抑制海水后向散射噪聲的方法
發(fā)布時(shí)間:2016/2/19 20:46:50 訪問次數(shù):1550
利用激光雷達(dá)進(jìn)行海洋探測,存在的最大問題是,光通過海水信道時(shí)會(huì)被高度散射,GA1050海水的后向散射尤為嚴(yán)重。后向散射光來自海水中大量的懸浮顆粒和水分子,它們使得部分激光能量未到達(dá)目標(biāo)就被反射到激光雷達(dá)的接收系統(tǒng)。在光學(xué)信號(hào)接收端,后向散射光形成了強(qiáng)烈的背景噪聲電平,致使探測目標(biāo)的分辨率降低,對(duì)比度變差。來自其他光源(如太陽)的散射光也能產(chǎn)生探測器噪聲電平,但相比海水后向散射噪聲要小得多。因此,在激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測和水下目標(biāo)探測中,抑制海水的后向散射是核心問題。
抑制海水后向散射的現(xiàn)有技術(shù)可歸納為三種基本方法,即空間濾波法、偏振光檢測法和時(shí)間門控法。圖12.18所示是抑制散射的幾種技術(shù)。圖12.18 (a)所示是空間濾波法,其原理是,根據(jù)多次散射的光子會(huì)朝隨機(jī)方向傳播,未經(jīng)散射或散射程度較小的光子則以直線或準(zhǔn)直線傳播。當(dāng)探測距離較長時(shí),那些多次散射的光子就很容易遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離幾何光學(xué)所表示出的光束路徑;谶@一現(xiàn)象,可以通過縮小景象接收視場以及降低接收器活動(dòng)區(qū)域的方法,讓多次散射光落在接收機(jī)視場之外,從而減小散射光子對(duì)目標(biāo)分辨率的影響。在實(shí)際應(yīng)用中,將發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)分離,經(jīng)校準(zhǔn)的探測光束和狹窄的景象接收?qǐng)霰辉O(shè)置在一個(gè)很遠(yuǎn)的點(diǎn)相交,以限制發(fā)射光束和景象接收?qǐng)龅墓矃^(qū)域,從而使到達(dá)光學(xué)接收機(jī)的散射光盡可能減小。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是,必須將發(fā)射光束和景象的接收?qǐng)鲈谶h(yuǎn)程目標(biāo)上保持同步逐一掃描,同步掃描技術(shù)的實(shí)現(xiàn)非常困‘難,同時(shí)嚴(yán)重降低了系統(tǒng)搜索速率,尤其是在海洋探測這種大面積監(jiān)測的應(yīng)用背景下,空間濾波法的搜索速率難以滿足要求。
利用激光雷達(dá)進(jìn)行海洋探測,存在的最大問題是,光通過海水信道時(shí)會(huì)被高度散射,GA1050海水的后向散射尤為嚴(yán)重。后向散射光來自海水中大量的懸浮顆粒和水分子,它們使得部分激光能量未到達(dá)目標(biāo)就被反射到激光雷達(dá)的接收系統(tǒng)。在光學(xué)信號(hào)接收端,后向散射光形成了強(qiáng)烈的背景噪聲電平,致使探測目標(biāo)的分辨率降低,對(duì)比度變差。來自其他光源(如太陽)的散射光也能產(chǎn)生探測器噪聲電平,但相比海水后向散射噪聲要小得多。因此,在激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測和水下目標(biāo)探測中,抑制海水的后向散射是核心問題。
抑制海水后向散射的現(xiàn)有技術(shù)可歸納為三種基本方法,即空間濾波法、偏振光檢測法和時(shí)間門控法。圖12.18所示是抑制散射的幾種技術(shù)。圖12.18 (a)所示是空間濾波法,其原理是,根據(jù)多次散射的光子會(huì)朝隨機(jī)方向傳播,未經(jīng)散射或散射程度較小的光子則以直線或準(zhǔn)直線傳播。當(dāng)探測距離較長時(shí),那些多次散射的光子就很容易遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離幾何光學(xué)所表示出的光束路徑;谶@一現(xiàn)象,可以通過縮小景象接收視場以及降低接收器活動(dòng)區(qū)域的方法,讓多次散射光落在接收機(jī)視場之外,從而減小散射光子對(duì)目標(biāo)分辨率的影響。在實(shí)際應(yīng)用中,將發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)分離,經(jīng)校準(zhǔn)的探測光束和狹窄的景象接收?qǐng)霰辉O(shè)置在一個(gè)很遠(yuǎn)的點(diǎn)相交,以限制發(fā)射光束和景象接收?qǐng)龅墓矃^(qū)域,從而使到達(dá)光學(xué)接收機(jī)的散射光盡可能減小。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是,必須將發(fā)射光束和景象的接收?qǐng)鲈谶h(yuǎn)程目標(biāo)上保持同步逐一掃描,同步掃描技術(shù)的實(shí)現(xiàn)非常困‘難,同時(shí)嚴(yán)重降低了系統(tǒng)搜索速率,尤其是在海洋探測這種大面積監(jiān)測的應(yīng)用背景下,空間濾波法的搜索速率難以滿足要求。
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