近年來,由于藍(lán)綠激光雷達(dá)在光學(xué)尾流探測(cè)中具有諸多優(yōu)點(diǎn),逐漸受到國內(nèi)外研究學(xué)者的追捧,但近場(chǎng)水體的后向散射強(qiáng)度在實(shí)際探測(cè)過程中往往高出尾流回波信號(hào)強(qiáng)度幾個(gè)數(shù)量級(jí),從而限制微弱尾流回波信號(hào)的提取和識(shí)別。因此,對(duì)于接收到的激光雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行水體后向散射抑制研究是非常有必要的,本文從數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究出發(fā),提出了一種針對(duì)激光雷達(dá)水下微弱尾流回波信號(hào)的自適應(yīng)水體后向散射抑制算法。首先,論文介紹了水下光傳輸理論和Wa-Li D模型,提出并建立以距離層求和的激光雷達(dá)近場(chǎng)水體后向散射模型,理論分析回波時(shí)域展寬量的關(guān)系式,介紹后向散射比評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。仿真結(jié)果表明,軸間距的改變可以控制近場(chǎng)盲區(qū)的距離,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離內(nèi)的目標(biāo)探測(cè);夾角為10mrad比20mrad時(shí)的SBR提升18.2d B,小夾角在抑制近場(chǎng)水體回波信號(hào)的同時(shí)有效探測(cè)區(qū)域更大。實(shí)驗(yàn)表明,理論計(jì)算展寬量與實(shí)測(cè)誤差0.35ns;相比于時(shí)間積分模型,本文模型與實(shí)測(cè)水體回波曲線更加吻合,RMSE值更小,與實(shí)測(cè)尾流數(shù)據(jù)反向疊加后得到的SBR均值提高8.66d B,滿足水體回波模型高精度的需求。其次,論文介紹了單氣泡Mie散射理論,通過對(duì)迭代次數(shù)n的優(yōu)化,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

艦船尾流示意圖[1]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-得到迭代次數(shù)n的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式，如公式(1-1)，大大提高了Mie算法的速度，并給出了適用于小顆粒情況的更好的公式。圖1-2氣泡入射光的反射和折射131313410.0284.0518420042420020000xxxnxxxxxx(1-1)2001年，Bashkatova[6]等人利用Wiscombe得到的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出球形和圓柱形粒子的光散射特性的簡單近似值。對(duì)于尺寸參數(shù)x在0-50和相對(duì)折射率m在1-1.5范圍內(nèi)的單球粒子近似求解，得到非吸收球Mie散射的效率因子，如圖1-3所示。2012年，Wang[7]等人建立了基于Mie理論的群聚氣泡光學(xué)后向散射模型，分析尾流氣泡對(duì)光脈沖散射回波的影響。根據(jù)圖1-4所示探測(cè)原理，得到氣泡群回波信號(hào)。正曲線是無氣泡的海水回波（未擾動(dòng)海水的回波），虛線是尾波回波，第三條曲線是尾波回波減去的海水回波�？梢钥闯�，當(dāng)激光束照射氣泡時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射。2016年，Sentis[8]等人在幾何光學(xué)和物理光學(xué)近似的基礎(chǔ)上，分析了模擬大氣泡光散射特性的各種現(xiàn)象，其中包括高階光線之間的干涉，Goos–Hnchen位移、隧道相位和與臨界角相關(guān)的弱腐蝕性，允許檢索洛倫茲-米理論預(yù)測(cè)的散射圖的大部分特征，為氣泡流光學(xué)特性提供新可能性。2017年，Liu[9]等人對(duì)高分辨率合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像中潛體激發(fā)的尾流進(jìn)行了仿真研究，分別分析和討論了船舶速度、形狀參數(shù)和入射角對(duì)尾流散射強(qiáng)度分布的影響，提出了一種考慮波軌道運(yùn)動(dòng)引起的多普勒效應(yīng)的雙尺度模型物理光學(xué)相位校正方法，將尾流的合成孔徑雷達(dá)（SAR）圖像模擬為潛體的大孝速度和深度的函數(shù)，為利用合成孔徑雷達(dá)傳感器探測(cè)水下物體的尾跡提供了可行性的見解。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-圖1-3不同尺寸參數(shù)x和相對(duì)折射率m時(shí)的非吸收球Mie散射的效率因子圖1-4激光在水中傳輸示意圖及模擬回波1.2.2國內(nèi)光學(xué)尾流檢測(cè)研究現(xiàn)狀相對(duì)于國外的尾流探測(cè)，國內(nèi)起步較晚。隨著國內(nèi)對(duì)激光研究的深入，藍(lán)綠激光以其在水中較小的衰減率成為光學(xué)尾流探測(cè)的首要選擇。2007年，石晟瑋[10]等人采用脈沖激光對(duì)尾流模擬氣泡幕進(jìn)行光學(xué)探測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，采用雪崩二極管電路采集系統(tǒng)作為光電接收系統(tǒng)，系統(tǒng)其裝置如圖1-5a)所示。對(duì)最遠(yuǎn)距離為7m的氣泡幕進(jìn)行探測(cè)，圖1-5b)、c)為無氣泡產(chǎn)生和有氣泡產(chǎn)生時(shí)接收到的回波信號(hào)。a)激光接收、發(fā)射位置與氣泡幕b)無氣泡產(chǎn)生c)有氣泡產(chǎn)生圖1-5脈沖激光尾流探測(cè)圖2011年，韓彪[11]基于FournierForand體積散射函數(shù)和MonteCarlo算法，仿真分析激光初始脈寬的變化在對(duì)較遠(yuǎn)距離處的尾流進(jìn)行探測(cè)時(shí)的回波影響。2012年，韋文濤[12]根據(jù)回波信號(hào)具有“雙尖峰”特性，發(fā)現(xiàn)了線偏振度信號(hào)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于自適應(yīng)后向散射濾波技術(shù)的激光雷達(dá)水下目標(biāo)探測(cè)研究[D]. 程藻.華中科技大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2977429