【摘 要】
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伴随着无人机的广泛使用,伴随而来的是一系列安全问题。激光作为一种软损伤的重要手段,使用激光对无人机搭载的CCD和CMOS图像传感器进行软损伤,可降低无人机带来的威胁。研究激光对图像传感器的损伤效应,可以确定图像传感器的损伤阈值,损伤阈值的大小和正确与否关系选用激光器功率要求和变焦系统的性能要求。目前,针对激光对CCD和CMOS图像传感器损伤的研究集中于近距离进行损伤测试,针对激光的不同参数进行研究
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伴随着无人机的广泛使用,伴随而来的是一系列安全问题。激光作为一种软损伤的重要手段,使用激光对无人机搭载的CCD和CMOS图像传感器进行软损伤,可降低无人机带来的威胁。研究激光对图像传感器的损伤效应,可以确定图像传感器的损伤阈值,损伤阈值的大小和正确与否关系选用激光器功率要求和变焦系统的性能要求。目前,针对激光对CCD和CMOS图像传感器损伤的研究集中于近距离进行损伤测试,针对激光的不同参数进行研究。此类研究用于辐照图像传感器的光斑大小相对于感光面积都较小且在近距离下,无大气影响。而激光致盲的真实使用场景往往是远距离致盲,考虑大气影响,需要全辐照整个传感器感光面进行软杀伤的。为了获得接近实际致盲环境的损伤阈值,本文基于单脉冲纳秒（1064nm,10ns）激光,在光斑全覆盖感光面与远距离传输条件下,研究远距离下激光致盲图像传感器的致盲效应,测得CMOS的损伤阈值,为研制用于实际致盲场景的变焦系统与激光器提供参考依据。本文主要工作如下:1、常规致盲实验中的辐照光斑较小,而真实致盲场景下的光斑往往是全覆盖感光面,针对上述差异性问题。提出了以激光光斑全覆盖CMOS感光面的实验方法。在室内近距离光斑全覆盖下,进行激光辐照CMOS实验。探索致盲机理与测量损伤阈值。在全覆盖光斑条件下,观察到了CMOS的损伤现象是画面整体性损伤。根据输出画面有无信号,整体性损伤分为功能失效状态和完全失效状态。推断认为全覆盖光斑下,CMOS的损伤机制是由于非烧蚀损伤产生的漏电流累积,导致传输电路发生过载或者烧毁,产生整体损伤。损伤概率为100%的能量密度定义为损伤阈值,损伤阈值为13m J/cm~2。传统小光斑测量的损伤阈值都保持J/cm~2附近,而该实验测出的损伤阈值量级在m J/cm~2。室内近距离下全覆盖光斑测得的损伤阈值,为远距离下激光致盲CMOS提供阈值提供参考基准。2、常规致盲实验往往处于室内,无大气影响,而真实致盲场景通常是户外远距离,受大气湍流的影响,针对上述差异性问题,选用了户外远距离下作为实验环境进行激光对CMOS的辐照实验。探究大气对变焦系统设计指标的影响。以测得的损伤阈值（13m J/cm~2）为基准,测量损伤概率,评估大气对变焦系统损伤效果的影响。在大气环境影响下,随着距离的增加,束腰大小测量值与理论设计值的差距在相对平稳,使得束腰半径比设计值发散了约35%。而能量衰减的测量值和理论预测值的差距保持平稳,测得当下的衰减系数为2.21。在13m J/cm~2的能量密度光斑的辐照下,随着距离的增加,远距离激光致盲CMOS的损伤概率呈现下降趋势。在最远测量点500米处,CMOS的损伤概率下降到70%,即成功损伤CMOS的期望只有70%。对进一步研制工程化的变焦系统提供了重要的依据。3、基于远距离实验中使用的手动变焦系统进行性能预估与优化。设计了一套三透镜变焦系统,只需改变三个透镜的相对位置,便可以实现100-600m的连续变焦。在大气衰减系数为2.21的情况下,变焦系统要在600m处成功致盲CMOS所需的激光器输出能量为152m J,损伤期望低于70%。优化实际应用场景的变焦系统,将手动变焦系统改进为自控变焦。结合实验中透镜变换位置,分析得出至少需要0.3um的位移调节精度才能满足真实场景的性能要求。
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