海洋光学系统中的时空方法

发布时间：2024-11-01 23:58

　　 海洋光学系统在海洋探索、开发和监测中起到了越来越重要的作用。水下无线光通信、水下激光雷达是两种迅速发展且有良好应用前景的海洋光学系统。水下无线光通信凭借高速率与低延迟的特点在中短距离应用中成为理想的通信选择;水下激光雷达在获取地理信息、目标探测等应用中也是常用的高精度、高效率的观测方法。然而,海水信道的复杂光学特性为海洋光学系统性能的进一步提升带来了挑战。在海水信道中,不仅吸收与散射作用较强,而且信道中可能有湍流、气泡等动态变化的干扰因素。为应对这些挑战,一方面可通过时间或空间方法提高信噪比;另一方面,时空信息转换的方法有利于提升系统的性能。文中对以上解决方案进行综述,并指出海洋光学系统的发展趋势。

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【部分图文】：

在LiDAR技术中，三角法、相位法和飞行时间法是水下测距可选择的方案。三角法通过几何计算获得距离信息，在短距离内有较好的精度。但在较远处，目标距离的增加带来的角度变化率减小，精度也随之急剧下降[19]。相位法通过测量高频调制的光信号往返的相位变化，根据光波长与介质折射率计算出传播....

除了以上方法，多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output,MIMO)配置利用了空间资源，增强了系统在光束指向上的容错性[43]，也可以避免水下生物遮挡光束导致整个链路失效的情况发生[44]。MIMO配置的另一个优点是对单个发射器件的功率要求低，这也....

在时刻鉴别过程中另一项重要的工作是排除后向散射的干扰。后向散射信号在特征上与目标信号类似，但在时间上更提前，强度上也更高。距离选通技术原理如图2所示，利用仅在回波信号返回的附近时段内有效工作的探测器件有效地抑制了散射信号的干扰[23]。20世纪90年代，美国海军使用选通时间低至1....

以上两种探测器利用时空信息的转化在水下光学应用中表现出了优良的性能。条纹管把根据距离信息获取的时间信息利用偏转的方式重新还原为空间信息，避免了对时间的直接测量，提高了探测的分辨率。SiPM通过检测信号的空间分布弥补单个SPAD器件不良的时间特性，在保持高灵敏度的同时也有利于空间对....

本文编号：4008698