海面溢油机载多通道激光雷达系统硬件设计与实验

论文摘要

作为海面溢油遥感监测领域的一项前沿技术,海面溢油机载多通道激光雷达监测系统具有实时、高效、测量准确等优点,能够对海面油污种类进行鉴别,并可以提取油膜厚度信息。在国际上,美国、德国、加拿大等发达国家已成功将这种雷达监测系统业务化应用。中国海洋大学海洋遥感研究所于2006年承担国家863资源环境技术领域专题课题“机载多通道激光雷达海面油污染监测技术”,研制用于海面油污染物监测的机载多通道激光雷达监测系统(MOFLSOS)。本论文主要基于该课题研究,完成机载激光雷达多通道海面溢油监测系统硬件结构的研制和该系统的溢油探测实验。该系统硬件结构的主要特点是采用单激光器实现有效的油膜荧光探测、应用模块化的系统结构实现设备的简易操作,利用发射和接收同轴结构提高系统的信号探测性能。论文第二章的硬件部分详细介绍了设备参数、硬件设计的原理和思路,并重点对雷达的同轴光路结构和多通道光电转换系统进行说明。通过实验室实验、高台实验和机载实验,研究MOFLSOS系统的海面油膜探测性能。在实验室环境中,对油样品的荧光光谱进行测量并加以分类,为雷达系统提供油荧光光谱匹配库；对水面油膜荧光的探索实验中,利用光谱匹配和Raman信号的衰减,对水面油膜种类和厚度的识别进行了探索性实验。为了保证机载实验的顺利进行,通过高台实验对近岸水域中的目标探测,检验系统性能。2009年10月16日,海面溢油机载多通道激光雷达系统成功完成了飞行实验,但因当天在实验海域未发现溢油区域,所以将其测量数据与MODIS卫星观测的叶绿素浓度数据进行初步对比,结果表明该系统测量数据的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 海面溢油机载激光雷达监测系统的基本原理和发展
• 1.1 机载激光雷达海面溢油监测的基本原理
• 1.2 机载激光雷达溢油监测系统的发展动态
• 1.3 机载激光雷达溢油监测系统的发展趋势
• 2 机载多通道激光雷达溢油监测系统硬件结构及设计
• 2.1 同轴发射与接收系统
• 2.2 多通道光电转换系统
• 2.3 数据采集系统
• 2.4 雷达系统硬件参数
• 3 溢油探测实验室实验
• 3.1 油荧光光谱测量实验
• 3.2 水面油膜荧光探测实验
• 3.3 水面油膜厚度探测实验
• 4 海面溢油多通道激光雷达监测系统高台实验
• 4.1 高台系统测试实验
• 4.2 实验结果与分析
• 4.3 高台实验结论
• 5 海面溢油机载多通道激光雷达监测系统飞行实验
• 5.1 机载实验设置
• 5.2 实验数据处理
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 飞行实验结论
• 6 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历
• 发表的论文
• 研究成果