开关电源。由于发射波长为10.6μm的CO2激光器的激光波长处在良好的大气窗口，被多数激光雷达采用，所以本系统选择10.6μm的CO2激光器作为发射激光的信号源。激光器采用美国Universal Laser Systems Inc公司CO2-ULR25激光器，功率为25W、波长为10.6um、光斑直径4±1mm。因为激光器发出的激光并不是平行的，故需要有一个光学系统压缩其发散角，本系统的光学系统设计成倒装伽利略望远镜系统［4］。由于是缩短距离的模拟测量，所以可以在激光发射器的发射端加不同透过率的衰减片来模拟大气衰减。激光发射系统组成图如图3所示。

图3 激光发射系统组成图

2.2 接收系统设计

激光接收系统主要由接收光学系统、光电探测器、信号放大电路三部分组成。用于接收探测目标反射的激光信号，即从目标反射回来的激光脉冲回波。激光接收系统组成如图4所示。

图4 激光接收系统组成图

由于接收光学系统物镜的口径和焦距都相当大，为了使系统结构紧凑，采用牛顿式光学系统作为接收光学系统［5］。

光电探测器使用的是FDS10X10型PIN光敏二极管，峰值波长为960nm，具有电流增益大，灵敏度高，频率响应快的优点。其光谱响应曲线如图5所示。

图5 光谱响应曲线

2.3 信号处理系统设计

激光信号处理系统是测试系统的核心部分，主要包括信号采集及放大电路、AD转换、数据处理及显示。

光电二极管接收反射回来的激光，将光通量转换成光电流，经图6所示的信号放大电路将光电流转换成电压输出，再经运算放大器将电压调理到AD转换适合的电压区间，然后进行AD转换。

图6 信号放大电路

图7 系统软件设计流程图

AD转换器采用美国ADI公司推出的一款高分辨率的A/D转换器AD7730是，其具有双通道差分模拟输入、24位无失码、21位有效分辨率、±0.0018%线性误差等特点。由于采用∑-Δ转换技术，量化噪声被移至A/D转换的频带以外，因此AD7730特别适合用于宽动态范围内的低频信号A/D转换，具有优良的抗噪声性能，非常适合本系统的静态测试。

AVR系列中的ATmega32单片机作为系统CPU在接到数据采集命令后，启动AD转换并将采集到的数字量进行存储和显示。系统软件设计流程图如图7所示。

3 测试结果

因篇幅所限，这里通过对3种涂覆型激光吸收涂料进行检测的实例，进一步说明等效模拟检测方法的可行性。本次实验使用的CO2激光器功率为25W，实验结果如表1所示。

表1 涂覆型激光吸收涂料的测试数据

4 结论

经测试，该模拟系统可有效的判断各种不同激光隐身涂料的隐身效果，从而为激光隐身涂料的设计提供依据。同时可改变以前隐身效果检测必须到室外对目标靶进行检测，并且受到天气条件限制的问题，使技术普查和日常维护在室内就可以方便完成，检测结果数字化显示，大大提高了检测效率和测试精度。该方法经改进后亦可用于防红外侦察、防雷达侦察的隐身效果的检测。

［1］ 蒋耀庭，简涛.激光物理与激光隐身技术［J］.激光与红外，2001，31（4）：195-197.

［2］ 彭艳萍.飞机隐身技术及隐身材料［J］.航空学报，1999，20（3）：287-288.

［3］ 赵东林，周万城.涂敷型吸波材料及其涂层结构设计［J］.兵器材料科学与工程，1998，21（4）：58-62.

［4］ 张拴勤，连长春，卢言利.防激光探测隐身涂层的制备与实验研究［J］.兵工学报，2011，32（12）：1547-1550.

［5］ 凌军，张拴勤，吴坚业，等.伪装涂层激光反射特性检测与实验研究［J］.中国激光，2012，39（3）：1-6.

［6］ 卢言利，蒋晓军，潘家亮.隐身涂料环境工程体系研究［J］.中国涂料，2011，26（1）：54-57.

Simulation Experiment Systerm on Evaluating Distortion Camouflage Effect of Laser Stealth Coating

ZHANG Hui，JIA Qi，FENG Jinliang，CAI Cunliang
（School of Optolectronic Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）

Designing a kind of simulation system which can test the camouflage effect of laser stealth coating.The system uses the very stabilized CO2laser and PIN photodiode with high sensitivity.It can get the purpose of high precision and fast measurement to realize the real simulation by using AVR single-chip computer for data processing.A method to evaluate the camouflage effect of stealth coatings by comparing the strength of the laser echo before and after the camouflage is provided.

laser stealth；photoelectric detection；single chip；equivalent simulation

TN915

A

1672-9870（2017）03-0022-03

2016-09-15

张晖（1979-），男，硕士，讲师，E-mail：9204160@qq.com