机载海洋激光测深系统参量设计与最大探测深度能力分析

详细讨论了机载海洋激光测深系统最大测量深度与相关因子之间的关系，并利用最小可探测信噪比为判据，对机载海洋激光测深系统在白天和晚上工作进行了数值模拟，通过比较最大测量深度与激光脉冲峰值功率、接收视场角、接收口径和光谱接收带宽等关系，确定了系统的主要参量。以确定的参量建立的系统具有白天49m和晚上65m的最大测深能力，可完全满足在沿岸带以及岛礁的测量要求。     

机载激光海洋测深系统接收FOV的研究

以"多次前向、单次后向散射"激光测深回波信号数学模型为理论基础,分析了接收FOV对激光测深回波信号的影响。讨论了不同海水深度情况下FOV损失因子与接收器FOV之间的关系。以辨别力指数D作为激光测深性能评价标准,分析了晴空条件下机载激光测深系统辨别力指数D与接收器FOV的关系,进一步得到在不同最大探测水深情况下的最优FOV。根据分析结果可以对机载激光测深系统的接收FOV进行优化,为我国研究新型的机载激光测深系统提供理论依据。     

机载蓝绿激光海洋测深

本文论述了机载蓝绿激光海洋测深的基本原理,讨论了最大探测深度及测深精度,研究了机载激光器选择及大动态范围微弱光信号检测问题,对各国主要机载激光海洋测深系统进行了比较,并分析了我国应用该项技术的紧迫性和可行性.     

机载激光测深回波信号的处理和研究

对激光海洋测深信号特性进行了分析,采用变增益法预处理机载激光测深回波信号,可以压缩水面激光反射信号的光通量与水底目标返回信号光通量的动态范围,实验结果使其动态压缩范围达10³～10⁴量级,满足机载蓝绿激光测深的要求。     

激光测深系统中大动态范围压缩技术的实验研究

分析了分通道、距离选通、光电倍增管变增益、正交偏振等多种技术相结合的方法,用以改善机载激光测深系统中激光回波的动态范围。并研制了相应的变增益部件,开展了水池试验以及海上现场试验。试验结果表明,多种方法相结合的技术可对水底信号的动态范围进行有效压缩,满足机载测深系统对浅海测量的动态范围要求;但正交偏振技术对信号测量压缩的改善效果并不明显。报道了试验过程中出现的光电倍增管后脉冲对水深测量的影响。对动态范围压缩技术进一步研究提供了有价值的参考。     

脉冲串互相关方法在远程激光测距中的应用

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性,提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化,然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号;通过处理不同信噪比的回波信号,来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明,该方法能够有效提高回波信号的信噪比,信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92,从而扩展了激光测距系统的测程,有效降低了探测系统的探测虚警率,提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。     

机载激光测深系统中回波信号形成过程的MONTE CARLO模拟

通过分析国内外关于机载激光测深系统中传统的MONTECARLO模拟方法所存在的缺点和弊端 ,提出一个新的研究思路 ,该方法思路简单 ,可扩展性强。通过修改几个关键参数 ,可以比较客观的得出在这种情况下的回波波形形状。通过模拟 ,认为在单次散射率ω0 大的海域 (或季节 )或一定角度入射海面的情况下 ,有例于海底信号的突出。     

调QNd:YAG倍频激光器的测深模拟实验研究

本文报道了利用Nd:YAG激光器产生的1.064μm的红外激光脉冲和二次谐波倍频后的532um的激光脉冲进行水深测量的模拟实验研究.实验通过探测水面的红外回波及水下的反射回波信号来实现水深的探测.文章介绍了实验原理和实验过程,并对实验结果进行了分析和讨论.     

近海机载激光海洋测深技术

本文详细论述机载激光海洋测深的基本原理;讨论机载蓝绿激光的最大探测深度及测深精度等关键指标;对高频率短冲脉激光器及大动态范围的微弱信号检测等关键技术也进行了论述;并简要介绍该技术的国内外发展动态,最后分析机载激光海洋测深技术在我国的现实需要及可行性。     

星载激光测高仪距离参数地面标定方法

星载激光测高仪接收系统通过收集地表反射的回波信号,反演卫星与地表的高度。本文提出一种回波模拟光源方法,产生延时量可调的激光主波和回波周期脉冲信号作为接收系统的检校输入源,对星载激光测高仪距离参数进行地面标定。首先,采用主波与回波光电探测器互换的测量方法,利用频率计数器对回波模拟光源的延时量设定值进行精确测量,测量方法误差为113 ps。然后,通过比对回波模拟光源调制的延时量设定值和接收系统测试获取的延时量实测值,实现对测高误差的标定和校正。研制了一套回波模拟光源系统,通过3 335 640. 9～3 669 205. 0 ns的延时量调制,实现对500～550 km高度的精确模拟,模拟延时信号的抖动量为34. 5 ps,延时偏差小于118 ps,为百千米级星载激光测高仪提供了高程误差优于6 cm的地面检校能力。     

机载激光测深系统中海面波浪影响的改正

针对研制的新型机载激光测深系统的海上飞行试验数据,进行预处理、信息提取、数据同步和坐标转换后,开展波浪改正研究.对海底高程的GPS高程信息无波浪改正、GPS高程信息改正飞机航高变化计算波浪和加速度信息改正飞机航高变化计算波浪三种技术进行了分析.数据处理结果表明,采用加速度信息改正飞机航高变化计算得到的波浪信息的方法,结果较好,可满足研制的机载激光测深系统的要求.     

基于脉冲复制的单脉冲激光对比度测量

为测量超短单脉冲激光的时间波形以及对比度信息,基于三阶强度相关原理,结合光脉冲复制技术,提出了基于脉冲复制的测量方法。对测量原理进行了详尽的理论分析。利用分步傅里叶和龙格库塔数值计算方法对测量方案做了模拟验证。基于脉冲复制的测量法能同时进行多窗口测量。通过拼接测量时间窗口,可以有效解决测量分辨率与测量时间窗口不能兼顾的问题,同时实现大时间窗口和高分辨率测量。通过将主脉冲与预脉冲分离到不同的测量窗口,避免了梯度衰减片的使用,且具有高对比度测量能力。     

南海深海典型不平整地形对声场垂直相关性的影响

海底地形变化对深海环境下的声传播和空间相关性有重要影响。基于2014年南海中南部海域不完全深海声道条件下大跨度垂直阵接收的声信号,选取平坦海底和典型不平整(存在小海底山和海底斜坡)海底两个不同传播方向上传播损失差异较大的距离,对声场垂直相关性进行了对比分析,并应用射线理论对相关性差异予以定性分析和机理解释。在不平整海底方向,在第一影区内小海底山遮挡区附近:在部分一次海底反射声线被小海底山遮挡的距离处,接收声信号主脉冲多途干涉结构相对平坦海底方向更加简单,垂直相关性增强;而在全部一次海底反射声线被小海底山遮挡的距离处,对声场起主要作用的变为二次海底反射声线,接收声信号主脉冲呈现多途干涉结构,垂直相关性降低。在第一会聚区附近:平坦海底环境下,由于两组水体中反转声线在空间垂直方向上的干涉效应,使得声场的垂直相关随接收深度增加呈现出周期性振荡的现象;而不平整海底方向,在50 km处,海底斜坡阻挡了一组水体反转声线,在大深度上只出现单会聚结构,观测不到垂直相关的周期性振荡现象;在57 km附近对声场起主要贡献的成分从水体中反转声线变成了多次海底反射声线,主脉冲多途展宽变宽,垂直相关性显著降低。研究结果对深海复杂海底地形环境下声场垂直相关性的深入分析及声呐阵列增益估计等具有重要意义。      

Generation of flexural waves in plates by laser-initiated airborne shock waves

Results of the semi-analytical modelling of the interaction of laser-initiated airborne shock waves with an infinite horizontally positioned elastic plate are presented. The impact of the airborne shock waves on the plate is approximated by a cylindrically diverging surface force resulting from the pressure of the incident and reflected shock waves. This force is then represented in the wavenumber-frequency domain by means of Hankel and Fourier transforms that are carried out numerically so that the interaction problem can be solved using the Green’s function method. The resulting frequency spectra and time histories of generated flexural wave pulses are calculated for different values of laser pulse energy and for different heights of the laser beam focusing above the plate surface. The theoretical results obtained are compared with the results of laboratory measurements of the interaction of laser-generated acoustic shocks with a large plastic plate. The comparison shows reasonably good agreement between the semi-analytical predictions and data.     

海南岛沿岸海域水体漫衰减系数光谱分析及LiDAR测深能力估算

机载激光雷达测深是近年来蓬勃发展的主动式水深测量方法,能够快速精准地获取近岸水深和水下地形,特别是对于浅海、岛礁等船只无法达到的区域具有显著优势。而机载激光雷达系统的测深能力主要受到水体浑浊度的影响。激光测深实验中对实验区域的水体浑浊度研究将有助于实验方案的设计。以中国海南岛沿岸海域为例,研究了该海域水体浑浊度和机载激光雷达测深系统CZMIL(coastal zone mapping and imaging LiDAR)测深能力之间的关系,建立了运用水体漫衰减系数估算机载激光雷达测深系统测深能力的算法。首先分析并确定了实验区域的漫衰减系数K_d(490)反演算法;其次,运用该区域实测光学数据建立了漫衰减系数K_d(490)和K_d(532)之间的数值关系;接着总结了K_d(532)和CZMIL系统最大测深值之间的关系;最后运用MODIS数据合成了海南岛沿岸海域在CZMIL系统海道测量模式下的测深能力空间分布图,重点分析了海口和陵水附近海域的最大可测水深分布情况。为海南岛沿岸海域开展激光测深实验提供了参考和依据。