海洋光学教案分析.pptVIP

水下激光探测技术 姓名：魏XX 专业：光学工程 2010.6.30 汇报提纲 水下探测技术背景 水下激光探测技术发展简史及现状 水下激光探测系统的关键技术 水下探测系统的案例 背景 发展简史 1968 年美国 Syracuse 大学建造了世界上第一个激光海洋深度测量系统 ,初步建立了海洋激光探测技术的理论基础。 1984 年加拿大推出LARSEN500 机载激光测深仪； 1980 年前后瑞典国防研究院进行了首次激光测深试验；澳大利亚的WRELADS，以后又完成了LADSMK-II 型样机的改进开发。 美国从上世纪 80 年代开始研制专用机载激光探潜探雷系统.最为典型的是卡曼公司研制的直升机载“魔灯” 激光探潜系统. 俄罗斯的 “紫石英” 机载激光探潜系统 ,瑞典和加拿大联合研制的 “鹰眼” 机载激光探潜系统等 ,这些系统探测深度均在 30m以上。 国内发展 我国从 20 世纪 80 年代末期开展机载激光雷达的研制,以华中科技大学为主 ,研制成功机载激光雷达海洋探测系统。1996 年 5 月在我国南海进行了海上机载试验 ,成功地获取了海底深度数据 西安光机所、长春光机所、上海光机所和天津电视技术研究所、北京理工大学、华中理工大学、东南大学等单位均对水下成像系统进行了研究，但与国际先进水平相比还有很大的差距 水下激光探测系统的关键技术 蓝绿激光器技术 光电探测技术 克服后向散射的主要技术: 距离选通技术 同步扫描技术 调Q 的Nd:YAG激光器是目前应用较广且适宜水下探测的激光器：它将 1064nm准连续激光通过聚焦后在腔内直接倍频 ,产生 532nm 的绿光 该激光器峰值功率高、脉宽窄、重复频率高、转换效率较高、体积小、稳定性好。技术上也做得比较成熟了 激光二极管(LD)泵浦 LiSAF 类激光器也正在研究中，Cr:LiSAF(氟化物中掺 Cr3+的激光晶体) 是全固化超短脉冲激光器首选的材料，其近红外输出经倍频能产生最佳蓝光。这类激光器是一种综合指标非常好的可调谐激光材料。是海下通信及探测的最佳“海水”窗口 光电探测技术 光电探测器即将接收到的光信号转换成电信号以便后续分析 用于水下的光电探测器主要考虑的因素有:响应时间快、光谱匹配好、探测灵敏度高、噪声小等。 电荷耦合器件(CCD)是目前被广泛应用的光电成像器件；它具有体积小、灵敏度高、低功耗、动态范围大等优点 克服后向散射的主要技术 距离选通技术 同步扫描技术 距离选通技术 原理：利用脉冲激光器和接收系统的选通门,在时域上先后将不同距离上水介质的后向散射光和目标的反射光分开,使由被照射目标反射回来的辐射脉冲刚好到达探测器时,选通门开启让电信号通过,选通门开启持续时间与激光脉冲宽度一致。 当激光脉冲处于往返途中时接收系统选通门关闭,这样就挡住了来自水介质的后向散射光 ,克服了后向散射的干扰。 距离选通的本质是从时域上屏蔽了大量的后向散射光噪声以及由此引起的其他背景噪声 ,从而提高了接收光信号的信噪比和探测概率 ,降低了虚警概率。 同步扫描技术 同步扫描技术是把激光器与接收机设置在 2 个间距一定距离的地方,使照明光束扫描线与接收机在被观察区域相交成一个角度,这样使后向散射光尽可能少地进入接收机中 同步扫描方法能有效地增大探测距离,目前国外水下光电探测系统多采用此技术。 它具有大视场角、高分辨率等优点,但结构较为复杂。 如美国 Westinghouse 公司为美国海军生产的一种机械同步扫描 SM2000 型水下激光成像系统 ,其成像距离是普通水下摄像机的 3～5 倍 ,有效视场可达 70°,在30m作用距离上可分辨25mm 量级的图像 水下探测系统实例 美国卡曼公司 1991年海湾战争期间,为了尽快地排除伊拉克在科威特和海湾北部水域布设的大量水雷, 美国海军将该公司研制的 “魔灯- 30” (Magic Lantern 30) 装在H22F “直升机” 上在海湾执行探雷任务。“魔灯-30” 系统在海湾仅投入探雷4天, 就发现了数量相当于其它水声探雷系统前7个月内所探测到的总数的12%的水雷, 探测深度达30m。海湾战争中,“魔灯- 30” 激光探雷系统的出色成绩, 证明了激光探雷的可行性和有效性。 结束语 水下激光探测技术是集光、机、电为一体的综合技术,涉及海洋光学、激光技术、微弱信号检测技术、计算机技术等诸多领域 水下激光探测技术是一个系统工程 ,它不但依赖于相应的器件性能 ,而且依赖于系统的整体设计 ,只有进一步提高激光器的发射功率、探测器接收灵敏度、增强目标识别能力以及减小系统的体积、重量和功耗,才能使水下激光探测技术走向实用化 水下激光探测技术 * 1963 年 ,人们在研究光波在海洋中的传播特性时 , 发现海水对 0.