受激布里渊散射激光雷达水下目标探测分辨率特性分析

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受激布里渊散射激光雷达探测技术在海洋生物、海底地形、海洋环境监测以及水下目标探测等方面具有广泛的应用前景。但由于激光束在水中传输能量衰减较大以及光束聚焦系统的影响,导致激光雷达探测距离和探测精度受限。针对目前受激布里渊散射激光雷达面临的问题,本文采用理论、仿真结合实验的方法,研究了光束聚焦系统对受激布里渊散射激光雷达分辨率的影响。实验系统包括Nd:YAG激光器,偏振分光镜,入/4波片,聚焦系统,水池,532nm反射镜,准直系统,F-P标准具,ICCD,脉冲发生器。实验中使用基于伽利略望远镜结构的300mm口径聚焦系统来减少激光束在水中传输过程中的能量损耗以及用来改变激光束的聚焦深度。光源选用的是大功率种子注入式Nd:YAG脉冲激光器,输出波长:532nm,线宽:90MHz,脉冲宽度:8ns,重复频率:10Hz,最大脉冲能量:4J/脉冲。实验在8~*100米的实验水池中进行,以5m的探测距离为一个深度梯度,采用一片低反射率材料构成的平板作为探测物体。通过调整望远镜系统目镜与物镜之间的间距,测试了受激布里渊散射激光雷达系统在水中不同探测距离分辨物体的能力。实验结果说明,随着光束聚焦深度的增加,激光雷达系统的分辨率持续降低。这是因为随着光束聚焦深度的增加,高斯光束的焦长也随之增加,瑞利长度也随之增加,因为大部分的激光能量聚焦在瑞利长度范围内,从而导致SBS信号在水中焦点附近激发的位置范围也随之增加,因为SBS激光雷达系统是基于SBS信号的有无来判断水下目标是否存在,所以这直接降低了激光雷达系统的分辨率。上述实验结果通过理论仿真的方法进行了进一步的验证,仿真得到了高斯光束的瑞利长度随着聚焦深度的增加呈上升趋势,高斯光束瑞利长度的增加也意味着系统分辨水下目标能力的降低。实验结果与理论分析相吻合。
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