摘 要: 基于偏振效应光尾流探测方法是利用偏振激光对含不同尺度气泡尾流及其与海水介质散射后的偏振差异来实现对尾流的有效检测和跟踪 在分析尾流几何模型及其气泡分布的规律的基础上，建立了舰船尾流偏振光检测模型，提出了一种偏振激光尾流检测方法，并利用偏振光特点对探测器进出入远近距离尾流的舷别信息进行了分析，对此方法进行了可行性试验研究 试验结果表明: 该方法可行，特别是能精确对远距离尾流进行探测，对远近距离尾流都适用
关键词: 舰船尾流; 偏振激光; 气泡; 散射
　　引 言
　　尾流探测已成为现代反舰的重要方法，因此，主要海军国家都在积极研究尾流探测技术，其中，尤以提高尾流检测灵敏度优化尾流导引弹道作为改进尾流探测的 个关键技术 尾流检测灵敏度越高，表明探测器可在更远的距离上检测和跟踪目标舰船的尾流，其发现目标的概率就越高传统的尾流探测是基于声学特性的，但在实际使用过程中，由于浅海海域的海洋噪声杂波以及海底混响非常严重，加上声探测器在航行时必然产生的自噪声，尤其对远距离尾流探测具有一定难度，而远距离尾流则主要是 以下的小尺度低密度气泡群为主［ ］，严重制约了声尾流的检测，使得很难对其进行探测 而利用散射激光的高灵敏特性可对尾流进行高精度探测，可实现更远距离的跟踪和探测，具有重要的军事意义 因此，很多科研院所开始研究非声探测技术，但是传统的光探测技术却受水体自身散射干扰比较严重，而现在新型偏振光探测技术可以解决这个问题 目前研究取得较大进展并可用于远距离尾流的是用偏振光对舰船尾流进行探测［］综合利用尾流激光散射的强度和偏振特征来辨别尾流具有如下优势［，］: ) 在传统强度探测方式的基础上增加一维偏振信息量，可获得更高的探测精度探测概率和更低的虚警 ) 进入尾流区内部时，仍可实现尾流探测和识别，而传统强度探测方式只适用于辨别尾流区的不连续边界，当探测装置被尾流场完全包裹时，边界可能不会存在; 再者，强度探测方式无法区分尾流气泡和浑浊水体，而基于两者偏振特征却可以进行分辨和识别等优势 ) 其能有效减少海水散射光对回波信号的干扰
　　因传统的声探测方法对远距离尾流较难辨识，而传统收稿日期:第 期 田 晶，等: 舰船尾流偏振激光探测方法研究光探测又不能很好地辨识近距离尾流的舷别信息，这使得激光探测尾流较难适应实战化应用 因此，本文在偏振激光探测的技术［］背景下设计了一种新型偏振激光探测装置，它对远近尾流均可探测，克服了使用声探测技术不能探测远距离尾流的缺陷，同时也解决了传统光探测尾流对近距离尾流舷别信息不能很好辨识的缺陷 这种方法有望更加适合于工程应用
　　检测模型设计与分析
　　尾流通常可认为是从舰船尾端开始成锥形扩散分布的，在舰尾初的宽度约为舰宽的 ( 见图) 在最初一段距离内锥形扩散角在 之间，舰船类型对该角度的影响较小 尾流扩散超过到一定距离 时，该扩散角急剧减小，一般可认为扩散角以 的角度向外扩展，此时的宽度约为舰艇宽度的 倍 超过 距离后以确定速度向两边扩散; 当继续扩散较长一段时间后，只有小气泡在尾流中存活数小时，这时形成了远距离尾流，尾流边缘已经较难辨识 图中，为有效尾流长度，为尾流最大厚度，为舰船吃水深度图 近距离尾流几何模型示意图本文对尾流探测装置进行了设计，如图( ) 所示自导头的剖面，本文设计偏振光探测方式是在自导头的左右和垂直方向上各设置一组激光脉冲接收基阵，蓝脉冲发射激光器放在垂直方向上，左右 个基阵的光学轴线相对于垂直向上的轴线保持一定的角度，形成指向 个方向的检测通道例如: 如图( ) ，( ) 当激光探测装置进入气泡尾流区或处于气泡尾流区的下方时，探测器左右 个基阵和中间基阵皆能接收到尾流信号，当探测器左入尾流时，则左面的基阵 首先检测到回波信号; 当探测器右入尾流时，则右面的基阵 首先检测到回波信号; 当探测器位于尾流中图 尾流探测模型时，则 个基阵 ，，都能检测到尾流信号; 当探测器位于尾流中心时，则中间基阵 接收到的信号强度最大，两边基阵 ，接收到的信号近似相等 探测器位于近距离尾流区域中心时这种判别方法仍然适用，并且两边基阵接收到的信号也近似相等，但是与中间基阵接收到的信号与两边基阵接收到的信号强度差距减小可行性测试与结果分析为证明本次偏振光尾流检测方法设计的可行性，图是模拟尾流气泡群激光散射强度和偏振探测实验系统平台 系统光源为蓝绿脉冲激光器( 波长 ) 输出某一方向占优势的 线 偏 振 激 光，功 率 约 气泡尺度根据需要，利用气泡发生器可控制在 ( 模拟远距离尾流特征) 大于 ( 模拟近距离尾流特征) 在接收位置放上 波片调整为接收平行线偏振光，激光通过水槽时，其中一部分激光会被水体和气泡幕反射回来，实验令激光检测距离距入射光轴 ， ， ，以检测不同密度气泡群的尾流图 实验原理图实验共分 组，实验 测量了微小气泡水域( 气泡尺度) 不同位置气泡对偏振激光的散射分量如图 ;实验 对大气泡气群( 气泡尺度大于 ) 不同位置偏振激光散射分量进行了测量，结果详见图; 实验 测量了无尾流域与近距离尾流远距离尾流接收的偏振光分量，结果如图) 由 图 可 见，对于远距离尾流( 微 小 气 泡 群) 偏振激光越靠近尾流中心接收基阵所接收到的偏传感器与微系统 第 卷图 不同探测位置远距离尾流偏振分量散射强度图 不同探测位置近距离尾流偏振分量散射强度图 同一探测位置远近距离尾流偏振分量散射强度振分量光强越强; 距尾流中心越远，如距离为， ，则偏振激光强度越弱) 由图 可见，对于近距离尾流( 主要大气泡) 偏振激光越靠近尾流中心，则偏振分量光强越强; 距尾流中心越远，如， ，则偏振激光强度越弱，但光强递减幅度较微小气泡( ) 弱) 由图 可见，对于大气泡尾流和微小气泡尾流在距离尾流中心相同位置，例如 时，偏振光强有所不同，大气泡光强较强，小气泡光强较弱; 而在没有气泡的水中偏振光强则为各相均匀的噪声这说明了这种检测方法对尾流进行探测具有极强的可行性，并且大小气泡尾流在相同位置，相同入射光强下，偏振光强大小大为不同，这种结果为分辨近距离尾流与远距离尾流也提供了保障综合以上分析，实验验证了本设计的可行性，由于尾流中心气泡密度较大，尾流边缘密度较小［］，因此，实验室模拟了真实尾流的分布状况，并在不同密度气泡的位置( ，，) 放置了探测器，在同样入射光强情况下，测的不同位置不同大小气泡所得到的偏振激光光强分量不同，并具有明显的规律性，实验验证本设计可行
　　结 论
　　本文在偏振光探测尾流研究的基础上提出了一种舰船尾流偏振光检测方法，既能检测远距离尾流，又能检测近距离尾流，克服了声检测方法对远距离尾流( 主要含以下的气泡) 检测困难的状况 实验室对这种设计进行了实验验证分析，表明这种方法可行 舰船尾流偏振光检测具有良好的应用前景，极有可能成为新型的尾流制导部分，将大大提高舰船尾流的探测距离和精度
    参考文献:［］孙春生，张晓晖，朱东华气泡数密度对尾流光束衰减测量的影响［］光子学报， ，( ) : 韩 彪，刘继芳，周少杰，等基于 体散射函数的水中激光脉冲后向散射特性分析模型［］光 子 学 报，，:［］田 晶，陈 航，许 望 洋舰船尾流微气泡光偏振特性分析［］西北工业大学学报， ，( ) : 张宇文鱼雷弹道与弹道设计［］西安: 西北工业大学出版