带有光学成像系统的光电传感器普遍应用于光学制导导弹、攻击型或侦察型无人机、狙击瞄准镜等武器系统,已经构成现代尖端武器的核心部件。研究表明,光学系统所独有的“猫眼”效应,可以用来实现对光学制导武器系统、光学侦察系统、光学瞄准系统等目标的探测与跟踪。本论文开展光学系统的“猫眼”效应研究,旨在将其应用于激光主动探测与目标跟踪系统中,以提高探测的灵敏度与跟踪精度。论文建立了激光主动探测时,光学系统产生“猫眼”效应的仿真计算模型。利用此模型,进行了三方面的研究。包括:(1)对理想正入射、斜入射和离焦情况的激光回波功率进行分析,确定了影响回波功率的主要因素;(2)在激光为高斯光束的情况下,讨论入射光场光强分布对回波强度的影响;(3)在激光斜入射情况下,分析了“猫眼”效应回波光束传播方向变化的特性。在此基础上,得到了回波功率与入射功率之间的关系、回波功率与离焦量的关系、回波功率与入射角的关系等曲线。还确定了“猫眼”效应最大探测距离的影响因素,“猫眼”效应回波信号传播方向和激光入射角之间的关系,为“猫眼”效应在探测中的应用奠定了理论基础。论文建立实验装置,基于“猫眼”效应对探测性能进行测量,分别研究雪崩光电二极管(APD)和CCD光电传感器的探测效果。主要内容包括:(1)利用APD对“猫眼”效应的回波信号进行检测,激光波长为532nm时,得到“猫眼”效应回波信号与漫反射回波信号之比达到30倍左右,充分表明“猫眼”效应用于探测中的可行性。当激光波长为1064nm时,实验研究了相机机械快门打开和关闭条件下,“猫眼”效应回波幅值的差异。基于此差异,可有效判断猫眼目标的工作状态。(2)实验研究了激光收发异光路探测系统,和收发同光路探测系统的“猫眼”效应探测效果差异。探测距离取80m,激光入射功率为2.83W时,利用激光收发异光路探测系统,测得回波信号的幅值为21.10mV;而利用收发同光路探测系统,测得回波信号幅值为308mV。当探测距离为230m时,异光路探测系统未探测到回波信号;而同光路探测系统,回波信号强度高达183mV。实验结果说明收发同光路探测系统更适用于探测。(3)利用CCD光电传感器对“猫眼”效应进行探测。实验发现,回波能量与入射光功率近似呈线性增长关系。还发现,猫眼目标光敏面的离焦量会严重影响“猫眼”效应的回波信号。实验数据显示,当离焦量增大时回波能量急剧降低,在离焦量6mm时回波光场产生畸变,出现了两个峰值。(4)还利用CCD光电传感器对“猫眼”效应的空间特性进行测量,数据表明,距离光斑中心越近,回波能量越大,回波能量的分布与入射光场的分布基本一致。利用光场分布与回波能量分布的关系,可确定猫眼目标到光斑中心的距离,由此可为目标跟踪系统进一步提高跟踪精度提供依据。