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天津大學(xué)海洋學(xué)院聲光探測團隊在水下激光雷達探測領(lǐng)域取得新進(jìn)展
來(lái)源:傳感器專(zhuān)家網(wǎng)  瀏覽次數:2533  發(fā)布時(shí)間:2024-06-26

在海洋技術(shù)領(lǐng)域中,海洋探測技術(shù)是打破人類(lèi)與海洋間屏障的關(guān)鍵手段,先進(jìn)的激光雷達(LiDAR)系統和算法對水下任務(wù)包括水下定位、目標搜索和救援等方面具有重大的意義。其中距離信息作為最基本的物理參數,可視為諸多目標表征參數的基礎,在遙感以及地形地貌檢測等應用中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。
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天津大學(xué)海洋學(xué)院聲光探測團隊提出了一種基于雙光梳干涉的激光雷達系統,以實(shí)現精確的水下絕對距離測量。為了消除脈沖激光測量中的非模糊距離,采用了設計的脈沖編碼策略,利用聲光調制器實(shí)現對光信號的開(kāi)關(guān)調制,從而實(shí)現對雙光梳信號的編碼,大大擴展水下測量的非模糊范圍。這種組合在不犧牲采樣率或測量精度的情況下,顯著(zhù)擴展了雙光梳LiDAR的非模糊范圍,在重復頻率差為2 kHz的情況下,可以提高到約55 km,實(shí)現一次性精確的遠距離探測。


針對復雜水下環(huán)境下,雙光梳LiDAR信號會(huì )受到環(huán)境干擾和系統噪聲的影響的問(wèn)題,團隊提出了一種改進(jìn)的變分模態(tài)分解(VMD)方案并適用于水下雙光梳測距系統。通過(guò)考慮理想雙光梳干涉信號的類(lèi)高斯形狀和高信噪比的特點(diǎn),將灰狼優(yōu)化算法(GWO)引入VMD進(jìn)行參數優(yōu)化,并對GWO的適應度函數進(jìn)行了特殊設計。通過(guò)優(yōu)化的VMD算法,將畸變的噪聲干涉信號分解為一系列高質(zhì)量的子信號,最終選擇最佳適應度的子信號進(jìn)行信號重構。對不同條件下雙光梳信號的實(shí)驗結果表明,該方法不僅能提高干涉圖的信噪比,而且能同時(shí)恢復干涉圖的高斯形狀,能夠擴展雙光梳LiDAR的工作范圍和對非理想環(huán)境的魯棒性。


總體而言,該項工作利用光頻梳的精密測量特性,提升了水下光學(xué)探測的精度與距離,實(shí)現高精度與大范圍的海洋探測。同時(shí),能夠對探測信號進(jìn)行去噪與優(yōu)化,進(jìn)一步提升測量的環(huán)境適應性與魯棒性。該研究在水下激光雷達領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景,進(jìn)而有助于海洋形貌的高精度三維重構的開(kāi)發(fā)與實(shí)現。

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