水下激光探测技术及其进展
水下光谱探测技术
水下光谱探测技术
水下光谱探测技术是一种用于获取水下环境中物质光谱信息的技术方法。
它通过测量和分析水下物质对不同波长的光的吸收、散射和透射特性，从而获取水下环境中物质的种类、浓度、分布等信息。
这项技术主要应用于海洋科学、环境监测、水质评估、海洋生态保护等领域。
具体来说，水下光谱探测技术可以用于以下几方面：
1. 海洋科学研究：通过测量水下光谱，可以获得海水中的溶解有机物、悬浮物、叶绿素等的浓度，从而研究海洋生物和生态系统的变化、营养盐循环等重要过程。
2. 环境监测：水下光谱探测技术可以用于监测海洋和淡水环境中的水质污染物，如油污、重金属等，帮助及早发现环境问题并采取相应的防治措施。
3. 水质评估：通过水下光谱分析，可以评估水体的透明度、浊度、叶绿素含量等指标，为水质评价提供科学依据，帮助保护和管理水资源。
4. 海洋生态保护：水下光谱技术可以用于监测珊瑚礁、海草床等海洋生态系统的健康状态，评估生物多样性变化，并为保护和管理海洋生态系统提供数据支持。
水下光谱探测技术的实现主要依靠水下光谱仪器和相关的数据处理方法。
常见的水下光谱仪器包括激光诱导荧光光谱仪、
多光谱成像仪、高光谱仪等。
数据处理方法则包括基于光谱反射率的定量分析、基于光学模型的反演方法等。
总之，水下光谱探测技术在海洋科学和环境监测领域具有重要的应用价值，可以为理解水下环境的变化和保护水生态系统提供科学依据。
水下目标光电探测技术及其进展
ｔｒｓｆｒｕ ｄ ｒ ｔｒｔｒｅｓｄ ｔｃｉｎ ｉ ｂ ｃｍｉｇ ａ ｘｅ ｓ ｅ ｎ ｅ ｔ ａｅ ｕ ｊｃ． Ｔ ｅ ｅ ｏ ｎ ｅｗａｅ ａｇ ｔ ｅｅｔ ｓ ｅｏ ｎ ｎ ｅ ｔｎ ｉ ｌ ｉｖ ｓｉ ｔｄ ｓ ｂｅｔ ｈ ｎ ｏ ｖ ｙ ｇ
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关键 词 ： 下 目标 ； 电探 测 ； 离选通 ； 光线扫描 ； 水 光 距 激 条纹 管成像
国内外海底探测技术调查报告
国内外海底探测技术调查报告一、引言海底探测技术是指利用各种设备和技术手段，对海底地形、地质构造、海底资源、海洋生物等进行调查和研究的方法。
随着科技的发展，海底探测技术在海洋科学、海洋资源开发利用等领域发挥着越来越重要的作用。
本报告将对国内外的海底探测技术进行调查和总结。
二、国内海底探测技术1.声波探测技术声波探测技术是利用声波在水中的传播特性进行海底探测的一种技术手段。
通过发射声波信号，利用声纳设备接收回波信号，可以获取海底地形、海底构造、海底资源等信息。
这种技术在浅海区域应用较广，但由于海洋环境复杂，对声纳设备和处理算法的要求较高。
2.电磁探测技术电磁探测技术是利用电磁波在水中的传播和反射特性进行海底探测的一种技术手段。
通过发射电磁波信号，利用接收器接收解释波信号，可以获取海底地质、海床沉积物、海洋资源等信息。
电磁探测技术在海洋勘探、海洋生态环境监测等方面应用广泛。
3.激光探测技术激光探测技术是利用激光束在水中的散射和反射特性进行海底探测的一种技术手段。
通过发射激光束，利用接收器接收散射和反射的激光信号，可以获取海底地形、海底构造等信息。
激光探测技术在海底地貌测绘、水下遥感等方面具有较大应用潜力。
三、国外海底探测技术1.声学测量技术声学测量技术是利用声波在水中的传播和反射特性进行海底探测的一种技术手段。
通过发射声波信号，利用接收器接收回波信号，可以获取海底地形、地质构造、海底生物等信息。
国外在声学测量技术方面较为成熟，已经实现了深海地形调查和水下文化遗产的发掘。
2.多波束测深技术多波束测深技术是利用多个声波发射器和接收器进行海底测深的一种技术手段。
通过同时发射多个声波信号，利用接收多个波束的回波信号，可以获取多个方向的海底地形信息。
这种技术在测绘海底地形和构造方面具有较高的准确性和分辨率。
3.地磁探测技术地磁探测技术是利用地球磁场的变化特性进行海底探测的一种技术手段。
通过在海底放置地磁传感器进行观测，可以获取海底地质构造和资源信息。
水下成像技术的技术原理和发展动态
水下成像技术的技术原理和发展动态下成像技术在水下目标发现、海面材料探测及海洋地理工程中具有广泛而重要的应用价值，正受到各国研究者的日益重视。
与我们平常所见空气中成像技术不同，水介质的特性是强散射效应和快速吸收功率衰减，因此直接将摄像机运用到水中，由于强散射效应，图像的噪声很大，且距离有限。
激光器的运用从某种程度解决了成像的距离问题，在过去的几年中，成像距离和图像质量得到了很大程度的提高，这些进步都是因为采用了非传统成像技术和激光技术。
本文对主要的几种水下成像技术进行了分析，讨论了它们各自的技术原理和发展动态。
由上所述，与大气成像技术相比，水下成像技术的重点是要减小水这一特定介质所具有的强散射效应和快速吸收功率衰减特性对成像质量的限制，目前已经有几种成像技术在实际中得到应用且达到较好的工作效果。
⒈常规水下成像技术常规水下成像技术包括激光扫描水下成像和距离选通激光水下成像。
其中激光扫描水下成像是利用水的后向散射光强相对中心轴迅速减小的原理。
在这种系统中，探测器与激光束分开放置，激光发射器使用的是窄光束的连续激光器，同时使用窄视场角的接收器，两个视场间只有很小的重叠部分，从而减小探测器所接收到的散射光。
利用同步扫描技术，逐个像素点探测来重建图像。
因此这种技术主要依靠高灵敏度探测器在窄小的视场内跟踪和接收目标信息，从而大大减小了后向散射光对成像的影响，进而提高了系统信噪比和作用距离。
距离选通成像系统采用一个脉冲激光器，具有选通功能的像增强型CCD成像期间，通过对接收器口径进行选通来减小从目标返回到探测器的激光后向散射。
在该系统中，非常短的激光脉冲照射物体，照相机快门打开的时间相对于照射物体的激光发射时间有一定的延迟，并且快门打开的时间很短，在这段时间内，探测器接收从物体返回的光束，从而排除了大部分的后向散射光。
由于从物体返回来的第一个光子经受的散射最小，所以选通接收最先返回的光子束可以获得最好的成像效果。
激光指向仪在海洋测量和水下探测中的应用前景
激光指向仪在海洋测量和水下探测中的应用前景激光指向仪是一种高精度的测量设备，其在海洋测量和水下探测中具有广阔的应用前景。
激光指向仪通过发射激光束并接收反射的光信号，可以准确地测量目标物体的位置、距离和方向。
本文将探讨激光指向仪在海洋测量和水下探测中的应用前景，并讨论其在海洋科学、海洋工程以及水下考古等领域的重要性和潜在用途。
首先，激光指向仪在海洋测量中的应用前景十分广泛。
海洋测量是海洋科学和海洋工程中的重要组成部分，而激光指向仪的高精度定位和测距功能可以为海洋测量提供准确而可靠的数据。
例如，在海洋资源勘探中，激光指向仪可以用于测量水下地质构造和地貌特征，从而帮助科学家们更好地了解海洋底部的地质情况和海底地貌演化过程。
此外，激光指向仪还可以用于测量水下沉积物的厚度和分布，帮助科学家们研究海洋沉积过程和地质变化。
其次，激光指向仪在水下探测中的应用前景也十分重要。
水下探测是指利用各种设备和技术对水下目标进行观测和测试的过程，而激光指向仪可以作为一种重要的水下测量工具，提供高精度的距离和定位信息。
例如，在水下考古学中，激光指向仪可以用于定位和测量水下文物和遗迹的位置和形状，帮助考古学家们更好地保护和研究水下文化遗产。
此外，激光指向仪还可以用于水下工程中的建筑和结构测量，例如测量水下桥梁、港口设施和管道等的形状和尺寸，为水下施工和维护提供可靠的数据支持。
此外，激光指向仪在海洋科学研究中的应用前景也非常广阔。
海洋科学研究旨在揭示海洋环境和生态系统的运行规律，而激光指向仪可以为科学家们提供大量的海洋实测数据和实时观测结果。
例如，在海洋生物学研究中，激光指向仪可以用于测量浮游生物的数量和分布，帮助科学家们研究海洋生物多样性和生态系统的稳定性。
此外，激光指向仪还可以用于测量海洋表面的波浪和涡旋，揭示海洋运动的规律和变化。
值得注意的是，激光指向仪在海洋测量和水下探测中的应用也面临一些挑战和限制。
例如，水下环境的复杂性和不确定性会影响激光束的传播和信号接收，从而影响测量精度和可靠性。
无人机水下探测技术研究及应用
无人机水下探测技术研究及应用水下探测一向是人类探索深海的重要过程，随着科技的进步，无人机水下探测成为了新兴技术，与传统的水下探测设备在应用效率上有着较大的差距。
本文将探讨无人机水下探测的技术研究及应用。
一、无人机水下探测技术的发展历程无人机水下探测技术最初起源于军事领域，用于对水下潜艇和雷达等目标的侦测。
进入21世纪后，随着科技的进步和人类对海洋的深度探索需求的提高，无人机水下探测技术得到了广泛应用。
无人机水下探测技术的发展历程主要经历以下几个阶段：1. 初始阶段（20世纪50年代-80年代）这个阶段主要是发展与采用各种水声探测器和摄像机等设备，采用缆绳与遥控器维持食指与联络通道，工作效率低下。
2. 自主式水下探测器阶段（20世纪80年代-90年代）这个阶段开发出了自主式水下探测器，其具有自主控制和自行导航功能，采用激光测距和声纳等高技术，能够有效地记录下水下场景，成为此阶段的主要水下探测设备。
3. 现代化阶段（20世纪末-21世纪初）这个阶段开始广泛运用无人机水下探测器，主要是利用现代化的控制技术发展制作无人机水下探测器的生产，并且利用计算机的高智能化软件和算法技术协助探测，实现对水下尽可能大装质量的追踪和探测。
4. 水下探测器与遥控器组合阶段（21世纪初至今）这个阶段是无人机水下探测器应用的阶段之一。
在此期间，无人机水下探测器和遥控器组合的应用变得更加广泛，无论是探测海洋生态环境、海底地质构造等领域都已经广泛应用。
二、无人机水下探测技术的应用领域1. 海洋研究领域在海洋学领域，无人机水下探测技术被广泛应用于海洋生态环境调查、海底地形测量、地震预估、海洋能源资源勘探等领域。
这些应用主要依靠无人机水下探测器的高解析度水下摄像、数码摄像及三维测绘技术，能够更加深入的了解海洋的生态和地理环境。
2. 水下探测和勘探领域在水下探测和勘探领域，无人机水下探测技术应用主要体现在海洋石油和天然气的勘探过程中。
利用激光技术探测水下目标的基本想法
激光窃听技术在水声信号检测中的研究一．研究目的如何进行有效的水下声信号检测与处理一直以来都是各国研究的重点，当前使用的水下声信号检测与处理设备大多利用布放水中的水声换能器来进行检测，再利用后续信号处理电路进行处理，对于大范围的舰载/机载扫描检测多有不便。
迄今为止,已经投入使用或正在研制的很多水中目标探测设备的接收换能器往往都置于水中，换能器置于水中,就大大限制了水下目标探测设备的数据获取速率及探测的机动性。
我们都知道声波在水中的传播是最好的,而激光在空气中能很好地传播,如果我们在空中利用激光来检测水中声波,使两种物理场在水面处结合起来,就会形成较强的技术优势。
激光窃听器技术给了我们最初的启示，利用激光窃听技术实现对水中声源声信号探测使我们研究的方向。
激光水声探测技术可远距离、非接触地在空中平台上测量水表面的振动速度,进而获得水下声场振动频率,从而得到水下目标的声信号。
它在未来的海洋探测中具有巨大的应用前景。
二．研究内容现在国外已经成功研究出了激光窃听技术，其主要利用激光照射到目标玻璃、墙壁以及天花板等介质，所产生的反射及散射光经接收后进行相关处理，便可还原所窃听目标的声信息。
激光窃听，就是利用激光具有极好的相干性、方向性等特性，用一束极细的红外激光（红外激光不易被发现），射到被窃听房间的物体表面时，只要该物体自身具有极微弱的振动，它就会对被反射的激光产生出足以能进行探测的变化。
若用一束激光对准窗玻璃进行照射，其中的一部分将会穿过玻璃而另一部分则会被反射回来。
如果这时的玻璃因受到室内人讲话声波的作用而有微小的振动，那末被反射的激光也必定会受到这种振动的调制。
只要将其接收并进行解调，就可以得到与室内人说话声音相同的波形，从而窃听到室内的讲话内容。
这就是激光窃听器的工作原理。
将光学测量与水下声波探测技术结合起来，设计一个利用激光对声信号进行探测的系统，通过检测经水面位移幅度调制后的单模连续激光的反射光信号，检测引起水面振动的水下声信号。
水下物体探测与成像技术的研究
水下物体探测与成像技术的研究随着科学技术的不断发展，人们对于水下物体探测与成像技术的要求越来越高。
水下探测技术主要应用于水下资源勘探、水下考古、水下安全监测等领域，而如何高效地探测和成像水下物体成为了水下探测技术的重点研究。
深海探测最关键的难点就是在黑暗的水下环境中进行高质量图像的拍摄和物体的探测，而这些弊端大大地限制了水下勘探与研究的水平。
因此，近年来针对水下物体探测与成像技术进行了大量的研究和改进。
水下物体探测与成像技术主要有声纳技术、激光技术、光纤技术和图像处理技术。
声纳技术是一种常见的水下探测技术，它利用声波的传导速度以及声波的反射和传递，实现对水下物体进行探测。
声纳探测可以通过声波走过水下物体和水下物体表面反射的声波进行回波接收，确定水下物体的形态和构造。
这种技术检测距离远、探测精度高，可以在黑暗的水下环境中进行探测，成像能力强，因此被广泛应用在水下探测中。
激光技术可以将激光束发射到水下，通过对水下反射回来的激光进行角度测量，从而确定水下物体的形态和构造。
激光探测精度高，检测范围较小，适合对细小物体的检测。
光纤技术则可以用来探测水下光量的变化，确定水下物体的位置、形态和构造。
图像处理技术也是水下物体探测与成像技术中的重要组成部分。
通过对水下航行器的高清影像进行图像处理和模型构建，可以创建三维水下环境的视觉模型，从而更直观地了解水下环境。
当前比较先进的图片处理技术有三维扫描技术、计算机绘图技术、神经网络技术等，这些技术能够将二维扫描的水下物体转换成三维模型，利用模型进行环境分析和物品识别。
水下物体探测与成像技术的研究已取得了一定的进展，但在实际应用上仍有着许多待解决的问题。
如何提升水下成像的分辨率与精度，如何提高水下探测的深度和范围，如何对于水下噪声和光线的干扰进行处理等，都是当前需要研究的方向。
在这个过程中，需要不断地推进新技术的发展和应用，以满足社会对水下勘探和研究的需求。
在未来的水下探测和成像技术中，我们希望能够建立更加完善的水下探测体系，选择最佳的探测方法和技术，适宜地应用在不同的水下环境中，并且提高探测的效率和准确性，实现成像数据的全面全息化，让水下勘探和研究变得更加简单、精确和易操作。
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2 水下激光探测技术
2. 1 激光水下传输特性分析 单色准直光在水介质中传播 ,由于水介质强烈
的吸收和散射作用 ,能量快速衰减 , 势必 影响光探 测器的作用距离 ,另外海水的后向散射对目标探测 的影响也不容忽视 ,因此本节重点讨论光在海水中 的衰减特性和后向散射特性 。
1) 激光在海水中的衰减规律 由于在空气中激 光传输 衰减系数较 小 ( 一般 在 0. 06 以内) ,因此在工 程应用中大 气对激光的 衰减往往忽略不计 。而激光在水中受到强烈的吸 收和散射 ,其衰减 系数远远 大于 0. 06 ,不能 被忽
关键词 水下激光探测 ;蓝绿激光器 ;光 电探 测器 中图分类号 TN247
Tec hnology of t he U nde rw a ter L ase r Det ection a n d Its Develop me nt
L i Z he1) ,2) D en g J i a ha o2) Zh o u W eip i n g1)
Ke y w o rd s underwater lase r detection , blue2gree n lase r , photoelectric detector Clas s N u mb er TN247
1 引言
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 ,从而证实 了在海水中存在一个理想的透光窗口(如图 1 所 示) 。这一物理现象的发现使激光水下探测成为可 能 ,为解决困扰各国的水下目标探测难题带来了新 的希望 。美国 、前 苏联 、澳大利亚等国均 投入了大 量的人力和物力 , 在水下激光测距 、成像 等领域进 行了广泛的研究 ,并在一些重点方向上取得了突破 性进展 。
其中 , n 为海水的 折射率 ; k 为海水总 衰减系数 ; c
为光波在水中传播速度 ; f ( z) 为重叠系数。
B 的取值与激光器发射功率、接收机的光学参
数、海水环境参数等有关 。
在发射器和探测器之间距离很近情况下 ,重叠
系数 f ( z) 可近似为 1 , 由后向散射波形函数可知 ,
此时后向散射波形可近似为指数衰减函数 。
3 收稿日期 :20 08 年 7 月 2 6 日 ,修回日期 :2 00 8 年 9 月 6 日 作者简介 :李哲 ,男 ,硕士研究生 ,工程师 ,研究方向 :探测 、制导与控制技术 。邓甲昊 ,男 ,教授 ,研究方向 :目标探测与 信号处理 、感知及测控技术 。周卫平 ,男 ,博士研究生 ,高 级工 程师 ,研究方向 :舰炮武器系统 。
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。本文下面对水下激光探测的主要技术进行讨 论 ,并结合具体应用对国内外相关技术进展情况进
(N aval A ca demy of A rmament1) , Beijing 100161) (Beijing Institute of Technolo gy2) , Beijing 100081)
Ab s tra ct The tec hnology of unde rwater laser detection has very importa nt p ractical value at many f ields such a s detec2 tion of underwater ta rget ,ocean geological reconnaissance and tar get recognition. This paper emphatically discusse s a few key technologie s such a s characteristic of unde rwa te r laser tr ansmission , mode of under water laser detection , ra nge2gated a nd synchronous sca nning. And then pe rfor mance of blue2green laser and tha t of photoelect ric detector a re compa red. In the end , in vir tue of pr ac tical example , t he de velop ment of co ndition of the unde rwate r la ser detection technology.
摘 要 水下激光探测技术在 水下 目标 搜索 、海洋地质勘探 、目标识别 等领域都具 有重要的应 用价值 。通 过对水下激 光传输特性 、水下激光探测模式及与之相关的同步扫描技术和距离选通 技术等的讨 论 ,对 可用于水下 探测的蓝 绿激光器和 光电探测器进行了性能对比 ,结合具体应用对国内外水下激光探测技术发展状况进行了分 析 。
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倍有效视场可达70在30m作用距离上可分辨25mm量级的图像距离选通技术距离选通技术克服后向散射干扰的原理是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
总第 174 期 2008 年第 12 期
舰船电子工程 Ship Electronic Enginee ring
Vol. 28 No. 12 8
3
水下激光探测 技术及其进展
李 哲1) ,2) 邓甲昊2) 周卫平1 )
(海军装备研究院 1) 北京 100161) ( 北京理工大学2) 北京 100081)
©
2008 年第 12 期
舰船电子工程
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行分析 。 图 1 海水中光波的衰减系数曲线
向散射强度高于探测ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标返回的光信号强度 ,不采
取措施后向散射会淹没回波信号 ,产生虚警 。后向 散射波形函数表达式如下所示[ 7 ] :
t
Pback = B ∫f ( z) exp t- t p
- kct n
1 t2 dt