大学课件-海洋光学仪器(全套).ppt

　3、激光雷达系统 激光雷达系统主要由激光发射系统、接收系统和信号采集处理及控制系统三大部分组成,原理框图如图1 所示。 激光发射系统由激光光源、扩束准直系统和反射镜组成。 选用倍频Nd∶YAG脉冲激光器作为发射光源,输出波长为532 nm、脉冲能量100 mJ 、脉冲宽度8～10 ns、重复频率1～40 Hz 的激光脉冲。激光脉冲经扩束准直后,由反射镜射入海水中。海中的回波脉冲信号由接收系统接收。 接收系统分为光学接收和光电转换两部分。 中光学接收系统主要由反射镜、望远接收系统、输出光准直系统、光纤系统、滤波和分光系统组成。接收反射镜与发射反射镜采用同一反射镜,可保证发射和接收光路同轴。望远接收系统采用两个口径120 mm、焦距668 mm 的卡塞格伦(Cassegrain) 望远镜,双光路同时接收米氏散射信号和拉曼散射信号,既保证了两信号接收的同时性又充分利用了海中回波信号能量。 一路回波信号经准直系统导入光纤系统,再经中心波长为532 nm、带宽2. 5 nm 的窄带干涉滤光片滤波后,由光电倍增管(PMT1 ) 转换为米氏散射电信号。另一路回波信号用101 W型野外光谱辐射计分光后,由光电倍增管(PMT2 ) 收集转换获得拉曼散射信号。 输出的两路电信号由信号采集处理及控制系统接收,进行实时处理和显示。信号采集处理及控制系统由瞬态波形记录仪(JV52014 双通道12 bit 并行数据采集卡,最大采样频率40 MHz) 和计算机组成。 4、工作过程 实验图片 海中悬移质激光雷达采用定点测量,调量船在每一个站位抛锚后,激光雷达开始工作,激光重复频率为10 Hz ,同步测量激光波长532 nm 的回波,它代表海中悬移质的散射信号,及波长645 nm 的海水拉曼散射回波,作为激光雷达系统的校正信号。 每个站位532 nm 回波信号P532 和同步的645 nm 回波信号P645各取200 次采样平均,然后以两者之比得出激光雷达测量悬移质含量的相对值。 同时,进行透明度盘测量(白天) 、浊度测量和悬移质浓度现场采样测量 激光雷达测量结果与现场浊度数据和悬移质浓度数据 5、国外海洋荧光激光雷达的发展 AOL-III系统 双波长激光激励源，它可同时在海面上产生两个相互分离的探测面：一个波长为532nm，另一个波长为355nm。该系统利用同一个望远镜和分光计-探测器系统同时从两个探测面元接收后向散射的荧光和拉曼信号。此外，它使用了两个数字示波器对七个光谱通道的数据进行采集，以获取可用于计算机处理的数字化信号。 搭载在飞机内的AOL-III系统 AOL-III系统结构框图 法国科学家利用机载海洋荧光激光雷达FLS（Fluorescent Lidar System）系统和被动高光谱成像仪（Hyperspectral Imager）对海洋表面的溢油污染（油膜厚度和溢油体积）进行了监测。 FLS系统采用的激光器激发波长为308nm，500通道光电二极管阵列接收受激发射的荧光谱，光谱覆盖范围300-500nm。 FLS系统的空间分辨率为25米，被动高光谱成像仪的空间分辨率为1米，利用数据融合技术他们精确地绘制出了海洋表面溢油的分布图，验证了该套原理性样机和相关数据处理方法的可行性。 安装在飞机内的FLS系统 FLS系统联合高光谱成像仪测量的海表溢油色标图 加拿大环境科学局等单位研制了机载海洋荧光激光雷达SLEAF(TheScanning Laser Environmental Airborne Fluorosensor system)系统，该系统具备宽、窄两种幅度的扫描方式，可以实时监测、分类溢油区域并绘图。 SLEAF系统采用了XeCl激光器，激发波长为308nm，单脉冲能量为100mJ，重复频率为400Hz。 望远镜接收口径220mm，接收视场角为3mrad。 采用64通道的光电二极管阵列将采集的光信号转化为电信号，光谱响应区域为330-610nm。 实验飞行高度为300-600m。 机载海洋荧光激光雷达系统结构 2、参数信息反演系统 溢油参数信息反演系统的结构框图 荧光激光雷达数据模块 包括荧光激光雷达采集到的由激光激发的海表面溢油荧光光谱数据和高光谱辐射计同步测量的被动荧光光谱数据。采集到的数据可以实时传输到数据预处理模块和结果显示模块，并以文件的形式存储下来供以后分析使用。 数据预处理子模块 此模块将实现激光雷达测量的主动油荧光光谱数据和高光谱辐射计同时测量的被动荧光光谱数据的融合，同时结合信号平均和自适应滤波等数字信号处理技术，消除背景信号对油荧光光谱的影响。 溢油荧光光谱库模块 在对海表面溢油种类进行鉴别时，需要不同油种的标准荧光光谱作为参考信号，即溢油的标准指纹信息。 数据处理