[发明专利]一种水下收发的分离式水体探测激光雷达

说明书

本发明提供一种水下收发的分离式水体探测激光雷达，所包括的发射望远镜和接收望远镜设置在密闭双轴旋转扫描装置中，且放置在水面下方，分离式水体探测激光雷达的其他组成部分设置在水面上方，二者通过光纤线缆在光路上相连接。本发明的激光出射和回波接收均在水体中进行，因此不需要对回波信息进行大气校正，也不需要考虑波浪的影响和海气界面的干扰，太阳和天空背景噪声小，不仅可以降低信号处理的难度，而且可以提高回波信号提取和水体参数反演的精度。此外，通过在不同水体深度放置收发望远镜阵列，能够探测海洋中粒子下降过程中性质和大小的演变情况，实现海洋碳汇过程的定量描绘，同时也可实现生物种群在海洋中的分层信息探测。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种水下收发的分离式水体探测激光雷达。

背景技术

激光雷达可穿透水体，从而获得精确的水体上表层信息。现有的水体探测激光雷达基于船载、机载或星载平台，可进行大范围海洋水体信息的探测。

但是，由于此时激光出射和回波接收望远镜位于水面以上，激光从望远镜出射后需要经过大气和海气界面最终入射到水体中，回波信号也同样需要经过海气界面和大气最终被望远镜接收。因此，当提取回波信号和反演水体参数时，1)需要对回波信号进行大气校正，2)需要考虑波浪的影响和海气界面的干扰，不仅增加信号处理的难度，而且影响回波信号提取和水体参数反演的精度。3)存在方位盲区，无法实现水体中全方位角扫描，也无法实现水体分层扫描，激光探测深度也有限。

为克服上述困难，对于船载水体激光雷达而言，理想的激光直接位于水面以下，从而实现可全方位扫描的水体光学参数提取，但其存在技术瓶颈，1)如果将整个系统都放入水体中，体积庞大，整个系统密闭很困难；2)系统放入水体中之后，无法对系统内的模块进行调整；3)系统包含有源器件，系统供电困难；4)系统体积大，重量重，在水体中扫描困难。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，提供一种水下收发的分离式水体探测激光雷达，将发送望远镜/接收望远镜与激光雷达其他部分分离，两部分通过光纤线缆相连接，不仅克服了密闭和供电的问题，还实现了水下全方位扫描和分层探测。

本发明采用如下技术方案：

一种水下收发的分离式水体探测激光雷达，包括设置在水面上方的准直耦合器、窄带滤波器、探测器、采集模块和计算模块，还包括设置在水面下方的发射望远镜、接收望远镜和密闭双轴旋转扫描装置；所述发射望远镜和接收望远镜设置在所述密闭双轴旋转扫描装置内；

蓝绿波段激光经准直耦合器耦合入光纤，并通过所述发射望远镜入射到水体中；激光与水体相互作用产生的回波信号通过所述接收望远镜接收，并通过光纤传输至窄带滤波器，所述回波信号经窄带滤波器滤波之后进入探测器，所述探测器将所述回波信号转换成电信号，所述采集模块采集所述电信号，所述计算模块对所述电信号进行处理后反演获得水体探测信息。

优选的，所述发射望远镜和接收望远镜为收发同轴望远镜，且所述发射望远镜和接收望远镜共用；

所述分离式水体探测激光雷达还包括光信号分路模块；所述光信号分路模块与所述收发同轴望远镜相连接以控制收发信号在不同光路的传输；所述准直耦合器通过第一光纤与所述光信号分路模块相连接；所述收发同轴望远镜通过第二光纤与所述光信号分路模块相连接；所述窄带滤波器通过第三光纤与所述光信号分路模块相连接。

优选的，出射激光为微脉冲激光，其单脉冲能量小，峰值功率较低，可实现空间光到光纤的耦合而不至于高峰值功率激光烧坏光纤端面，同时耦合的光纤端面尽量采用大纤芯的光纤，从而尽量减小激光在光纤中传输的非线性效益。

优选的，所述收发同轴望远镜包括一个及以上；每个所述收发同轴望远镜设置在一个所述密闭双轴旋转扫描装置内。

优选的，所述收发同轴望远镜包括一个时，所述光信号分路模块包括光纤环形器。