激光测深系统

<正> 由Optech责任有限公司提供的安装在飞机上的激光测深系统可用于浅海的海水测深。加拿大遥感中心和水道测量公司共同研制了一种Larsen500扫描激光雷达深海测深仪(SLB),这种SLB 系统正被用于加拿大高纬度北极区内西北段航道的海图测绘。这种利用激光的机载仪器可探测至水下50m 深处,提供海图水深数据以及水下等高线。与舰载扫描装置相比,该仪器具有探测速度快     

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.     

机载激光测深海洋传输通道的吸收和散射特性分析

光在海洋中的传输特性对于机载激光测深有着重要的意义.本文从分析海水对光的吸收和散射的特性出发,对机载激光测深的海洋传输特性进行了细致的讨论,并阐述了其对机载激光测深的影响.     

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。     

机载激光海深勘测系统的发展

机载激光海洋测深系统对快速而便宜地绘制沿海海图和探测潜艇有重要意义。本文综述该系统的优缺点、工作原理及研制状况。     

机载激光3D探测成像系统的关键技术

介绍了机载激光3D探测成像系统的应用领域和国内外发展现状,概括了小型无人机载激光3D成像检测系统(JIGSAW)、机载激光测深系统(LADS)、直升机3D-LZ Imaging LADAR及机载对地高分辨详查系统的基本组成、技术指标以及各自的特点。阐述了激光3D成像系统的工作原理与扫描方式的分类,并重点对其单元核心技术即激光测距系统、激光光轴控制与指向测量系统、数据图像处理技术与显示系统进行了研究。最后,简单综述了机载激光3D探测成像系统的发展前景。     

机载激光3D探测成像系统的关键技术

介绍了机载激光3D探测成像系统的应用领域和国内外发展现状,概括了小型无人机载激光3D成像检测系统（JIGSAW）、机载激光测深系统（LADS）、直升机3D-LZ Imaging LADAR及机载对地高分辨详查系统的基本组成、技术指标以及各自的特点。阐述了激光3D成像系统的工作原理与扫描方式的分类,并重点对其单元核心技术即激光测距系统、激光光轴控制与指向测量系统、数据图像处理技术与显示系统进行了研究。最后,简单综述了机载激光3D探测成像系统的发展前景。     

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。     

机载激光测深中激光传输通道的光学特性

光在海洋中的传输特性对于机载激光测深有着重要的意义。本文从分析海水对光的吸收和散射的特性出发,对机载激光测深的海洋传输特性进行细致的讨论,并阐述其对机载激光测深的影响。     

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。     

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。     

机载激光测深系统的最小可探测深度研究

针对回波特性进行理论分析和数值模拟，讨论影响机载激光测深系统的最小可探测深度的各种因素和解决的技术途径。采用窄激光脉冲，高速探测器，小接收视场角，可以改善海表和海底反射信号的叠加。分析海表和海底反射脉冲的特征，提出采用双高斯脉冲拟合方法，从叠加的回波信号中分离海表、海底反射信号，降低机载激光测深系统的最小可探测深度，满足海岸带测绘应用。利用实验室模拟装置进行测量实验，利用提出的方法分离表面和底部反射信号，得到0．4m的最小可探测深度。同时比较了雪崩二极管和光电倍增管的测量结果，两者的测量精度相当。     

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。     

基于数值方法的激光海面漫反射通信能量分布特性

 针对激光点对点通信方式的不足,提出了利用海面作为激光漫反射媒介进行组网通信的设想,采用前后向迭代的数值方法结合Green函数谱积分加速算法(FBM/SAA)对激光海面漫反射通信的能量分布特性进行了研究。通过对激光光束入射海面后产生的散射场的分析、计算及实验验证,得出了较为准确的2维激光海面双站散射系数,并对激光光束入射海面后的散射场进行了分析。研究结果表明：入射激光束经过粗糙海面散射后,能量大部分集中在前向散射区域上,而后向散射强度很弱,且在散射场的边缘处能量迅速衰减,说明了激光海面漫反射组网通信方法的可行性。通过与前后向迭代法和Kirchhoff近似方法的计算结果的比较,说明了FBM/SAA是一种高效、准确的计算方法。     

A diode-pumped Nd: YAG lidar for airborne cloud measurements

A new diode-pumped Nd: YAG laser with a high repetition rate, for applications in small-size lidars, has been developed. In this paper first results from airborne measurements are presented. Together with a sophisticated receiver set-up for detection of multiple scattering and depolarization effects, this new laser offers a unique possibility for airborne remote sensing of clouds.     

机载多脉冲激光测距特性及其不确定度研究

针对机载平台特殊环境下激光测距的概率特性, 建立了脉冲回波信号的理论分析模型, 得出了不同信噪比情况下脉冲回波信号包络的概率密度分布函数. 结果表明: 信噪比的降低通过回波波形直接导致测距离散数据的不同分布, 大信噪比时呈现高斯分布, 小信噪比时近似瑞利分布, 一般情况符合莱斯分布; 根据恒比定时时刻鉴别方法, 在获取大量实验数据的基础上, 实验结果验证了理论模型的合理性. 对以“方差”定义的测距精度不适用的情况下, 引入测量不确定度的概念, 结合不确定度原理, 通过分布区间概率量化了实验结果, 提出了一种新的评价机载激光测距性能的方法, 该方法能够克服传统评价指标的单一性以及不合理性, 同时为机载光电系统的性能测试与评估提供了参考意义.     

Spectral characteristics of a microwave radar signal backscattered by the sea surface at small incidence angles

We present a theoretical analysis of the Doppler-spectrum properties of a microwave radar signal scattered by the sea surface at small incidence angles. The dependences of Doppler-spectrum width and shift on the wind velocity and wave development stage and their azimuthal dependence are analyzed. The case of mixed sea (wind wave plus swell) is also considered. The JONSWAP spectrum model is used to describe sea waves. The study shows that Doppler-spectrum parameters are sensitive to variation of sea-surface state; for example, for the case of developed sea waves, an increase in wind velocity by 1 m/sec leads to increases in the Doppler-spectrum width and shift by 15 Hz and 3 Hz, respectively. It is shown that for the case of a moving radar the Doppler spectrum remains sensitive to variation of sea- surface state with a sufficiently narrow radar directivity pattern. Estimates show that in the case of a single sea- wave system on the surface, using Doppler-spectrum parameters we can, in principle, determine wave type (developing wind wave, developed wind wave, or swell), dominant wavelength, wave propagation direction, and wave height; wind velocity, direction, and acceleration distance can be determined for wind waves.Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 39, No. 5, pp. 517–526, May, 1996.This paper was supported by the Russian Foundation for Fundamental Research (project 93-02-15892).