现代科技综述知识文库：目标激光散射特性.pdf

现代科技综述系列—— 目目标标激激光光散散射射特特性性 科技是人类区别于动物的重要文明之一， 是人类对自然规律研究 利用的学科。 本文提供对科技基本概念 “ 目标激光散射特性” 的解读，以供大家了解。 目目标标激激光光散散射射特特性性 随着激光技术在现代国防 国民经济建设中的广泛应 用，在各种不同的领域中相继开展了激光散射特性研 究，如晶体激光散射，气体、液体 等离子体激光散 射等。 目标激光散射特性研究是因激光技术在现代国防科学 技术中的应用而发展起来的新的激光散射研究领域， 主要研究军用目标在激光照射下激光散射场的强度、 相位、偏振等特性与目标的几何结构、表面材料的粗 糙度 光学常数等参数之间的关系。 近十几年来，激光技术在现代国防中的应用取得了令 人注目的进展，如激光雷达 测距，激光制导，激光 引信等。 这些军用激光系统的设计 评估都需要全面了解目标 的激光散射特性，以此为基础确定军用激光系统的体 制、技术途径及激光功率 作用距离等技术指标。 目标激光散射特性研究的主要手段有3种：理论研究、 材料 缩比模型的实验室测量 真实目标的现场测 量。 目标激光散射特性的理论研究是根据目标表面材料的 粗糙度、几何参数 光学常数计算激光散射场的分布 特性。 最常用的计算方法有：(1)基尔霍夫法或物理光学法。 这种方法的优点是直接从电磁场的基本理论出发导出 激光散射场的分布；缺点是需要做很多近似，否则很 难得到散射场的解析表达式。 这种方法一般适用于光滑的、表面曲率半径较大的材 料 近于后向散射的情况。 (2)几何光学法。 它用稳相法计算材料表面稳态点的散射场，然后由稳 态点的数目 分布求总的散射场分布。 这种方法简单、直观，但能应用这种方法的情况不 多。 (3)微扰法。 这种方法假定散射场可以用平面波的叠加来表示，它 只适用于材料表面起伏远小于照明激光波长的情况。 (4)双结构法。 这是微扰法 基尔霍夫法的合并，如果能将表面粗糙 度分布分为分别适用于这两种方法的两种结构，则可 以合并用这两种方法得到激光散射场分布。 这种方法可以扩大微扰法 基尔霍夫法的适用范围， 但对于给定的随机表面，建立粗糙度的双结构是很困 难的。 目标激光散射特性的理论计算是一项相当烦琐的工 作，目标表面材料状态的细微变化可能给计算结果带 来相当大的误差。 实践中，用目标表面材料的双向反射分布函数(BRDF) 的实测值 目标表面的几何结构参数计算目标激光散 射特性是一种行之有效的方法，计算结果与现场测试 结果相当吻合。 材料 缩比模型的实验室测量有两类工作：材料的双 向反射分布函数测量 缩比模型的激光散射特性的计 算。 后者是测量按一定比例缩小后的目标模型的激光散射 特性，然后按相似性原理换算为全尺寸目标的激光散 射场分布。 缩比模型测量的设备 测量费用低，测量条件容易控 制，但由于激光波长很短，目标表面的细微差别对激 光散射特性影响很大。 因而对目标模型的制作精度要求苛刻，数据的相似变 换也具有相当大的难度。 真实目标的现场激光散射特性测量是将目标架设在转 台上(静态测量)或在目标运动状态下(动态测量)测量目 标的激光散射场分布特性。 这种方法测量的数据真实可靠，但测试设备 运行费 高。 国外于20世纪70年代已大量开展目标激光散射特性研 究工作，这种发展势头是由于自60年代末以来，军用 激光系统取得长足进步而引起的。 70年代中期，美国弹道导弹防御高技术中心制订了“激 光雷达特征计划”，组织很多单位参与这项计划。 美国国家标准局的B ．L ．Danielson于1977年为该计划 提出了激光雷达截面的定义 标定标准的建议，以便 参与该计划的各单位使用统一的名词 术语来表达所 取得的研究成果。 罗姆航空发展中心(RADC) 的J ．H ．Mi