天津大學海洋學院聲光探測團隊在水下激光雷達探測領域取得新進展

在海洋技術領域中，海洋探測技術是打破人類與海洋間屏障的關鍵手段，的激光雷達（LiDAR）系統和算法對水下任務包括水下定位、目標搜索和救援等方面具有重大的意義。其中距離信息作為最基本的物理參數，可視為諸多目標表征參數的基礎，在遙感以及地形地貌檢測等應用中發揮著至關重要的作用。

天津大學海洋學院聲光探測團隊提出了一種基于雙光梳干涉的激光雷達系統，以實現精確的水下距離測量。為了消除脈沖激光測量中的非模糊距離，采用了設計的脈沖編碼策略，利用聲光調制器實現對光信號的開關調制，從而實現對雙光梳信號的編碼，大大擴展水下測量的非模糊范圍。這種組合在不犧牲采樣率或測量精度的情況下，顯著擴展了雙光梳LiDAR的非模糊范圍，在重復頻率差為2 kHz的情況下，可以提高到約55 km，實現一次性精確的遠距離探測。

針對復雜水下環境下，雙光梳LiDAR信號會受到環境干擾和系統噪聲的影響的問題，團隊提出了一種改進的變分模態分解（VMD）方案并適用于水下雙光梳測距系統。通過考慮理想雙光梳干涉信號的類高斯形狀和高信噪比的特點，將灰狼優化算法（GWO）引入VMD進行參數優化，并對GWO的適應度函數進行了特殊設計。通過優化的VMD算法，將畸變的噪聲干涉信號分解為一系列高質量的子信號，最終選擇適應度的子信號進行信號重構。對不同條件下雙光梳信號的實驗結果表明，該方法不僅能提高干涉圖的信噪比，而且能同時恢復干涉圖的高斯形狀，能夠擴展雙光梳LiDAR的工作范圍和對非理想環境的魯棒性。

總體而言，該項工作利用光頻梳的精密測量特性，提升了水下光學探測的精度與距離，實現高精度與大范圍的海洋探測。同時，能夠對探測信號進行去噪與優化，進一步提升測量的環境適應性與魯棒性。該研究在水下激光雷達領域有著廣泛的應用前景，進而有助于海洋形貌的高精度三維重構的開發與實現。

來源：傳感器專家網