[发明专利]瑞利散射海洋激光雷达系统

说明书

该发明公开了一种基于瑞利散射的海洋激光雷达的设计方法和装置。该方法通过测量水体的瑞利散射信号来探测水中的物体，该方法包括探测水中物体的有无以及位置大小。该方法通过改变成像系统的延迟和门宽判断物体的位置。其装置主要包括脉冲激光器、发射透镜组、成像大镜头和ICCD。

技术领域

本发明属于海洋激光雷达领域，具体涉及通过测量水体的瑞利散射信号来探测水中物体的方法和装置。

背景技术

激光雷达是用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备，是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式，由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波两种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为直接反射、米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。

在海洋激光雷达领域，目前主要的有两种技术：大功率面光源直接成像技术和高重复频率脉冲激光扫描探测技术，各自都有商用产品被开发出来。然而这种激光雷达都是基于对目标的反射、散射信号直接测量，如果被测目标本身反射率很低，这类方法都将失效。刘大禾、石锦卫等人先后提出了用海水的布里渊散射信号的有无来探测目标的存在，不再依赖于目标自身的反射，从原理上突破了目标反射率低的问题。然而无论是自发布里渊散射还是受激布里渊散射，其散射截面都比较低；自发信号不但弱，距离分辨率还很差，受激散射信号在泵浦光强较强时信号还可以，但随着距离增加信号变得非常不稳定，虚警率增加。

发明内容

本发明目的是提供一种基于瑞利散射的海洋激光雷达的设计方法和装置。该方法通过测量水体的瑞利散射信号来探测水中的物体，该方法包括探测水中物体的有无以及位置大小。通过探测水体的瑞利散射回波信号，并对散射信号进行成像，通过水体的瑞利散射信号的变化来判断水中是否存在物体。当探测到的瑞利散射信号突然变得很微弱时，说明探测水域存在物体；当探测到的瑞利散射信号符合水体正常衰减规律，说明探测水域不存在物体。通过改变成像系统的延迟和门宽判断物体的位置。

本发明所述的瑞利散射海洋激光雷达设计装置包括脉冲激光器、发射装置、收集装置、望远镜系统、数字延迟器和ICCD。

本发明解决的技术问题方案是：532nm激光器发射激光信号，输出的激光经过发射装置准直扩束后会聚得到会聚光，入射到待探测水域，通过收集采集反射瑞利散射回波信号，最后通过望远镜系统和ICCD对得到的散射信号成像。

本发明的特点在于：一、该方法通过测量水体的瑞利散射信号来探测水中的物体，通过收集到的瑞利散射回波信号来判断水中是否存在物体，由于水体本身的瑞利散射信号受环境干扰小，探测所得到的瑞利散射信号能够很好地判断水中是否存在物体，与目标自身的反射率无关，具有信噪比大的特点。二、该方法通过数字延迟器改变成像系统的延迟和门宽来判断物体的位置。

附图说明

图1：瑞利散射海洋激光雷达的装置原理图

图2：12m处的水体的瑞利散射信号；

图3：12m处放上物体后获得的物体表面反射的瑞利散射信号；

图4：11.4m处放上物体后获得的瑞利散射信号。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的详细实施例作，但本实施例并不限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。