水下非均匀光场光源波长特性研究

论文摘要

我国海域辽阔,油气资源丰富,水下石油管线大部分在大陆架浑水区。20世纪应用于水下的普通照明光和激光都属于均匀光照明,它们在近距离范围内照射,散射粒子会产生严重的后向散射噪声,影响了图像清晰度,限制了探测距离。因此发展浑水中的观察技术,已经成为海洋开发技术中的重要环节之一。目前国内外在解决水下观察问题时采用激光水下成像技术,为了消除散射光的背景噪声,以提高成像距离和成像质量,一般采用散射光依靠时间分离的距离选通和散射光依靠空间分离的同步扫描的两种基本方法。虽然在一定程度上有效的减小了后向散射光的影响,但是存在盲区大、景深小及设备体积、重量、耗电量大的缺点。而最新提出的非均匀光场理论及集束光源水下目标图像探测系统能够在水下有效的降低后向散射光的影响,提高成像距离和效果。本文基于光在水下的传输特性以及非均匀光场理论进一步探讨在高浑浊度的水质条件下,采用不同波长的集束光源进行照明,对系统成像效果和作用距离的影响,通过理论计算和水池实验表明,在浑浊水质下,各种集束光的探测距离差别不大,因此该水质对光的散射效应远远大于吸收效应,光源的波长对成像效果影响不大。这对今后集束光源进行浑浊水下探测时系统光源的选取具有指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 光在水下的传播
• 1.1 光在水中的衰减
• 1.2 光的散射
• 1.2.1 水对光的散射
• 1.3 激光在水中的传输特性
• 1.4 本章小结
• 2 波长与当前水下目标探测系统的关系
• 2.1 声纳探测
• 2.2 普通光源照明
• 2.2.1 普通水下光源、接收器系统
• 2.3 偏振技术
• 2.4 激光光源
• 2.5 蓝绿激光水下应用现状
• 2.5.1 对蓝绿激光光源的要求
• 2.6 两种传统的激光水下目标探测方法
• 2.6.1 距离选通法
• 2.6.2 同步扫描法
• 2.7 目前使用的水下目标激光探测系统
• 2.7.1 激光水下同步扫描系统
• 0）同轴同步扫描半导体激光系统'>2.7.1.1 低功率、大视角（水下 90⁰）同轴同步扫描半导体激光系统
• 2.7.1.2 大功率瓦级氩激光异轴同步扫描系统实验
• 3 水下非均匀光场光源波长特性的研究
• 3.1 均匀光场中散射光对水下成像清晰度的影响
• 3.2 非均匀光场水下目标图像探测方法
• 3.2.1 非均匀光场理论和技术发展背景
• 3.2.2 集束光源非均匀光场理念
• 3.2.3 非均匀光场分布函数的推导
• 3.2.3.1 目标反射光功率计算公式
• 3.2.3.2 非均匀光场的分布函数
• 3.2.4 光源波长特性对水下非均匀光场影响的理论分析
• 3.2.5 水下非均匀光场中光源波长对能量能见度的影响
• 3.2.6 水下非均匀光场中光源波长对衬度能见度的影响
• 3.3 本章小结
• 4 实验
• 4.1 实验装置
• 4.2 系统技术指标
• 4.3 水池实验环境
• 4.3.1 水池实验系统参数测定
• 4.3.2 观测目标
• 4.3.3 测透明度方法
• 4.3.4 观测景深的测定
• 4.4 观测结果
• 4.5 实验结论
• 5 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文