基于布里淵散射海水鹽躍層的二維掃描探測(cè)法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種光子探測(cè)技術(shù)，特別設(shè)及一種基于布里淵散射海水鹽躍層的二維 掃描探測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于海洋的探測(cè)，就目前而言，主要有兩種探測(cè)方法，即聲學(xué)探測(cè)法和光學(xué)探測(cè) 法。聲學(xué)探測(cè)法已發(fā)展的相對(duì)成熟并應(yīng)用在水下目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別等領(lǐng)域，但對(duì)于多變的海洋 環(huán)境和復(fù)雜的海水特性相對(duì)單一的聲波探測(cè)滿足不了人們的需求。現(xiàn)有的光學(xué)探測(cè)法雖然 已提出了一維空間內(nèi)海水鹽度的探測(cè)，但一維空間內(nèi)海水鹽度的探測(cè)并不能滿足工程技術(shù) 上的需要，尤其是滿足不了像潛艇該類需要實(shí)時(shí)探測(cè)周圍空間海域海水鹽躍層的需求。
[0003] 海洋中不同深度的海水其密度也不盡相同，由于海水鹽度和溫度的分布不均，海 水的密度也并不相同。鹽度突變區(qū)稱之為鹽躍層，鹽躍層會(huì)導(dǎo)致聲波在傳輸過(guò)程中發(fā)生折 射、反射等情況，因此常被潛艇用來(lái)隱藏自身行蹤，躲避水面艦艇聲響的捜索。但鹽躍層區(qū) 域附近海水密度并不穩(wěn)定。在通常情況下，海水會(huì)隨著深度的增加而變高，因此在溫度和鹽 度躍層分界線上，大多是下方海水密度較大。在極少數(shù)情況下，溫度和鹽躍層分界線下方海 水密度較小，如果潛艇為降低艇噪聲關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)并處于懸浮狀態(tài)，當(dāng)其下潛到鹽躍層下方 時(shí)，就有可能造成潛艇迅速下沉造成意外事故。因此準(zhǔn)確判定鹽躍層的位置顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種探測(cè)方法，其可對(duì)海水鹽度做二維掃描探測(cè)并繪制出海 水鹽躍層，對(duì)深海海域做二維平面的深度和廣度上的海水鹽度分布探測(cè)，實(shí)現(xiàn)鹽躍層位置 的準(zhǔn)確判定。
[0005] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的。基于布里淵散射海水鹽躍層的二維掃描 探測(cè)法，激光器的出射光線與半波片、偏振片和四分之一波片的軸線共軸并依次透過(guò)半波 片、偏振片和四分之一波片，四分之一波片前端裝有數(shù)控轉(zhuǎn)軸，數(shù)控轉(zhuǎn)軸鑲有第一平面鏡； 偏振片的一側(cè)依次裝有第二平面鏡、第一凸透鏡、狹縫、第二凸透鏡、F-P標(biāo)準(zhǔn)具和鏡頭，鏡 頭與ICCD對(duì)接，且第一凸透鏡、狹縫、第二凸透鏡、F-P標(biāo)準(zhǔn)具、鏡頭與ICCD均處于共軸位 置；計(jì)算機(jī)連接并同步控制激光器、ICCD和數(shù)控轉(zhuǎn)軸；
[0006] 其步驟如下：
[0007] 1)通過(guò)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)激光器、ICCD并控制數(shù)控轉(zhuǎn)軸，使鑲嵌在數(shù)控轉(zhuǎn)軸上面的第一 平面鏡與激光束呈45°角，且激光束豎直射入海水中；
[000引 2) ICCD記錄不同深度海水散射的布里淵散射信號(hào)，并繪制出一維布里淵散射信號(hào) 數(shù)據(jù)；
[0009] 3)數(shù)控轉(zhuǎn)軸使第一平面鏡逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)激光束射向海水中的方向也逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn)；
[0010] 4) ICCD記錄每個(gè)角度上不同深度海水散射的布里淵散射信號(hào)，并繪制出各個(gè)角度 上的一維布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0011] 5)數(shù)控轉(zhuǎn)軸使第一平面鏡回復(fù)與激光束的初始角度45° ;
[0012] 6)數(shù)控轉(zhuǎn)軸使第一平面鏡順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)激光束射向海水中的方向也順時(shí)針旋 轉(zhuǎn)；
[001引 7)重復(fù)步驟4);
[0014] 8)將步驟2)、4)和7)得到的一維布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù)繪制成二維布里淵散射信 號(hào)數(shù)據(jù)，并通過(guò)計(jì)算布里淵散射信號(hào)的頻移量或線寬量繪制二維的海水鹽度變化圖。
[0015] 進(jìn)一步地，所述ICCD在記錄各個(gè)角度上不同深度海水產(chǎn)生的布里淵散射信號(hào)時(shí)， ^ 2Hl〇 計(jì)算機(jī)控制ICCD記錄時(shí)間調(diào)為；T = t +
[0016] 式中；t-光在裝置中傳播和記錄所消耗的時(shí)間；
[0017] H-海水探測(cè)深度；
[001引 h-各級(jí)信號(hào)深度差；
[0019] t。一光在海水中傳播h時(shí)所消耗的時(shí)間；
[0020] 0 -第一平面鏡由位置I轉(zhuǎn)動(dòng)至位置II偏轉(zhuǎn)的角度。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，在進(jìn)行海洋遙感探測(cè)時(shí)，激光射入海水中便可立刻產(chǎn)生出不 同深度的布里淵散射信號(hào)，反應(yīng)迅速，時(shí)效性強(qiáng)；可對(duì)深海海域做二維平面的深度和廣度上 的海水鹽度分布探測(cè)，可通過(guò)對(duì)深海海域做海水鹽躍層的二維掃描探測(cè)，滿足水下潛艇所 處周圍海域鹽躍層的探測(cè)需要。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中海水鹽躍層二維掃描探測(cè)法的裝置示意圖（圖中虛線表示；連接 數(shù)據(jù)線；實(shí)線表示；激光光束；虛線箭頭表示：入射光傳播方向；實(shí)線箭頭表示：信號(hào)光傳 播方向）。
[0023] 圖2為本發(fā)明中數(shù)控轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)第一平面鏡上激光的光路圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明中數(shù)控轉(zhuǎn)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)第一平面鏡上激光的光路圖。
[0025] 圖4為激光在二維空間內(nèi)各角度不同深度激發(fā)的布里淵散射位置圖。
[0026] 圖5為二維空間海水鹽度分布圖。
[0027] 圖中；1.激光器，2.半波片，3.偏振片，4.四分之一波片，5.第一平面鏡，6.數(shù)控 轉(zhuǎn)軸，7.第二平面鏡，8.第一凸透鏡，9.狹縫，10.第二凸透鏡，11. F-P標(biāo)準(zhǔn)具，12.鏡頭， 13. ICCD，14.計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[002引現(xiàn)根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見圖1，基于布里淵散射海水鹽躍層的二 維掃描探測(cè)法，計(jì)算機(jī)14分別連接激光器UICCD 13和數(shù)控轉(zhuǎn)軸6,鏡頭12與ICCD 13對(duì) 接，激光器1的發(fā)射端依次裝有半波片2、偏振片3、四分之一波片4且該=個(gè)鏡片的軸線與 激光束共軸，四分之一波片4另一端對(duì)應(yīng)第一平面鏡5,第一平面鏡5鑲嵌在數(shù)控轉(zhuǎn)軸6上， 偏振片3的一側(cè)對(duì)應(yīng)裝有第二平面鏡7,第二平面鏡7對(duì)應(yīng)的一側(cè)依次排列第一凸透鏡8、 狹縫9、第二凸透鏡10、F-P標(biāo)準(zhǔn)具11、鏡頭12、ICCD13且該些器件的軸線與信號(hào)光的光軸 共軸。
[0029] 其探測(cè)步驟如下：
[0030] 1)如圖1所示，通過(guò)計(jì)算機(jī)14啟動(dòng)激光器UICCD13并控制數(shù)控轉(zhuǎn)軸6使鑲嵌在 上面的第一平面鏡5與激光束呈45°角，此時(shí)激光束豎直射入海水中；
[0031] 2)激光在海水中豎直傳播時(shí)不同深度的水域中均會(huì)產(chǎn)生布里淵散射信號(hào)，計(jì)算機(jī) 14通過(guò)記錄不同深度水域的布里淵散射信號(hào)，可W繪制出豎直方向上不同深度水域布里淵 散射信號(hào)的一維數(shù)據(jù)；
[0032] 3)計(jì)算機(jī)14控制數(shù)控轉(zhuǎn)軸6使鑲嵌在數(shù)控轉(zhuǎn)軸6上面的第一平面鏡5逆時(shí)針轉(zhuǎn) 動(dòng)，如圖2,第一平面鏡5由位置I轉(zhuǎn)動(dòng)到位置II處，第一平面鏡5轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0，入射光轉(zhuǎn) 動(dòng)角度a (〇《a《45° )，記錄a角度上不同深度海水散射的布里淵散射信號(hào)，并繪制 出a角度上的一維的布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0033] 4)計(jì)算機(jī)14控制數(shù)控轉(zhuǎn)軸6使鑲嵌在數(shù)控轉(zhuǎn)軸6上面的第一平面鏡5恢復(fù)初始 狀態(tài)并順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3,第一平面鏡5由位置I轉(zhuǎn)動(dòng)到位置II處，第一平面鏡5轉(zhuǎn)動(dòng)角度 為0，入射光轉(zhuǎn)動(dòng)角度a (〇《a《45° )，記錄a角度上不同深度海水散射的布里淵散 射信號(hào)并繪制出a角度上的一維的布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0034] 5)計(jì)算機(jī)14將該多組一維布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù)繪制成二維布里淵散射信號(hào)數(shù)據(jù) 并通過(guò)計(jì)算將其繪制成二維的海水鹽度變化圖。
[0035] 所述計(jì)算機(jī)14控制ICCD13記錄a角度上不同深度海水散射的布里淵散射信號(hào) 時(shí)，采集的每一級(jí)信號(hào)與零轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)采集的信號(hào)處于同一深度的水域。
[0036] 圖2為本發(fā)明數(shù)控轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)第一平面鏡上激光的光路圖。初始狀態(tài)時(shí)位 置I的第一平面鏡與入射光100的夾角丫 = 45°，入射光100經(jīng)位置I的第一平面鏡反射 后，射入海水成出射光1〇1，31、131、(31、(11點(diǎn)均為不同深度信號(hào)采集的位置且它們的位置間隔 為5m ;第一平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)至位置II時(shí)，初始時(shí)出射光101轉(zhuǎn)動(dòng)a角度成出射光102,虛線010 為位置II處第一平面鏡的法線，Z 1為入射光100與法線010的夾角，32、b2、C2、d2點(diǎn)為第 一平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)至位置II時(shí)信號(hào)采集的位置且各級(jí)信號(hào)采集的深度與第一平面鏡在位置I 處未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各級(jí)信號(hào)采集的深度相同。
[0037] 為了記錄第一平面鏡逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)0后各深度布里淵散射信號(hào)并與不同轉(zhuǎn)動(dòng)角所 得的布里淵散射信號(hào)做比較，將ICCD13記錄時(shí)間調(diào)為T = t+2 A t。
[003引 t ;光在裝置中傳播和記錄所消耗的時(shí)間；2 At ;信號(hào)光在海水中往返所消耗的時(shí) 間。
[0039] 由圖2知；
[0040] 0+y+Z1 = 9〇d;@
[004U 丫-0 +口+ Z1 = 90。：②
[0042] 丫 = 45。；⑨
[0043] 由上述S式可知；a = 2 0。 、 Hu, Htu
[0044] At = -= -~-; hcosa hcoszp
[0045] 式中；H ;海水探測(cè)深度；
[0046] h;各級(jí)信號(hào)深度差5m;
[0047] t。;光在海水中傳播5m時(shí)所消耗的時(shí)間；
[0048] a ;出射光102與豎直方向的夾角；
[0049] 0 ;第一平面鏡由位置I轉(zhuǎn)動(dòng)至位置