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基于飞行时间矩阵SPAD光电探测器的测深激光雷达潜力统计分析

DOI：10.1007/s11182-020-01898-8 期刊：Russian Physics Journal 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 蒙特卡洛方法用于求解考虑水-空气界面影响、海水多次辐射散射贡献以及海底线反射信号的多组分高光学密度水体非稳态激光探测方程。研究获得了配备飞行时间矩阵单光子雪崩二极管（SPAD）光电探测器的单基雷达系统，在不同接收视场角条件下记录的信号功率随水深及海面微波的变化关系。结果表明：当光学水厚度不超过3.5-4米时，海底线最大探测深度为40-50米；在极清澈水体中，当存在水面菲涅尔反射且极限探测深度达40-50米时，来自水体的激光雷达信号动态范围可达7-9个数量级。统计模拟结果显示，现代技术水平可实现面向海水探测的矩阵接收机激光雷达系统，在有利条件下，该系统的回波信号功率可支持40-50米深度的海底探测。
作者： A. I. Potekaev，A. A. Lisenko，V. S. Shamanaev
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究单基地激光雷达回波信号功率随水深及激光雷达接收器视场角变化的依赖关系，同时考虑空气-水界面的影响、多次激光辐射散射的贡献以及海床对激光雷达信号的朗伯反射。

研究成果

统计模拟结果表明，采用矩阵探测器的海水激光雷达系统能够成功实现。在理想条件下，矩阵光电探测器记录的信号功率可实现深度达44米的可靠海水探测。当光学水层厚度为3.5-4时，该激光雷达对海底的最大探测深度为40-50米。在探测极清澈海水中的海底极限深度时，若存在水面菲涅尔信号反射，激光雷达回波信号的动态范围可达7-9个数量级。

研究不足

该研究的限制在于水的光学厚度不应超过3.5-4，以确?？煽康男藕偶觳?。来自水的激光雷达信号动态范围可达7-9个数量级，这可能对信号记录和解读构成挑战。

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