机载海洋激光荧光雷达软硬件设计与飞行实验

《机载海洋激光荧光雷达软硬件设计与飞行实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、机载海洋激光荧光雷达软硬件设计与飞行实验摘要机载海洋激光荧光雷达是遥感领域的一项前沿技术，具有高效、实时、测量准确等优点。随着激光雷达技术的完善和它日益广阔的应用前景，2001年，中国海洋大学海洋遥感研究所承担了国家863资源与环境技术领域的“机载海洋激光雷达海洋环境监测技术”课题，开始研制用于测量海表层H}_绿素浓度的机载海洋激光荧光雷达。2003年11月，机载海洋激光荧光雷达系统安装在国家海洋局北海分局的中国海监B一3807飞机上，成功的进行了首次飞行实验。本论文围绕此课题展开讨论，分为四部分：第一部分为基本原理与发展综述，介绍了机

2、载海洋激光雷达的基本测量原理、应用、国内外海洋激光雷达的发展、现状以及未来的发展趋势：第二部分为机载海洋激光荧光雷达系统硬件设计与实现；第二二部分为海洋激光荧光雷达系统软件设计与实现；第四部分为实验以及实验结果的分析和讨论，最后是总结。第。部分首先简述海洋激光雷达测量海表层叶绿素a浓度的原理，然后介绍了机载海洋激光雷达在浅海地形测量、海洋生态环境监测和海色卫星印证领域的应用，最后介绍国内外海洋激光雷达的发展和现状，国外发达国家的机载海洋激光宙达已经比较成熟，然而国内的机载系统还刚起步，相刘于海洋环境监测的需求，必须加快发展。而且依据国内

3、海洋激光雷达的现状，总结了海洋激光雷达的发展趋势。第二部分介绍了运用计算机工程学的原理，进行海洋激光雷达系统的硬件没训和机械结构设计。系统硬件包括激光发射、荧光和喇曼接收、分光系统、光电转换和数据采集处理五大部分，系统使用355nm紫外激光作为激发光源，提高叶绿素a荧光的激发效率，同时分析了激光的人眼安全参数，保证在飞行高度高于150米刚，激光对于海面的人眼是安全的：信号接收部分采用光纤作为信号传输方式，望远镜接收的信号经过光纤耦合透镜进入光纤。分析了望远镜接收视场参数，并确定了光纤耦合透镜的参数。然后分析接收视场和激光束的重叠区域受飞

4、机飞行高度的影响，确定了望远镜和激光器的间距。分光系统采用改造的光纤光潜仪，依据对不同波长光学效率的分析选择适合的光栅，分析光谱仪内部光路，确定光谱分辨率，然后根据荧光和喇曼的带宽确定通道狭缝的实际宽度。在荧光和喇曼通道采用干涉滤光片，有效的抑制了背景光和激光的海面反射和水体回向散射光。光电转换采用光电倍增管，该倍增管具有高灵敏度和低噪声，数据采集利用40～11』z采样卡完成。机械结构介绍了系统在飞机上的布放、激光雷达头部和控制机柜的机械结构。1{l行实验后，对于系统的缺点提出了五点升级方案，包括激光器的升级方案、分光部分的改进思路、多

5、通道光电倍增管的选择、A／D采集卡升级方案、笔记本电脑USB采集方案没计。第三部分介绍了运用软件工程的原理进行软件设计。主要包括海洋激光雷达系统的系统分析，设计了软件系统流程。数据采集是从采集卡读取、存储和显示数据，将存储的数据经过数据处理软件获得叶绿素O-浓度，然后通过数据库接口程序或ASCII文件保存数据。数据处理方法中介绍了与反演相关的内容。第四部分的实验主要包括荧光和喇曼带宽实验、叶绿素a浓度和荧光强度的关系实验、激光波长355nm和532nm荧光效率的比较实验和峰值提取算法的验证实验以及机载实验。叶绿素a浓度和荧光强度的关系实

6、验是测量不同浓度的叶绿素a受激发射的荧光强度和叶绿素a浓度的关系，实验结果表明两者成近似线性关系。激光波长355nm和532nu，荧光效率的比较实验测量当激发出同样时绿素a荧光时355nm和532nm激光的能量，比较它们能量的差别，然后计算当基频1064rim能量相同时，三倍频355nm和二倍频532激发荧光效果的不同，最终结果是三倍频能够激发出更多的荧光，即具有更高的荧光激发效率。机载实验的成功，验证了整套设备选型、加工、调试的正确性，并为迸一步改进系统提供了宝贵的经验。机载实验过后，又进行了若干次外场实验。论文的最后总结了该论文的研

7、究内容，同时也指出了系统尚存在的不足及改进方法，为进一步完善系统提出建议。关键词：机载海洋激光荧光雷达软硬件设计计算机工程TheSystemDesignandExperimentsoftheAjrbornefIuorescenceOceanLidarAbstractAirbomeoceanfluorescencelidarisanadvancedtechniqueinremotesensingscope．Ithasmanyadvantages，suchasitshighefficiency,realtimemeasuringandits

8、measuringaccuracyetc。Wjththeimprovementofthe1idartechniqueanditsincreasinglybroaderapplyingprospect，int