【摘要】：作為一種主動遙感海洋探測技術(shù)，海洋激光雷達(dá)具有探測動態(tài)范圍大、時間分辨率高、測量效率高等優(yōu)點，可以用于水體光學(xué)性質(zhì)和海洋熒光的測量，能夠?qū)崿F(xiàn)多種海洋光學(xué)參數(shù)的探測。 海水光學(xué)特性參數(shù)探測方面，海洋激光雷達(dá)的優(yōu)勢在于能夠通過雷達(dá)衰減系數(shù)K lidar反演水體的吸收系數(shù)a、衰減系數(shù)c或漫射衰減系數(shù)K d，但由于受到單一視場結(jié)構(gòu)的限制，常規(guī)海洋激光雷達(dá)僅能測量其中一個參數(shù)。因此，發(fā)展多視場或可調(diào)節(jié)視場海洋激光雷達(dá)成為必然趨勢。另外，如何利用多個接收視場情況的探測回波反演多個海水光學(xué)參數(shù)，也是海洋激光雷達(dá)探測應(yīng)用的前沿問題。 海洋熒光探測方面，利用激光誘導(dǎo)熒光分析海表或海水中物質(zhì)成分，也是海洋激光雷達(dá)探測應(yīng)用的熱點問題。時間分辨熒光光譜的探測應(yīng)用，以及分析飽和激發(fā)情況下物質(zhì)熒光非線性變化對探測結(jié)果的影響，對海洋熒光雷達(dá)的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。 本文針對海洋激光雷達(dá)的上述問題進行了相關(guān)實驗研究，成功研制了一套可調(diào)節(jié)視場的船載海洋激光雷達(dá)系統(tǒng)原理樣機，并基于ICCD對激光雷達(dá)探測海洋熒光進行了實驗室研究。根據(jù)探測機制不同，本文的研究工作分為兩部分。 第一部分，可調(diào)節(jié)視場海洋激光雷達(dá)系統(tǒng)研制與實驗研究。具體內(nèi)容包括：（1）總結(jié)目前涉及視場參量的海洋激光雷達(dá)探測水體光學(xué)參數(shù)理論，模擬不同接收視場情況下海洋激光雷達(dá)探測水體光學(xué)參數(shù)的激光回波，分析激光雷達(dá)衰減系數(shù)與水體光學(xué)參數(shù)、c和的反演關(guān)系變化；分析對比Walker-McLean模型和Kopilevich模型，提出船載海洋激光雷達(dá)應(yīng)用情況下多個水體光學(xué)參數(shù)的提取方法；（2）依據(jù)激光雷達(dá)探測理論計算和噪聲分析確定船載可調(diào)節(jié)視場的設(shè)計范圍，研制出一套可調(diào)節(jié)視場海洋激光雷達(dá)原理樣機，并利用該系統(tǒng)對水體光學(xué)參數(shù)進行實驗測量，分析與接收視場的變化關(guān)系，獲得與理論一致的趨勢。水池實驗中，激光雷達(dá)所測參數(shù)和c值與AC-S測量的值比對一致，誤差小于5%。外場實驗中對青島中苑碼頭渾濁水體進行了測量，實驗分析了相同視場情況不同探測高度或不同水質(zhì)對K lidar反演的影響，結(jié)果表明：相同視場情況下，隨探測高度增加，值逐漸趨向于參數(shù)a；相同視場和探測高度情況下，對比渾濁水體和水池較清潔水體的探測，隨著接收視場的變化趨勢一致。 第二部分，基于ICCD的海洋熒光激光雷達(dá)實驗研究。具體研究內(nèi)容包括：（1）利用ICCD的時間分辨測量優(yōu)勢，實驗分析海水中可溶性有機物和葉綠素?zé)晒鈮勖c海水Raman存在的響應(yīng)差異；針對溢油探測，利用不同時刻油樣本熒光光譜在主成分特征矢量空間中樣本位置點間相關(guān)距離的變化，實現(xiàn)油熒光的時序變化差異分析，優(yōu)化了不同油樣本間的區(qū)分能力。（2）海洋熒光探測應(yīng)用中，實驗分析了激光能量密度過大（即飽和激發(fā)情況）引起的熒光非線性變化對油熒光測量的影響，嘗試?yán)蔑柡图ぐl(fā)情況下油熒光的非線性變化，對普通熒光光譜法和ICCD時間分辨熒光光譜均無法區(qū)分的油樣本進行分析，建立基于激光能量變化的三維油熒光光譜作為一種熒光指紋，用于優(yōu)化油樣本間的區(qū)分。 本文創(chuàng)新點主要包括：（1）研制可調(diào)節(jié)視場的船載海洋激光雷達(dá)原理樣機，在理論計算和噪聲分析基礎(chǔ)上確定該原理樣機的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)；（2）利用可調(diào)節(jié)視場海洋激光雷達(dá)原理樣機，開展水池和近岸水體實驗研究，初步實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠用于海水光學(xué)參數(shù)的測量。結(jié)合Walker-McLean和Kopilevich激光雷達(dá)理論，提出船載探測情況下水體光學(xué)參數(shù)的提取方法；（3）針對海洋熒光探測應(yīng)用，基于ICCD開展了激光熒光探測研究，利用不同時刻油熒光光譜特征和基于激光能量參量的三維油熒光譜提高不同油樣本間的區(qū)分能力。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TN958.98;P716

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 盧益民,杜竹峰,黃鐵俠,楊宗凱;激光雷達(dá)視場角的研究[J];激光技術(shù);1999年01期

2 杜竹峰,盧益民,楊宗凱,黃鐵俠;多次散射激光雷達(dá)接收信號的模擬[J];量子電子學(xué)報;1998年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王春艷;濃度參量熒光光譜油種鑒別技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

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1 李曉龍;海面溢油機載多通道激光雷達(dá)系統(tǒng)硬件設(shè)計與實驗[D];中國海洋大學(xué);2010年

本文編號：2742887