單波段水深探測激光雷達(dá)原理（上冊）

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(dá) 7
1.2 激光雷達(dá)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(dá)水深測量系統(tǒng)組成 18
1.4 本章小結(jié) 19
參考文獻(xiàn) 20
第2章 單波段激光雷達(dá)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 *大測量水深預(yù)測模型的構(gòu)建 30
2.3.1 水下*大測深與系統(tǒng)衰減系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?30
2.3.2 水下*大測深與系統(tǒng)模型參數(shù)的選擇 32
2.3.3 *大測量水深預(yù)測模型的耦合 34
2.3.4 *大測量水深預(yù)測模型的誤差分析 40
2.4 *大測量水深預(yù)測模型的驗(yàn)證 40
2.4.1 背景噪聲功率和有效接收功率交叉對(duì)比驗(yàn)證 40
2.4.2 *大測量水深預(yù)測模型對(duì)比 43
2.4.3 *大測量水深預(yù)測 44
2.5 本章小結(jié) 49
參考文獻(xiàn) 49
第3章 單波段激光雷達(dá)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng) 51
3.1 引言 51
3.2 發(fā)射光學(xué)設(shè)計(jì)理論 51
3.2.1 開普勒準(zhǔn)直擴(kuò)束裝置 52
3.2.2 伽利略準(zhǔn)直擴(kuò)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(xué)掃描器件和電機(jī)選型 66
3.4.3 掃描電機(jī)控制系統(tǒng) 67
3.5 本章小結(jié) 72
參考文獻(xiàn) 73
第4章 單波段激光雷達(dá)光學(xué)接收系統(tǒng) 74
4.1 引言 74
4.2 單波段激光雷達(dá)多通道分視場理論 75
4.2.1 淺海測量*優(yōu)視場（FOV）理論 75
4.2.2 各通道探測器光學(xué)參數(shù)分析 78
4.3 接收光學(xué)物鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(duì)比與選擇 93
4.4 接收光學(xué)目鏡選擇及設(shè)計(jì) 94
4.4.1 單透鏡目鏡 94
4.4.2 雙透鏡目鏡 95
4.5 光學(xué)接收系統(tǒng)雜散光抑制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 100
4.6 接收光機(jī)系統(tǒng)雜散光抑制模擬驗(yàn)證 103
4.7 接收光學(xué)系統(tǒng)雜散光抑制實(shí)現(xiàn) 106
4.8 本章小結(jié) 115
參考文獻(xiàn) 115
第5章 單波段激光雷達(dá)回波信號(hào)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(jì)與實(shí)現(xiàn) 121
5.3.1 低噪聲射頻放大電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 121
5.3.2 二級(jí)射頻放大電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 125
5.4 PMT增益控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 137
5.4.1 基于FPGA的PMT增益遠(yuǎn)程控制方法 137
5.4.2 基于FPGA的PMT增益自適應(yīng)反饋控制 140
5.5 本章小結(jié) 151
參考文獻(xiàn) 151
第6章 單波段水深測量激光雷達(dá)綜合控制系統(tǒng)與整機(jī)集成 153
6.1 引言 153
6.2 工作原理 153
6.2.1 激光雷達(dá)主控系統(tǒng)工作原理 153
6.2.2 高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jì) 155
6.3.1 高精度時(shí)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(shí)時(shí)采集軟件設(shè)計(jì) 166
6.4 單波段激光雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)集成 170
6.4.1 單波段激光雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)組成部分 170
6.4.2 單波段激光雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn) 175
6.5 單波段水深測量激光雷達(dá)驗(yàn)證 181
6.5.1 系統(tǒng)功能測試 181
6.5.2 水深測量驗(yàn)證試驗(yàn) 187
6.6 本章小結(jié) 198
參考文獻(xiàn) 199
第7章 回波信號(hào)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(xué)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(duì)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(duì)比分析 207
7.3.3 波形分量位置的對(duì)比分析 208
7.3.4 波形分量參數(shù)的對(duì)比分析 210
7.3.5 分解精度的對(duì)比分析 212
7.3.6 分解速度的對(duì)比分析 213
7.4 高斯拐點(diǎn)波形分解方法 213
7.4.1 高斯拐點(diǎn)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(diǎn)分解方法的驗(yàn)證與分析 221
7.5.1 高斯拐點(diǎn)分解方法驗(yàn)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(xiàn) 236
第8章 單波段激光雷達(dá)測試場和驗(yàn)證 239
8.1 引言 239
8.2 室內(nèi)測試及驗(yàn)證 239
8.2.1 激光雷達(dá)功能測試 239
8.2.2 水槽測試 241
8.2.3 游泳池驗(yàn)證 245
8.3 室外不同場景測試場與驗(yàn)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(xiàn) 256