一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统及反演方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统，该系统包括多波长激光发射系统、望远镜接收系统、分视场镜系统、四个分光系统、七个光电探测系统、偏振分光系统、数据采集与处理系统。反演方法采用高重复频率的多波长激光器作为发射光源，基于斜率

【技术实现步骤摘要】
一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统及反演方法


[0001]本专利技术涉及海洋光学探测领域，具体涉及一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统及反演方法。

技术介绍

[0002]随着激光技术的发展，主动式激光雷达具有高时空分辨率、可探测水体光学剖面和昼夜持续观测等优点。不仅在大气云层和吸收性气溶胶方面得到广泛的应用，而且在海洋浮游植物层探测、鱼群探测、水深反演等方面有较大的应用前景。海洋激光雷达探测原理是利用激光在海水中产生的后向散射信号反演海洋环境参数，在激光雷达系统硬件方面，目前仍存在着许多未解决的技术问题：如激光雷达同时探测浅海和深海区域时，浅海区域回波信号过饱和；针对不同类型水体，输出单一波长的激光雷达无法达到理想的探测性能。在反演算法方面，存在基于激光雷达回波信号反演海水光学参数精度较低的问题。因此在海洋激光雷达探测领域，亟需发展新型探测技术和较高精度的海洋光学参数反演方法。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术公开一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统及反演方法，该系统采用高重复频率的多波长激光器作为发射光源，通过分视场镜把接收光路分为大视场和小视场。反演方法基于斜率
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扰动法反演海洋水体光学剖面参数，针对深海和浅海区域水体的光学特性分别采用大视场和小视场，重点探测海洋水体光学剖面。
[0004]本专利技术的目的通过如下的技术方案来实现：
[0005]一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统，该系统包括：
[0006]多波长激光发射系统、望远镜接收系统、分视场镜系统、分光系统一、分光系统二、分光系统三、分光系统四、光电探测系统一、光电探测系统二、光电探测系统三、光电探测系统四、光电探测系统五、光电探测系统六、光电探测系统七、偏振分光系统、数据采集与处理系统；
[0007]所述多波长激光发射系统包括多波长激光器和激光扩束器，多波长激光器用于发射四种不同波长的激光，激光扩束器用于出射激光扩束并压缩其发散角；
[0008]所述望远镜接收系统用于接收激光在海水中产生的后向散射信号；
[0009]所述分视场镜系统包括聚焦透镜一和分视场镜，所述聚焦透镜一将所述后向散射信号聚焦到分视场镜，分视场镜将光束分成两束，一束进入分光系统一，另一束进入分光系统二；
[0010]分光系统一包括准直透镜一、分光镜一和反射镜，准直透镜一将光束准直后，分光镜一将准直后的光束分为两束，一束进入光电探测系统一，另一束经反射镜入射到光电探测系统二；
[0011]光电探测系统一包括带通滤光片一、聚焦透镜二和光电探测器一，所述带通滤光片一将光束滤光后，聚焦透镜二将滤光后的光束聚焦，光电探测器一接收聚焦后的光束信号；
[0012]光电探测系统二包括带通滤光片二、聚焦透镜三和光电探测器二，所述带通滤光片二将光束滤光后，聚焦透镜三将滤光后的光束聚焦，光电探测器二接收聚焦后的光束信号；
[0013]分光系统二包括准直透镜二和分光镜二，准直透镜二将光束准直后，分光镜二将光束分为两束，一束进入光电探测系统三，另一束进入分光系统三；
[0014]光电探测系统三包括带通滤光片三、聚焦透镜四和光电探测器三，带通滤光片三将光束进行滤光后，聚焦透镜四将滤光后的光束聚焦，光电探测器三接收聚焦后的光束信号；
[0015]分光系统三为分光镜三，其将光束分为两束，一束进入光电探测系统四，另一束进入分光系统四；
[0016]光电探测系统四包括带通滤光片四、聚焦透镜五和光电探测器四，带通滤光片四将光束滤光后，聚焦透镜五对滤光后的光束聚焦，光电探测器四接收聚焦后的光束信号；
[0017]分光系统四包括分光镜四和带通滤光片五，分光镜四将光束分为两束，一束进入光电探测系统五，另一束经过带通滤光片五滤光后进入偏振分光系统；
[0018]光电探测系统五包括带通滤光片六、聚焦透镜六和光电探测器五，带通滤光片六将光束滤光后，聚焦透镜六对滤光后的光束聚焦，光电探测器五接收聚焦后的光束信号；
[0019]偏振分光系统为偏振分光镜，其将光束分成两束，一束进入光电探测系统六，另一束进入光电探测系统七；
[0020]光电探测系统六包括聚焦透镜七和光电探测器六，聚焦透镜七将光束聚焦后，光电探测器六接收聚焦后的光束信号；
[0021]光电探测系统七包括聚焦透镜八和光电探测器七，聚焦透镜八将光束聚焦后，光电探测器七接收聚焦后的光束信号；
[0022]数据采集与处理系统包括多通道数据采集卡和计算机，两者均与所有的光电探测器电连接，多通道数据采集卡用于机载多波长海洋激光雷达数据的采集，计算机用于激光雷达数据的处理分析。
[0023]进一步地，所述望远镜接收系统采用200mm直径的卡式望远镜，焦距为700mm。
[0024]进一步地，所述带通滤光片一的中心波长为500nm,透过率大于90％，短波介质范围： 200
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472nm，长波截止范围：527
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1200nm；所述带通滤光片二的中心波长为532nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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512nm，长波截止范围：552
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1200nm；所述带通滤光片三的中心波长为1064nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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1039nm，长波截止范围： 1089
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1200nm；所述带通滤光片四的中心波长为355nm，透过率大于90％，短波截止范围： 200
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345nm，长波截止范围：365
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1200nm；所述带通滤光片五的中心波长为500nm,透过率大于90％，短波介质范围：200
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472nm，长波截止范围：527
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1200nm；所述带通滤光片六的中心波长为532nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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512nm，长波截止范围：552
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1200nm。
[0025]一种基于上述的机载多波长激光雷达系统探测海洋光学剖面的反演方法，该方法包括如下步骤：
[0026]S1：所述多波长激光器发射1064nm、532nm、486nm和355nm的激光，分视场镜将光束分为大视场角的光束和小视场角的光束，大视场角的光束进入分光系统一，小视场角的光束进入分光系统二；
[0027]S2：计算机对七个光电探测器采集到的机载多波长激光雷达数据进行预处理；
[0028](1)基于飞机POS数据中的飞行时间、经纬度和激光雷达数据采集时间对七个光电探测器采集到的机载多波长激光雷达数据进行分离，保留多波长海洋激光雷达数据S
raw
；
[0029](2)将多波长海洋激光雷达数据S
raw
中的脉冲数据进行平均处理，得到S
mean
；
[0030](3)对S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统，其特征在于，该系统包括：多波长激光发射系统、望远镜接收系统、分视场镜系统、分光系统一、分光系统二、分光系统三、分光系统四、光电探测系统一、光电探测系统二、光电探测系统三、光电探测系统四、光电探测系统五、光电探测系统六、光电探测系统七、偏振分光系统、数据采集与处理系统；所述多波长激光发射系统包括多波长激光器和激光扩束器，多波长激光器用于发射四种不同波长的激光，激光扩束器用于出射激光扩束并压缩其发散角；所述望远镜接收系统用于接收激光在海水中产生的后向散射信号；所述分视场镜系统包括聚焦透镜一和分视场镜，所述聚焦透镜一将所述后向散射信号聚焦到分视场镜，分视场镜将光束分成两束，一束进入分光系统一，另一束进入分光系统二；分光系统一包括准直透镜一、分光镜一和反射镜，准直透镜一将光束准直后，分光镜一将准直后的光束分为两束，一束进入光电探测系统一，另一束经反射镜入射到光电探测系统二；光电探测系统一包括带通滤光片一、聚焦透镜二和光电探测器一，所述带通滤光片一将光束滤光后，聚焦透镜二将滤光后的光束聚焦，光电探测器一接收聚焦后的光束信号；光电探测系统二包括带通滤光片二、聚焦透镜三和光电探测器二，所述带通滤光片二将光束滤光后，聚焦透镜三将滤光后的光束聚焦，光电探测器二接收聚焦后的光束信号；分光系统二包括准直透镜二和分光镜二，准直透镜二将光束准直后，分光镜二将光束分为两束，一束进入光电探测系统三，另一束进入分光系统三；光电探测系统三包括带通滤光片三、聚焦透镜四和光电探测器三，带通滤光片三将光束进行滤光后，聚焦透镜四将滤光后的光束聚焦，光电探测器三接收聚焦后的光束信号；分光系统三为分光镜三，其将光束分为两束，一束进入光电探测系统四，另一束进入分光系统四；光电探测系统四包括带通滤光片四、聚焦透镜五和光电探测器四，带通滤光片四将光束滤光后，聚焦透镜五对滤光后的光束聚焦，光电探测器四接收聚焦后的光束信号；分光系统四包括分光镜四和带通滤光片五，分光镜四将光束分为两束，一束进入光电探测系统五，另一束经过带通滤光片五滤光后进入偏振分光系统；光电探测系统五包括带通滤光片六、聚焦透镜六和光电探测器五，带通滤光片六将光束滤光后，聚焦透镜六对滤光后的光束聚焦，光电探测器五接收聚焦后的光束信号；偏振分光系统为偏振分光镜，其将光束分成两束，一束进入光电探测系统六，另一束进入光电探测系统七；光电探测系统六包括聚焦透镜七和光电探测器六，聚焦透镜七将光束聚焦后，光电探测器六接收聚焦后的光束信号；光电探测系统七包括聚焦透镜八和光电探测器七，聚焦透镜八将光束聚焦后，光电探测器七接收聚焦后的光束信号；数据采集与处理系统包括多通道数据采集卡和计算机，两者均与所有的光电探测器电连接，多通道数据采集卡用于机载多波长海洋激光雷达数据的采集，计算机用于激光雷达数据的处理分析。
2.根据权利要求1所述的基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统，其特征在于，所述望远镜接收系统采用200mm直径的卡式望远镜，焦距为700mm。3.根据权利要求1所述的基于机载多波长激光雷达探测海洋光学剖面的系统，其特征在于，所述带通滤光片一的中心波长为500nm，透过率大于90％，短波介质范围：200
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472nm，长波截止范围：527
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1200nm；所述带通滤光片二的中心波长为532nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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512nm，长波截止范围：552
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1200nm；所述带通滤光片三的中心波长为1064nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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1039nm，长波截止范围：1089
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1200nm；所述带通滤光片四的中心波长为355nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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345nm，长波截止范围：365
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1200nm；所述带通滤光片五的中心波长为500nm，透过率大于90％，短波介质范围：200
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472nm，长波截止范围：527
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1200nm；所述带通滤光片六的中心波长为532nm，透过率大于90％，短波截止范围：200
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512nm，长波截止范围：5...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛志华，袁大鹏，陈鹏，贺岩，张镇华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：