مع إنشاء اقتصاد البحرية التحول الوطني استراتيجية التنمية من القوة الاقتصادية البحرية الرئيسية، ومبدأ جديد للبحث في مجال المعلمات المحيط الاستشعار عن بعد، ومسح الموارد البحرية، تحت الماء الكشف عن الهدف والتكنولوجيات مفتاح الأخرى ومصدر قلق متزايد. نتائج البحوث التي تم الحصول عليها باستخدام المعلمات المميزة للمياه البحرية (مثل سرعة الصوت، ودرجة الحرارة، الملوحة، معامل الانكسار، اللزوجة السائبة، وما إلى ذلك)، لدراسة المناخ العالمي والنظم الايكولوجية لتحسين البيئة البحرية والإنذار المبكر للكوارث البحرية ودقيق توقعات الطقس البحرية درجة، والتدابير المضادة دراسة ظاهرة الاحتباس الحراري العلوم الأساسية وغيرها من المجالات لتوفير بيانات موثوقة لدعم، ولكن بالنسبة لبلادنا لاستكشاف والمعلومات البحثية على معيشة البحرية في المجال الاقتصادي، فضلا عن الموارد البحرية شاملة وفعالة من حيث التكلفة والتنمية المستدامة والاستفادة منها له قيمة بحثية هامة وفوائد اجتماعية كبيرة، على وجه الخصوص، لتقديم الدعم الفني لتلبية احتياجات استراتيجية جديدة للقوات البحرية، وحماية المصالح البحرية واستكشاف بنشاط استراتيجية وتكتيكات الحرب العالمية على مستوى العالم. في الوقت الحاضر، وسائل الكشف الصوتية للكشف في القطاع البحري هيمن عليه الحكم. ومع ذلك، فإن سرعة الصوت في مياه البحر أثرت ليس فقط إلى حد كبير بعوامل بيئية ملوحة المحيطات ودرجة الحرارة وضغط المياه، ولكن مقيدة أيضا من الشروط الحدية والتغيرات المكانية والزمانية في المحيط مثل. في حين تحت الماء تكنولوجيا التصوير السونار للكشف عن المسافة، ولكن خفض دقة الصورة ويصعب تحديد أهداف صغيرة. وعلاوة على ذلك، فإن التقليدي اتصال من نوع وسائل الكشف البصرية والكهربائية البحرية هناك تغطية صغيرة، وقياس بطيئة صعوبات القياس في وقت واحد عيب، لا اتصال المحمول في الفضاء الميكروويف والأشعة تحت الحمراء تكنولوجيا الاستشعار عن بعد، في حين تمكن بسرعة، والكشف على نطاق واسع، ولكن نظرا لالميكروويف امتصاص الماء وعالية الأشعة تحت الحمراء، يمكنك الحصول على المعلومات سطح البحر فقط. ولذلك، فإن الحاجة ملحة لوضع مبادئ والليزر الجديدة الاستشعار عن بعد للتعويض عن عدم وجود التكنولوجيات الرئيسية في التنقيب البحرية وسرعة عالية، عالية الدقة والتكلفة منخفضة ومساحة واسعة من استكشاف المحيطات.

في السنوات الأخيرة، مع الكشف الطيفي، والتداخل، وتقنيات الكشف عن إشارة ضعيفة، وما شابه ذلك ظهرت المياه Brillouin نثر، نظرية تشتت رامان التطور السريع في الأجهزة عالية الأداء والمرتبطة بها، بحيث الاستشعار في الوقت الحقيقي من الليزر البحرية، متعددة معلمة، كشف عالية الدقة ممكن. في الوقت الحاضر، والبحث المحلي، بما في ذلك الكشف والليزر القائمة على الاستشعار عن بعد من حيث المبدأ الجديد البحرية والتكنولوجيات الرئيسية للتصوير للكشف عن حجم بناء على وتيرة نظرية نثر الخفيفة. العديد من معاهد البحوث الحصول Brillouin نثر النظرية الأساسية، Brillouin نثر الطيف تكنولوجيا المعلومات، Brillouin درجة حرارة الماء ليدار، المعلمات المميزة لاكتساب مياه المحيطات، فقاعات الماء، تضاريس المحيطات ومناطق أخرى من عدد كبير من النظرية الأساسية والهندسية بحوث التكنولوجيا، قدمت عددا من نتائج البحوث الأصلية.

ليزر البحرية الاستشعار عن بعد نظرية

في مجال الليزر المحلي المحيط نظرية الاستشعار عن بعد يقوم على تطوير نوعين من تشتت الضوء وانعكاس الضوء. في البحرية الاستشعار عن بعد لتحقيق الخفيفة إشارة نثر، ركزت الأبحاث في هذا المجال من Brillouin الجسم تناثر الماء. في البحرية الاستشعار عن بعد تحقيقه باستخدام إشارة الضوء المنعكس في مجال البحث يركز على كيفية قمع الضوضاء تشتت ارتدادي.

Brillouin نثر المياه

تقلبات كثافة مياه البحر هناك عشوائية وهي سرعة الصوت في مياه البحر، ومرحلة ما يعادل صريف، مما تسبب في براج حيود الضوء الساقط، وتردد دوبلر لتوليد الضوء diffracted النزوح B، وتقع في وتيرة ضوء الحادث (نثر الجزيئية) من سواء في نطاق 1.0CM-1. العلاقة هو مبين في الشكل.

 FIG 1 Brillouin نثر الفيزياء الكلاسيكية FIG.

البحرية التصوير

التصوير في المحيط، ومصدر للضوء ليزر ومن نظام رادار ليزر (التفكير واستقبال النظام)، بين الغلاف الجوي والمياه واجهة الغاز السائل، وعلى ضوء إشارة المنبعثة من رادار ليزر، يتم إنشاء إشارة تعكس، وسلسلة نقل في نقل في الماء الهدف وجود رذاذ مرتد مسار إشارة بين الماء بعد فارق التوقيت، التي تم الحصول عليها باستخدام تحليل مدى وقت حل، وعمق المياه لتحقيق هذه الأهداف. منذ التقنيات البصرية المستخدمة في أكبر مشكلة البحرية ينتقل عندما الليزر بشكل كبير من وجود الماء على المدى المتوسط ونثر، ويرجع ذلك أساسا إلى وجود العديد من الشوائب والمواد العالقة في المياه، أي ما يسمى مادة الصفراء. هذه تشتت وامتصاص المواد المولدة في المقابل الهدف يقلل بدرجة كبيرة من الحساسية الكشف يمكن أن تكون مقيدة. معظم عوائد الخفيفة المنتشرة في غياب مكشاف ضوئي تصل إلى الهدف لإنتاج مستوى قوي الضوضاء تشتت وتصل إلى الهدف والعودة إلى مكشاف ضوئي وتشتت الضوء بسبب الماء قبل، عندما يكون هناك ضوء سيعود مستوى الضوضاء إلى مكشاف ضوئي، والحد من التباين والحدة من إشارة الهدف. وفي الوقت نفسه، هناك سوف مصادر أخرى (مثل ضوء الشمس، ضوء الشمس، الخ) تنتج الظلام كاشف الحالي مستوى الضجيج، أي ضوضاء في إشارة الصدى. وبالإضافة إلى ذلك، في بعض المياه الخاصة، اضطرابات قوية وبيئة معقدة مثل فقاعات الهواء أيضا إنتاج ضوضاء خلفية قوية. فكيف لقمع أداء الكشف عن نظام التفتيش والوسائل التقنية مهمة جدا لتفريق مستوى الضوضاء.

ثانيا، ليزر الاستشعار عن بعد من المعلمات

درجة حرارة مياه البحر هي معظم العوامل الهامة لتوصيف حالة المحيطات، والمحيطات تقريبا جميع الظواهر والعمليات التي تحدث ترتبط درجة حرارة الماء، وتغير المناخ العالمي له تأثير كبير جدا. وهكذا، فإن الليزر استشعار درجة حرارة المياه الحالية في حقل معلمة مياه البحر تركز التحقيق. منذ معامل التوهين الليزر الأخضر والأزرق صغير في مياه البحر، يمكن أن تخترق عمق معين من الماء، لذلك المعلمات رادار الاستشعار المياه الليزر أساسا الأخضر والأزرق كمصدر الإثارة. ويستند الاستشعار عن بعد الرادار بشكل رئيسي على التنمية المحلية من رادار ليزر Brillouin نظام المياه تشتت الضوء وأجريت الاختبارات الأولية للمحاكمات البحر. منذ Brillouin نثر هو نثر غير مرن، وعلى ضوء متناثرة مع تردد الإثارة ليزر التحول الحالي وسط تردد، والتحول تردد من خصائص الموجة الصوتية من الماء وزاوية تشتت، في حين أن سرعة الصوت ودرجة حرارة المياه والملوحة والكثافة والانكسار ترتبط ارتباطا وثيقا معدل المعلمات مميزة. وهكذا، وذلك باستخدام الليزر نظام رادار للكشف عن Brillouin التحول تردد Brillouin، انعكاس درجة حرارة الماء. وعلاوة على ذلك، من الملوحة المختلفة يسقي متوسط الملوحة، أو ملوحة المحيطات التحقيق رامان يدار الأقمار الصناعية التي تم الحصول عليها، ومن ثم حسب الوظيفة كمية من معامل انكسار الماء ودرجة حرارة المياه والملوحة والطول الموجي، للحصول على درجة حرارة الماء دقيقة. كشف في درجة حرارة مياه البحر، مثل ويمكن الحصول على حين أن سرعة الصوت، والملوحة، معامل الانكسار، اللزوجة الأكبر، وما شابه ذلك. يشمل التنمية الحالية Brillouin طريقة الكشف التحول تردد مسح فابري - بيرو (FP) تداخل الأسلوب، ETALON FP وتكثيف الجهاز المسؤول عن جانب (الوثيقة ICCD) ملزمة قياس تشتت الطيفي Brillouin، مكرر الكشف عن الحافة وفرنسا، وجامعة بكين المحلية عادي، جامعة الصين المحيطات، وجامعة نانتشانغ الطيران، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا، قامت جامعة شيان للتكنولوجيا من أبحاث الليزر الاستشعار عن بعد من المعلمات المياه باستخدام طريقة الكشف. مسح فابري - بيرو تداخل الطيف أداة قياس ودقة، وقياس دقيق للنثر الطيف Brillouin هو مبين في الشكل 2 هو المسح فابري - بيرو تداخل قياس جهاز Brillouin نثر الطيف و الطيف Brillouin القياس. ومع ذلك، منذ ذروة قوة الليزر نابض عادة ما يتطلب استخدام أدنى تردد التكرار، اكتمال هذا النطاق الطيفي واسعة (حوالي 20GHz) المسح يحتاج إلى مسح فترة طويلة (يجب دقة القياس باستخدام تردد ذبذبة ليزر تكرار 10HZ، ما يقرب يتحقق 20MHZ ، على الأقل حول 100S للاستكمال مسح كامل للنثر الطيف Brillouin).

 جهاز (A) التجريبية

(B) قياس النتائج

2 F-P المسح تداخل قياس Brillouin تشتت الطيفي والقياسات

 FIG 3 Brillouin نثر الطيف على أساس القياسات وICCD F-P ETALON

3 غير ICCD التطبيقية وF-P جهاز ETALON قياس نثر الطيف Brillouin. هذا الأسلوب لا شروط صارمة على استقرار سمة التردد ليزر مواز تشتت الضوء وBrillouin نثر يدار عمليا خطوة كبيرة إلى الأمام. ومع ذلك، فإن حجم البكسل أكبر ICCD، وانخفاض معدل الإطار، خطأ القياس، وليس هناك حد أقصى لسرعة قياس Brillouin نثر الطيف.

FIG أربعة أزواج من طريقة الكشف عن حافة على أساس متعدد القنوات F-P ETALON

FIG 4 كما تطور جامعة شيان حافة مزدوجة طريقة الكشف على أساس متعدد القنوات F-P ETALON. نظام نقل باستخدام حقن البذر الثانية: YAG الليزر نابض، والثاني التوافقي (532NM)، جنبا إلى جنب مع تقنيات التردد قفل ديناميكية والتحول تردد طريقة التعويض، كمصدر للضوء الإثارة. يتم تشكيل استخدام الفاصل الزمني تأخير من مصدر الضوء الإثارة (i) من النبض الأول إلى ط عشر فاصل نبض نبض شعاع يزداد تدريجيا، في يتفاعل بدوره مع الماء. استقبل من قبل تلسكوب Cassegrain (Cassegraintelescope) في أعماق مختلفة الاسم المميز (ن = 1،2،3، ...)، وشعاع الإثارة التي تولدها رايلي - مي نثر، نثر رامان وحفز Brillouin نثر صدى إشارة. نظام الطيفي الذي أولا FPE1 رفض رايلي - مي وBrillouin نثر، واستخدام الألغام المضادة للستوكس رامان الطيفي تشعبت قياس التداخل الشكل الطيفي للحصول على الملوحة، إعادة استخدام الجزيئية البروم كفيت تثبيط رايلي - مي بعد ينقسم إلى قسمين: الأول فقرة، مزدوجة تقنية حافة أساس FPE مزدوجة القناة الحصول على حفز Brillouin نثر تشعبت التحول تردد ستوكس؛ والفقرة الثانية، وذلك باستخدام الفوتون الارتباط تقنية الطيفية للحصول على حفز Brillouin مبعثرة ضوء وظيفة شدة الارتباط الذاتي G (2) ()، ديناميكية تشتت الضوء في تركيبة مع الماء حفزت Brillouin نثر الطيف عرض تلقائي مميزة حصلت عليها حفز Brillouin نثر عرض الطيف .

الثالث، الليزر عن بعد تحت الماء أهداف

تردد التحقيق

الكشف عن وتيرة، ورادار ليزر باستخدام تشتت الضوء للحصول على معلومات تردد إلى الجسم من الماء، الماء الكشف عن الهدف. حيث أن الجسم الرئيسي للمياه باستخدام حفز Brillouin نثر هو كثافة نثر عندما يتجاوز الحادث مجال ضوء عتبة معينة، وسوف تولد الكهرباء من خلال وسيلة داخل تأثير المتوسطة electrostrictive الناجمة عن تقلبات الكثافة المتوسطة لإثارة حقل الصوتية متماسك وستوكس تشعبت متناثرة الضوء المتناثرة موجات الضوء والصوتية تنتشر على طول اتجاه معين، والذي يشبه إلى عملية حفز Brillouin خصائص الإشعاع نثر يسمى حفز Brillouin نثر، الذي وجود SNR عالية، مرحلة تصريف ملامح، المزايا وغيرها من وتيرة واحدة من الخصائص. الصين جامعة بكين للمعلمين، جامعة نانتشانغ الطيران، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا واستخدام العمل ليزر عندما تتكون واجهة الهدف من الطور السائل النقي إلى المرحلة الصلبة والسائلة، وحفز اختفت Brillouin نثر هامش التدخل لتحديد وجود أهداف تحت الماء. حفز Brillouin تبعثر يتم إنتاج ونثر غير مرن عمل الليزر مع وسط مائي واحد، وجود وسط مائي تحت الماء موقف الهدف يتم إفراغ، وبالتالي لا تتولد عن حفز Brillouin نثر. هذا الأسلوب هو عن طريق الكشف عن المحيط تحت الماء الهدف مبعثر مجال الطيف للكشف عن وجود أو عدم وجود الهدف تحت الماء، كما هو مبين في الشكل.

5 من طريقة الكشف عن الهدف تحت الماء الليزر حفز Brillouin نثر

السعة الكشف

في الكشف السعة، يعكس يدار ضوء المعلومات التي تم الحصول عليها تحت الماء الهدف، للكشف تحت الماء تضاريس الهدف. من أواخر 1980s، وبدأت في إجراء البحوث المحلي نظام ليزر رادار حجم التحقيق، جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا، يمثل التطوير الناجح ليدار المحمولة جوا قياس الأعماق (CALYT) النظام، وفي عام 1996 الجهاز في البلاد في بحر الصين الجنوبي الناقل التجربة يدار، والمسح الضوئي ليزر، معالجة البيانات عالية السرعة. منذ بدأت الصين في وقت متأخر من الميدان، دراسات قليلة من نظام رادار ليزر تحت الماء الاستكشاف، مع المسافة من مستوى الأبحاث في البلدان المتقدمة لا تزال كبيرة نسبيا. في الوقت الحاضر، العديد من المعاهد البحثية المحلية: جامعة تسينغهوا، جامعة العلوم والتكنولوجيا الالكترونية، جامعة سوشو، تشانغتشون جامعة للتكنولوجيا، معهد بحوث الإلكترونيات الضوئية تشونغتشينغ، معهد تيانجين للتكنولوجيا وطائرات المادية الأخرى كما نفذت البحوث النظرية والتطبيقية الأخضر والأزرق تطوير رادار ليزر تزامن المسح تقنيات تصفية المكانية، والاستقطاب تحت الماء تقنيات التصوير، وتتراوح تقنيات المعزولة مثل تقنية الناقل تعديل على حل مشكلة ضوضاء خلفية قوية، وصورة عالية الدقة تحت الماء الهدف و 6 و 7.

جهاز (A) التجريبية

 (B) قياس النتائج

 FIG 6 على أساس هدف الليزر تحت الماء التصوير الكائن ومعالجة الصور كشف

جهاز (A) التجريبية

 (B) قياس النتائج

 FIG 7 التي تتخذ من كشف التضمين ليزر تحت الماء الهدف

رابعا، ليزر الاستشعار عن بعد من تضاريس المحيطات

قياس الأعماق الليزر وتضاريس قاع البحر هو حقل من الدراسة متابعة الاتجاه العالمي لتنمية بلادنا، ليدار تحت الماء تكنولوجيا الكشف يمكن تقسيمها إلى أربع مراحل، المرحلة الأولى هي تطوير أستراليا 1960-1970 يمثل نجاح نظام WRELADS-I، هذا الجيل من أنظمة المسح الضوئي ليزر لا تعمل وتسجيل بيانات عالية السرعة، وآلة الليزر العقلاني السبر الرئيسية، وتستخدم لعمق المياه التدبير؛ مرحلة التطوير الثانية 1980-1990، وهذا عندما قياس الأعماق ليزر زيادة عامة في المسح بالليزر، وتحديد المواقع الطائرات وظائف تسجيل البيانات عالية السرعة، تتحول الليزر المحمول جوا نظام قياس عمق المياه في الليزر المحمول جوا رسم خرائط نظام تضاريس قاع البحر، ويعمل الرئيسية هي: أستراليا WRELADS-II، كندا نوع LARSEN500، مثل الولايات المتحدة المياه الضحلة، المرحلة الثالثة هي في 1990s في السويد نجحت في تطوير نظام HAWK EYE، ممثلة في اعتماد واسع النطاق من الصمام الثنائي ضخ الثانية: YAG الليزر، مما يزيد من النظام العالمي لتحديد المواقع GPS الأقمار الصناعية، وبحري على رسم الخرائط الليزر قاع البحر بعيدا عن الشاطئ التضاريس في عملي. المرحلة الرابعة هي القرن 21، والولايات المتحدة المياه الضحلة الترقية نظام المياه الضحلة-1000T ممثلة، المياه الضحلة-1000T كاميرا رقمية هو أنه يتضمن شامل كامل المواصفات أكبر الفرق مقارنة مع المياه الضحلة، يمكن الكشف تحت الماء، وفي الوقت نفسه الأرض. نظام جمع البيانات مبلغ 2.5 مرة من النظام الأصلي، ولكن التكلفة الإجمالية الثلث فقط من السلطة الأصلية. حاليا، معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الجميلة، وضعت الأكاديمية الصينية للعلوم المحمولة جوا قياس الأعماق وتضاريس نظام الكشف، وتحقيق التطبيقات في العالم الحقيقي، كما هو مبين في الشكل.

 (A) نظام الكشف

(B) قياس النتائج

وضعت FIG معهد شنغهاي 8 البصريات والجميلة ميكانيكا الأنظمة المحمولة جوا ILADM-II قياس الأعماق

V. الخاتمة

حاليا، وخاصة الدفاع الوطني للاستشعار عن بعد والتكنولوجيا، ومشاريع البحث والابتكار مسبقا البحرية، وخطة وطنية ذات التقنية العالية، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية بدأت الأبحاث مبدأ جديد التمويل والتكنولوجيات الرئيسية للكشف عن الليزر الأهداف تحت الماء. عام 2017، عقد منتدى استراتيجية التنمية المحيط في بكين، وطرح "لبناء البحرية الراقية فكرية، وبناء معززة القوة البحرية" شعار، عام 2018، عقد الدورة الثانية للمنتدى الوطني المحيط البصريات في مدينة شيآن، ويظهر المنتدى الحقل أحدث البحرية البصريات البحث والتطوير والتركيز على البحوث الحدود، والتي تبين ليزر المحيط الاستشعار عن بعد والابتكار والتكنولوجيا، وتعزيز تطبيقات تكنولوجيا، والعمل معا لاستكشاف منصة الأكاديمية المفتوحة. ولذلك، فإن تطوير وتطبيق الليزر البحرية تكنولوجيا الاستشعار عن بعد لها أهمية بعيدة المدى للسلامة البحرية واسعة لدينا، ولكن نظرا لالحصار الغربي البلدان نموا التقنية، مما يجعل البحث أكثر استراتيجية.

المصدر: تيار المحيط الحياة

المؤلف: شين وانغ جون فانوس