海洋光学

水下激光探测技术姓名：魏XX专业：光学工程2010.6.30水下激光探测技术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水下激光探测技术背景1963年,人们在研究光波在海洋中的传播特性时,发现海水对0.47～0.58μm波段内的蓝绿激光的衰减比对其他波段的衰减要小得多。即为如下图所示的透光窗口。这也使蓝绿光成为水下探测的理想光源水下激光探测技术激光在水中传输与在空气中传输特性有很大不同,这给利用激光进行水下目标探测带来了困难,主要表现在以下两点:1)海水对光束的后向散射影响激光测距精度和成像效果;2)海水对光波的强衰减性制约了目标探测距离。近年来,国内外对海水后向散射和衰减特性进行了大量的研究,使水下激光探测技术不断有新的突破,探测距离和成像质量均得到了很大程度的提高。水下激光探测技术发展简史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。水下激光探测技术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。水下激光探测技术美海军‘海鹰’直升机装备机载激光水雷探测系统,能够探测和定位水面及近水面停泊的地雷。与机载激光探雷系统配合使用的是一座30mm机炮，用于灭雷水下激光探测技术国内发展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技术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水下激光探测技术激光器直接输出蓝绿光非线性方法变换到蓝绿光以氩、氪为代表的离子气体激光器铜蒸汽为代表的金属蒸气激光器染料激光器二次倍频拉曼频移溴化汞(HgBr)激光器铜蒸气激光器高能量染料激光器调QNd∶YAG激光器氯化氙(XeCl)准分子拉曼频移激光器蓝绿激光器的产生水下激光探测技术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”窗口水下激光探测技术光电探测技术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、动态范围大等优点水下激光探测技术水下成像CCDICCD电子轰击CCD电子倍增CCD高灵敏度CCD高灵敏度CCD通常用于水质较好距离较近且成本较低的场合ICCD具有更高的灵敏度,且对激光器功率要求较低,尤其适用于低照度下,其应用最广也是当前水下成像系统首选的光电接收器电子轰击CCD因器件不受微通道板和光纤面板的影响,具有很高的灵敏度和几乎无噪声的增益,但成本昂贵且器件的寿命较短具有很高的信噪比和比CCD器件更好的空间分辨率,输出图像质量也更优,但目前还处于开发阶段,目前未能得到广泛应用。水下激光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水下激光探测技术距离选通技术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。水下激光探测技术选通门的开关水下激光探测技术同步扫描技术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水下激光探测技术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量级的图像水下激光探测技术水下激光探测技术水下探测系统实例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”(MagicLantern30)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。水下激光探测技术1激光发射机2光学装置3接收机4处理机5电源装置6水雷目标7目标定位数据美国研制的“魔灯”30激光探雷系统水下激光探测技术“魔灯-30”技术指标水下激光探测技术结束语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谢谢！