【摘要】：作為一種主動(dòng)遙感海洋探測(cè)技術(shù)，海洋激光雷達(dá)具有探測(cè)動(dòng)態(tài)范圍大、時(shí)間分辨率高、測(cè)量效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以用于水體光學(xué)性質(zhì)和海洋熒光的測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)多種海洋光學(xué)參數(shù)的探測(cè)。 海水光學(xué)特性參數(shù)探測(cè)方面，海洋激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過(guò)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(chǎng)結(jié)構(gòu)的限制，常規(guī)海洋激光雷達(dá)僅能測(cè)量其中一個(gè)參數(shù)。因此，發(fā)展多視場(chǎng)或可調(diào)節(jié)視場(chǎng)海洋激光雷達(dá)成為必然趨勢(shì)。另外，如何利用多個(gè)接收視場(chǎng)情況的探測(cè)回波反演多個(gè)海水光學(xué)參數(shù)，也是海洋激光雷達(dá)探測(cè)應(yīng)用的前沿問(wèn)題。 海洋熒光探測(cè)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(cè)應(yīng)用的熱點(diǎn)問(wèn)題。時(shí)間分辨熒光光譜的探測(cè)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(duì)探測(cè)結(jié)果的影響，對(duì)海洋熒光雷達(dá)的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。 本文針對(duì)海洋激光雷達(dá)的上述問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，成功研制了一套可調(diào)節(jié)視場(chǎng)的船載海洋激光雷達(dá)系統(tǒng)原理樣機(jī)，并基于ICCD對(duì)激光雷達(dá)探測(cè)海洋熒光進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究。根據(jù)探測(cè)機(jī)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(chǎng)海洋激光雷達(dá)系統(tǒng)研制與實(shí)驗(yàn)研究。具體內(nèi)容包括：（1）總結(jié)目前涉及視場(chǎng)參量的海洋激光雷達(dá)探測(cè)水體光學(xué)參數(shù)理論，模擬不同接收視場(chǎng)情況下海洋激光雷達(dá)探測(cè)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(duì)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(gè)水體光學(xué)參數(shù)的提取方法；（2）依據(jù)激光雷達(dá)探測(cè)理論計(jì)算和噪聲分析確定船載可調(diào)節(jié)視場(chǎng)的設(shè)計(jì)范圍，研制出一套可調(diào)節(jié)視場(chǎng)海洋激光雷達(dá)原理樣機(jī)，并利用該系統(tǒng)對(duì)水體光學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，分析與接收視場(chǎng)的變化關(guān)系，獲得與理論一致的趨勢(shì)。水池實(shí)驗(yàn)中，激光雷達(dá)所測(cè)參數(shù)和c值與AC-S測(cè)量的值比對(duì)一致，誤差小于5%。外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)青島中苑碼頭渾濁水體進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)驗(yàn)分析了相同視場(chǎng)情況不同探測(cè)高度或不同水質(zhì)對(duì)K lidar反演的影響，結(jié)果表明：相同視場(chǎng)情況下，隨探測(cè)高度增加，值逐漸趨向于參數(shù)a；相同視場(chǎng)和探測(cè)高度情況下，對(duì)比渾濁水體和水池較清潔水體的探測(cè)，隨著接收視場(chǎng)的變化趨勢(shì)一致。 第二部分，基于ICCD的海洋熒光激光雷達(dá)實(shí)驗(yàn)研究。具體研究?jī)?nèi)容包括：（1）利用ICCD的時(shí)間分辨測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，實(shí)驗(yàn)分析海水中可溶性有機(jī)物和葉綠素?zé)晒鈮勖c海水Raman存在的響應(yīng)差異；針對(duì)溢油探測(cè)，利用不同時(shí)刻油樣本熒光光譜在主成分特征矢量空間中樣本位置點(diǎn)間相關(guān)距離的變化，實(shí)現(xiàn)油熒光的時(shí)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(cè)應(yīng)用中，實(shí)驗(yàn)分析了激光能量密度過(guò)大（即飽和激發(fā)情況）引起的熒光非線性變化對(duì)油熒光測(cè)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(duì)普通熒光光譜法和ICCD時(shí)間分辨熒光光譜均無(wú)法區(qū)分的油樣本進(jìn)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(diǎn)主要包括：（1）研制可調(diào)節(jié)視場(chǎng)的船載海洋激光雷達(dá)原理樣機(jī)，在理論計(jì)算和噪聲分析基礎(chǔ)上確定該原理樣機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)；（2）利用可調(diào)節(jié)視場(chǎng)海洋激光雷達(dá)原理樣機(jī)，開(kāi)展水池和近岸水體實(shí)驗(yàn)研究，初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠用于海水光學(xué)參數(shù)的測(cè)量。結(jié)合Walker-McLean和Kopilevich激光雷達(dá)理論，提出船載探測(cè)情況下水體光學(xué)參數(shù)的提取方法；（3）針對(duì)海洋熒光探測(cè)應(yīng)用，基于ICCD開(kāi)展了激光熒光探測(cè)研究，利用不同時(shí)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(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：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(chǎng)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(hào)的模擬[J];量子電子學(xué)報(bào);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(guó)海洋大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李曉龍;海面溢油機(jī)載多通道激光雷達(dá)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2742887