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第十一章 认识海洋的技术方法 1 海洋激光雷达及其应用 广泛应用于海洋科学研究，如浅海水深、海洋叶绿素浓度、海表油污、海洋污染以及海浪特征等测量研究。 在激光雷达LIDAR(LightDetectionAndRanging)的应用中，一般是发射单色激光，根据不同探测机制接收不同的返回光，从而获取海洋信息。 测量机制主要包括：海水的粒子(Mie)散射、喇曼(Raman)散射、布里渊(Brillouin)散射、荧光(Fluorescence)、海水吸收等。也正是由于不同的探测机制，才出现了各种类型的激光雷达。 系统的工作过程为：海表或水中返回的光被望远镜接收，通过光谱仪或滤光器滤除背景杂散光；信号光通过光电探测器接收转化成电信号，波形数字化仪把探测器输出的电信号变成数字量。 影响水深测量的因素很多，除激光发射功率、光学接收效率、视场角匹配等之外，还有以下因素对目标信号带来严重干扰： ①在混浊海水中，水体散射信号往往比目标反射信号大，因此必须对海水的后向散射进行抑制。 ②海水的衰减系数大，目标信号与海表信号强度差5～7个量级，而一般数字化仪的动态范围为2～3个量级，因此必须对信号的动态范围进行压缩，才能保证对目标信号的有效采集。 ③太阳等背景杂散光对测量造成严重影响，强烈的背景光还会造成光电探测器的疲劳。 1.2 海洋激光雷达叶绿素浓度测量方法 观察海洋生物量的分布，一般借助于测定海水中的叶绿素浓度来作为浮游植物生物量的指标。 意义：传统的仪器分析技术，如分光光度法、荧光分光光度法和色谱分析，精度能满足要求，但很难应用于大面积水域的现场探测。遥感技术正好弥补了传统方法的不足，可以对大面积，甚至全球范围内水域进行叶绿素a浓度进行实时或动态监测。 2 水下电视 水下电视是用于探测水中物体，并在水上进行电视显象的光学观测工具，它为实时观察水中目标提供高分辨率的视频图象，有“水下眼睛”之称。 用途：观察武器试验、舰船修造、探索水雷、鱼雷和检查布雷情况，有哪些信誉好的足球投注网站和识别沉没大海中的潜艇、飞机、导弹弹头、卫星及其运载设备；观察、控制海底工程作业和水下建筑过程，侦察和选择水下施工地址、设备安装以及定期检查工程建筑质量情况；考察海底地貌形态和海底表层地质结构，观察海中生物的生活习性和活动规律等。 水下电视的光源有两种：一种是一般的光源，另一种是激光（一种光源亮度高、方向性好、单色性强的相干光，可以大大提高水下能见度） 按消除后向散射的方式，可分为：距离选通式和视场扫描式。 2.1距离选通式 工作原理是：激光器发射很强的光脉冲，通过透镜使其射向观测区域。达到目标后，被漫反射回来进入光学接收系统。接受系统有一距离选通可控开关，这种开关保证只有当目标直接发射回来的光到达时，它才自动开启，使发射信号进入图象增强器被放大，并由电视显示系统显示目标图象。而在发射信号到达之前，距离选通开关关闭，从而把后向散射光从时间上分开，提高信噪比，得到质量较好的图象。 距离选通式水下电视对其光源和接收器的要求： (1)激光光源具有高的峰值功率，以保证有足够的观测距离。 (2)激光器具有窄的脉冲宽度，以更好地将脉冲信号同回向散射分开。 (3)距离选通开关的选通宽度应尽可能接近脉冲宽度，以保证仅使目标反射光全部进入接收器，增加信噪比。 (4)接收器的灵敏度必须足够高。 2.2 视场扫描式 视场扫描式水下激光电视充分利用激光的高方向性特点。激光器发射连续的极窄的激光束扫描目标，目标反射光也连续返回并在显象管上显示目标图象。 3卫星海洋遥感 3.1卫星海洋遥感及空间海洋观测历史背景 卫星海洋遥感，或称空间海洋学，是利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理，从卫星平台观测和研究海洋的分支学科。 3.2 卫星海洋遥感系统 3.2.1空间平台及轨道 装载传感器的空间运载工具称为空间平台，它包括人造卫星、宇宙飞船、天空实验室等。 3.2.2卫星传感器 目前用于海洋观测的所有卫星传感器，均根据电磁辐射原理获取海洋信息。包括可见光、红外、微波。 传感器按工作方式可分为主动式和被动式。 被动传感器如可见红外扫描辐射计，微波辐射计等； 主动式如微波高度计、微波散射计、合成孔径雷达等。 卫星传感器的类型有： ①海色传感器：主要用于探测海洋表层叶绿素浓度、悬移质浓度、海洋初级生产力、漫射衰减系数以及其他海洋光学参数。 ②红外传感器：主要用于测量海表温度。 ③微波高度计：主要用于测量平均海平面高度、大地水准面、有效波高、海面风速、表层流、重力异常、降雨指数等。 ④微波散射计：主要用于测量海面10m处风场。 ⑤合成孔径雷达：主要用于探测波浪方向谱、中尺度涡旋、海洋内波、浅海地形、海面污染以及海表特征信息等。 ⑥微波辐射计：主要用于测量海面温度、海面风速以及海冰水汽含量、降雨、CO2海—气交换等。