目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.1.1 背景 1
1.1.2 水深探測回顧 1
1.1.3 衛(wèi)星多光譜測量水下地形 2
1.1.4 聲吶測量水下地形 3
1.1.5 水深探測激光雷達 7
1.2 激光雷達水深測量發(fā)展與現(xiàn)狀 9
1.2.1 國外發(fā)展歷程 10
1.2.2 國內(nèi)發(fā)展歷程 14
1.3 激光雷達水深測量系統(tǒng)組成 18
1.4 本章小結(jié) 19
參考文獻 20
第2章 單波段激光雷達水深探測原理 24
2.1 引言 24
2.2 單波段激光脈沖不同介質(zhì)傳輸理論 25
2.2.1 大氣中激光傳輸理論 25
2.2.2 大氣–水界面激光傳輸理論 26
2.2.3 水下激光傳輸理論 27
2.3 最大測量水深預測模型的構(gòu)建 30
2.3.1 水下最大測深與系統(tǒng)衰減系數(shù)的經(jīng)驗模型 30
2.3.2 水下最大測深與系統(tǒng)模型參數(shù)的選擇 32
2.3.3 最大測量水深預測模型的耦合 34
2.3.4 最大測量水深預測模型的誤差分析 40
2.4 最大測量水深預測模型的驗證 40
2.4.1 背景噪聲功率和有效接收功率交叉對比驗證 40
2.4.2 最大測量水深預測模型對比 43
2.4.3 最大測量水深預測 44
2.5 本章小結(jié) 49
參考文獻 49
第3章 單波段激光雷達發(fā)射光學系統(tǒng) 51
3.1 引言 51
3.2 發(fā)射光學設(shè)計理論 51
3.2.1 開普勒準直擴束裝置 52
3.2.2 伽利略準直擴束裝置 54
3.2.3 反射式光楔掃描理論 56
3.3 激光器及其選型 57
3.3.1 激光器選擇 57
3.3.2 激光能量的測試 60
3.4 掃描系統(tǒng) 64
3.4.1 激光掃描原理 64
3.4.2 光學掃描器件和電機選型 66
3.4.3 掃描電機控制系統(tǒng) 67
3.5 本章小結(jié) 72
參考文獻 73
第4章 單波段激光雷達光學接收系統(tǒng) 74
4.1 引言 74
4.2 單波段激光雷達多通道分視場理論 75
4.2.1 淺海測量最優(yōu)視場（FOV）理論 75
4.2.2 各通道探測器光學參數(shù)分析 78
4.3 接收光學物鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計 82
4.3.1 柯克三片式物鏡 82
4.3.2 施密特–卡塞格林物鏡 87
4.3.3 離軸四反射式物鏡 91
4.3.4 物鏡鏡頭的對比與選擇 93
4.4 接收光學目鏡選擇及設(shè)計 94
4.4.1 單透鏡目鏡 94
4.4.2 雙透鏡目鏡 95
4.5 光學接收系統(tǒng)雜散光抑制結(jié)構(gòu)設(shè)計 96
4.5.1 雜散光來源分析 96
4.5.2 雜散光抑制方法 98
4.5.3 雜散光抑制光機結(jié)構(gòu)設(shè)計 100
4.6 接收光機系統(tǒng)雜散光抑制模擬驗證 103
4.7 接收光學系統(tǒng)雜散光抑制實現(xiàn) 106
4.8 本章小結(jié) 115
參考文獻 115
第5章 單波段激光雷達回波信號探測 117
5.1 引言 117
5.2 探測器 118
5.2.1 雪崩二極管（APD） 118
5.2.2 光電倍增管（PMT） 119
5.3 射頻放大電路設(shè)計與實現(xiàn) 121
5.3.1 低噪聲射頻放大電路設(shè)計與實現(xiàn) 121
5.3.2 二級射頻放大電路設(shè)計與實現(xiàn) 125
5.4 PMT增益控制設(shè)計與實現(xiàn) 137
5.4.1 基于FPGA的PMT增益遠程控制方法 137
5.4.2 基于FPGA的PMT增益自適應反饋控制 140
5.5 本章小結(jié) 151
參考文獻 151
第6章 單波段水深測量激光雷達綜合控制系統(tǒng)與整機集成 153
6.1 引言 153
6.2 工作原理 153
6.2.1 激光雷達主控系統(tǒng)工作原理 153
6.2.2 高速數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)工作原理 154
6.3 綜合控制技術(shù)及軟硬件模塊設(shè)計 155
6.3.1 高精度時序同步技術(shù) 155
6.3.2 光軸穩(wěn)定技術(shù) 161
6.3.3 高速數(shù)據(jù)采集硬件模塊 163
6.3.4 高速高精度實時采集軟件設(shè)計 166
6.4 單波段激光雷達整機系統(tǒng)集成 170
6.4.1 單波段激光雷達整機系統(tǒng)組成部分 170
6.4.2 單波段激光雷達整機系統(tǒng)集成實現(xiàn) 175
6.5 單波段水深測量激光雷達驗證 181
6.5.1 系統(tǒng)功能測試 181
6.5.2 水深測量驗證試驗 187
6.6 本章小結(jié) 198
參考文獻 199
第7章 回波信號波形分解 201
7.1 引言 201
7.2 波形分解的基本原理與算法 201
7.2.1 基于數(shù)學模擬法的波形分解 202
7.2.2 基于反卷積法的波形分解 204
7.3 五種波形分解算法的對比分析 206
7.3.1 研究數(shù)據(jù) 206
7.3.2 波形分量數(shù)量的對比分析 207
7.3.3 波形分量位置的對比分析 208
7.3.4 波形分量參數(shù)的對比分析 210
7.3.5 分解精度的對比分析 212
7.3.6 分解速度的對比分析 213
7.4 高斯拐點波形分解方法 213
7.4.1 高斯拐點選擇原理 213
7.4.2 分解后參數(shù)優(yōu)化 217
7.4.3 優(yōu)化后參數(shù)擬合 217
7.4.4 擬合后波形分量分類 219
7.5 高斯拐點分解方法的驗證與分析 221
7.5.1 高斯拐點分解方法驗證 221
7.5.2 參數(shù)優(yōu)化結(jié)果分析 228
7.6 本章小結(jié) 235
參考文獻 236
第8章 單波段激光雷達測試場和驗證 239
8.1 引言 239
8.2 室內(nèi)測試及驗證 239
8.2.1 激光雷達功能測試 239
8.2.2 水槽測試 241
8.2.3 游泳池驗證 245
8.3 室外不同場景測試場與驗證 247
8.3.1 水井測試場 247
8.3.2 人工水池測試場 248
8.4 自然池塘測試場 251
8.5 自然河流測試場 253
8.6 自然海域測試場 254
8.7 本章小結(jié) 256
參考文獻 256