测量小角度后向散射的水体沙氏激光雷达技术设计

针对水体小角度范围内后向散射强度测量难的问题,基于沙氏成像原理设计了水体沙氏激光雷达系统。介绍了水体沙氏激光雷达系统的设计、模拟及搭建,并对去离子水、自来水及河水三种水体进行水槽实验。详细介绍了多测量介质条件下的距离校正方法。将后向散射的光束宽度和强度变化情况与分光光度计测量数据进行比较,发现激光光束的宽度及强度变化表征光束衰减情况,同时可表征不同水体的后向散射强弱规律。分光光度计数据与水体沙氏激光雷达数据结果具有较好的一致性。

沙氏激光雷达探测水体衰减系数

根据沙氏成像原理,采用450 nm高功率二极管激光器作为光源,CMOS图像传感器作为探测器,研制了一种水体沙氏激光雷达,并利用该雷达系统实现了动态水体衰减系数测量。针对空气-玻璃-水体交界面的折射效应,对水体测量时的像素-距离关系进行修正。在实验室内,利用沙氏激光雷达系统对加入不同质量浓度脂肪乳(Intralipid)的水体进行探测研究,并利用斜率法及Klett法反演得到水体衰减系数。实验结果表明,沙氏激光雷达不仅可以捕捉水体动态变化过程,而且反演获得的水体衰减系数与加入的脂肪乳质量浓度具有良好的一致性,证明了沙氏激光雷达用于水体衰减系数定量探测的可行性,为下一步开放水域测量提供了参考。