外差激光雷达测量水体布里渊散射可行性研究
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国 家 九五 拄 攻 关 项 日(59 20 0 j 科 9—2 30 5 和教 育部 博 士 点基 金 傈 翘 (7 4 3 3 资 助 90 9 0 ) 收 穑 日期 :o ]0 -9 修订 日期 :O l叫 1 Z o 21 { 20_ 8 刘 盎博 , , 2年 1 月 出 生 , 七 。 男 17 9 1 博 责 任 怍 者
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Y.E r mey等详 细分析 了非相 干激 光雷达现 场测 量海 水布里 渊散射 的精 度 。 随后 又研究 了利
用c .I .Kob等提 出的边缘技 术测量 海水布 里渊 散射 剖面的方 法 。理 论分 析和初 步 实验 r
光谱 仪光谱 测量精 度很 高 , 以它 可以精确 测 定布里 渊散射 的全谱 但 是 , 所 因采用光谱 扫 描方 式 测量 . 量周期 长 , 测 难以用 于现场 测量 9 代初 , 0年 G.D ne Hi ma ail c n和 Jh k o nM.Hadn rig
等 分析 了利 用机 载非 相干激 光雷达 现场测 量 海水布 里渊散射 的方 法’ 7 , D.F y和 。,1 9 年 E. 9 r
示 :
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其 中 , 为水 体布 里渊 散射频 移 . 为入射 光波频 率 为水 中声速 , △ 为入 射光束 与 布里
渊 散射 光束 的夹角 , c为光速 . n为水体 折射率
通过 测量 水体布 里渊散 射频 移 , 以 计算 出水 中声速 进而 , 用水 中声速 与水体温 度 的 可 利 关 系 , 以计算 出水体 温度 ( 可 水体 盐度和折 射率 变 化影响很 小 ) 困可 以通过遥 测 获得较高 的 水 。
附近 时 , 如果 水 温 的精 度 为 ±2 盐 度 的精 度 为 ± 1 则 4 3 c, , . MHz的 布 里渊 散 射 频 穆 对 应 下 ] s m/的声速 精度 口 ] 水体布 里渊散 射 的实验 室测量 方法 是利 用扫 描式 F b yP rt a r eo 光谱 仪 实现 。F b yP rt a r eo
关键词
外差激光雷达 ; 水体布里滞散射; 产( 原 分子 ) 振滤波器 共
P 2 . 25 1 文章编号 t 0 8 2 2 0 ) 11 90 O 11 6 (0 2 0 3 6
中图法分类号
水体布 里渊散射 足 入射 光与水 中声场 相互 作 用产 生的 ,水体布 里渊 散射 频移可 由 F 表 式
穆, 可得到承体声速 或温度
文中刊 两条 I 吸收线锁定激光输 出频率 , 产生稳 定的频 差约 为
7 5 Hz G 发射激光和激光 本振 通过 对。1 吸收线 稳定度 、 光频率 稳定度 、 。 激 系统信噪比和反演精
度 的 分 析 和 计 算 机 模 拟 , 出 水 体 漂 度 2 n 以 内 水 体 布 里 渊 散 射 频 穆 的 测 量 误 差 可 以 控 制 在 碍  ̄- l 25 .MHz 内 , 到 水 中 声速 0 6 s 温度 0 1 以 达 . m/ 或 . C的 测 量精 度
结果 表 明 、 用该 方法 可 以测量 o 0m 水体布 里 _散 射剖 面 , 利 ~10 渊 海水声速 的测 量精 度为l s m/。
激 光外差 检测是 一种 成熟 的技术 , 目前 已成功 应用于激 光 D p lr 风雷 达 中" 。在外差 o pe 测 ] 激 光雷 达 中 , 发射 激 光 的频 率与 激 光本 振的 频率相 差 一 般不超 过 几 十 MHz 可以通 过 声 光或 , 电光调制 实现 的 。 如果 使 用外差激 光雷达 测 量水体 的布里 渊散 射 , 须使频 差达7 5 Hz 圜 但 必 .G 。
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第3 2卷
第 1 期
青 岛 海 洋 大 学 学 报
J OU RNAI OF OCEAN UNI VERS TY F Q[ DAO I O NG J n .2 0 a 02来自20 0 2扭 1 月
外差 激 光 雷达 测 量 水体 布里
的测 量水体 布里 渊散 射的 外差 激光雷 达 系统 , 并利用 合理 的系统 参数分 析和 模拟 此激 光 雷达
系统 的可行性和 测量精 度 。
l 测 量原 理 及 系 统
原子 ( 分子 ) 共振 滤波 器是 8 0年代 末发 展成熟 的一 类超 窄带光学 滤波 器 该 类滤 波器利 用的是原 子或 分子 固有 的 光谱 吸收特性 , 光谱 吸收线 的峰值 位置 是 固定不变 的 , 吸收线 的宽度
75 .GHz 的频 差太 大 , 在一台激 光器 中难 以用吉光 或 电光调 制技术 实现 。 作者 建议 用两 台 激光器 分 别产生激 光 本振和 发 射激 光 、 通过 将两 束 激光 分 别锁 定在选 定
的”I 吸收 线上 实现发射激 光和 激光 本振稳 定的 7 5 Hz 差 。在此 基础 上 . 文提 出一种 新 G 频 本
渊散 射 可行 性 研 究
刘釜祷 阵卫 束1奎 誓深¨ 、
情 岛 海 洋大 学 海 洋 遥 感 教 育部 重 电实 验 室 . 岛 , 60 3 青 260 )
摘
要 该 文分 析 外 差 激 光 雷 达 测 量 小 体 布 卫渊 散 射 的 可 行 性 。借 助 测 量 水 体 布 里 渊 散 射 的频
中声速 或温度 测量精 度 . 体布 里渊散射 的测 量 日益受到重 视 。 水 研 究结 果表 明 : 的 布里渊散 射 峰值 位 r激发 波长大 约 士7 5 水 .GHz , 处 其光谱 的半高 全宽 (WHM ) F 约为5 0 0MHz 水 温变化 1 『 的布 里渊散射频 移约为 2MHz。 声速 在 10 m/ 。 起 c 5 [。 2 0 s 5