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激光雷达探测海面油荧光信息提取研究

作　者: 丁宁
导　师: 刘智深
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: 激光雷达荧光光谱光谱匹配通道分析油膜厚度
分类号: P714.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 202次
引　用: 2次
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内容摘要

激光雷达探测海面油荧光是目前最重要和最有效的溢油监测技术手段。通过对海上溢油的荧光光谱特征的探测,可以快速、实时、准确的获得高空间分辨率、高精度的海上溢油区的溢油种类、油膜厚度等信息。本论文根据激光荧光探测原理,对提取海面溢油区的荧光信息进行了研究。荧光光谱波段之间具有特定的物理含义,光谱曲线的形状特征是物质物理化学性质的外在表现。由于各种油类含的物质不同,被紫外激光激发出的荧光光谱形状也不同,本文运用光谱匹配算法进行油种类识别研究,改进的算法提高了匹配方法的可信度。并综合运用主成分分析算法和波段选择算法提取出了含有最大信息量的光谱通道。分析结果表明在系统设计过程中,只要设计较少的通道数就能满足探测要求,这样既减少系统设计空间又节约系统组建成本,同时提高了数据处理和反演的速度。根据激光激发海水拉曼信号在整个荧光光谱中的位置是固定的特性,论文通过实验室试验测定无油层海水拉曼信号强度和受油层衰减后的拉曼信号强度,试验结果验证了拉曼信号由于受水面油膜的吸收而随着厚度的增加逐渐降低的趋势。对油膜厚度反演算法进行了验证研究。大量的实验室实验以及对油荧光光谱分析为机载激光雷达探测海面油荧光信息提取提供了可靠的参考依据,为机载飞行试验奠定了基础。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-9
0 前言  9-11
1 机载海洋激光雷达探测海面油荧光技术研究发展综述  11-23
  1.1 机载海洋激光雷达的发展概况  11-12
  1.2 机载海洋油荧光激光雷达系统的发展概况  12-17
  1.3 海面激光油荧光信息提取方法的概况  17-22
  1.4 机载海洋油荧光激光雷达发展趋势  22-23
2 激光雷达探测海面油荧光基本原理  23-27
  2.1 机载激光雷达探测海面油荧光的工作原理  23-24
  2.2 激光诱导油荧光原理  24-25
  2.3 激光雷达探测海面溢油信息的可行性  25-27
3 激光雷达探测海面油荧光系统设计  27-31
  3.1 激光发射接收系统  28
  3.2 多通道光电转换系统  28-29
  3.3 信号采集系统  29-30
  3.4 控制系统  30-31
4 激光雷达探测海面油荧光参数反演算法研究  31-61
  4.1 算法研究的数据基础  31-33
  4.2 光谱匹配油膜识别算法  33-38
    4.2.1 常用光谱匹配算法  33-35
    4.2.2 匹配算法性能指标  35
    4.2.3 光谱匹配模型分析及改进  35-38
  4.3 光谱通道分析  38-47
    4.3.1 主成分分析算法  39-40
    4.3.2 基于贡献率的波段选择算法  40-41
    4.3.3 油荧光光谱降维结果及分析  41-47
  4.4 拉曼信号反演油膜厚度算法  47-61
    4.4.1 拉曼散射效应  47-48
    4.4.2 油膜厚度反演算法  48-50
    4.4.3 反演结果及分析  50-61
5 总结  61-62
6 项目支持  62-63
参考文献  63-66
致谢  66

激光雷达探测海面油荧光信息提取研究

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