[发明专利]一种基于混沌激光装置及其相关法的航道水深测量方法有效
申请号: | 201510153610.X | 申请日: | 2015-04-02 |
公开(公告)号: | CN104749579B | 公开(公告)日: | 2017-08-25 |
发明(设计)人: | 张建忠;王云才;李璞;张明江;王安帮;张明涛;蔺璐 | 申请(专利权)人: | 太原理工大学 |
主分类号: | G01S17/88 | 分类号: | G01S17/88 |
代理公司: | 太原科卫专利事务所(普通合伙)14100 | 代理人: | 戎文华 |
地址: | 030024 山西*** | 国省代码: | 山西;14 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 混沌 激光 装置 及其 相关 航道 水深 测量方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种激光雷达测深的航道水深测量方法,具体是一种基于混沌激光装置及其相关法的航道水深测量方法,属于水下探测技术领域。
背景技术
水运航道是基础设施,水运航道建设不仅促进了水运事业的发展,而且在国际贸易不断发展的背景下,其经济作用日益突出。为了确保航道通航安全,对航道水深的测量至关重要。
现有航道水深的测量方法主要有:单波束声纳技术,多波束声纳技术,基于多光谱的遥感探测技术,基于微波的遥感探测技术,以及机载激光雷达技术。
单波束和多波束声纳技术,其原理都是利用水声换能器发射和接收声波信号,根据波束在水中的往返时间以及声速确定水深。相对于单波束,多波束声纳测深技术探测范围更广、测量效率和测量精度更高,已成为海底地形测量最广泛使用的探测技术。例如,德国的L3 ELAC Nautk公司已研制出了多波束声纳Seabeam系列产品,最大测深达到11000米。挪威的Kongsberg Maritime公司已生产出DDS9000多波束声纳探测系统,最大测深为1000米。
多光谱遥感测深技术,就是利用卫星上可见光或近红外波段的两个以上的光谱通道的传感器对浅水区域进行同步成像的一种遥感技术,通过对水面反射的若干光谱段的电磁波信息的接收和记录,从而提取出浅水区域的水深信息。例如,澳大利亚昆士兰大学近来利用Quickbird卫星记录的多光谱数据,对该国的摩顿湾进行了水深和水下地形的测图(Remote Sensing, 3, 42-64, 2011)。我国内蒙古大学利用Landsat卫星记录的多光谱遥感信息反演了我国乌梁素海浅水湖泊的水深(水科学进展,20(1), 111-117, 2009)。
对于微波遥感测深技术,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种主动式的微波成像雷达,通过获得浅水区域后向散射强度的图像,反演计算浅水区域的水深。目前研究影响较大的浅海水深SAR遥感探测技术是荷兰科学家Calkoen等人采用迭代方式建立的“水深估测系统”,并在反演浅海区域的水深值时获得了较高精度(INT. J. Remote Sensing, 22(15), 2973-2998, 2001)。
机载激光雷达技术作为多波束声纳测深技术的补充,在浅水区域的水深测量方面显示出独特的优势。例如,美国国家航空航天局NASA研发成功了EAARL激光雷达系统,其测深范围为0.3-26米,已完成了加利福尼亚州克拉玛斯河的测量(Journal of the American Water Resources Association, 49(1), 183-204, 2013)。中国科学院上海光机所和海军海洋测绘研究所已完成了机载激光测深系统样机的研制,其测深范围0.5-50米,测深精度为±0.3米(海洋测绘,34(2), 72-75, 2014)。
对于上述测量航道的水深方法,单波束和多波束声纳测深技术主要应用在深水区域,特别是在几百米以上的水域,其测深能力无法匹敌。然而,对于浅水区域,由于温跃层对声场分布影响很大,致使声速的确定只能通过经验模型的计算获得,使得利用声纳技术测量浅水水深会有很大的误差。尽管个别多波束声纳系统已实现了对浅水水深的测量,但算法复杂,耗时量大,不便于快速反应和现场决策。甚至在周围环境变化很大的浅水区域,现有的经验模型通常会失效,从而测得了错误的水深信息,这会严重危及到航道的通行安全。
多光谱和微波遥感探测技术能够反演浅海水域的水深,但都需要建立图像信息与海洋物理和大气参数之间复杂的相关模型。由于它们之间存在着较复杂的非线性关系,导致最终建立的相关模型也有着较大的不确定性。因而,模型的误差较大,对不同的水体实用性较差。另一方面,由于水体受波浪、潮汐与海流的影响较大,采用上述两种遥感探测技术要想达到10%以内的相对测深精度是比较困难的。
激光雷达测深技术能够用于测量浅水区域,并在实际的测量中得到了应用。但该技术主要是基于脉冲飞行法,由于自身原理的缺陷,这种技术存在0.5m左右的测深盲区,其最浅测深能力受到极大限制。而且,对于该技术,水下目标的距离分辨率与探测深度存在着无法调和的矛盾,其距离分辨率是由探测脉冲的宽带决定,目前采用的脉冲宽度通常为5~10ns,对应的距离分辨率大约为1.1m左右。为了提高距离分辨率,需采用脉宽更窄的探测脉冲,但这样会明显降低探测脉冲的能量,进而减少了可探测的深度。
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于太原理工大学,未经太原理工大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201510153610.X/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。