激光雷达水体回波信号仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种信号仿真装置，尤其涉及一种用于水深测量的激光雷达回波 信号仿真系统。
【背景技术】
[0002] 激光雷达测深是一种主动式遥感测深手段，由于蓝绿光在水中的衰减系数最小、 穿透能力最强的特性，激光雷达测深系统中一般会选用532nm蓝绿激光作为发射波段。激光 雷达测深系统集成激光、微光探测、高精度定位及高速数据处理等技术于一体，是当今国际 技术发展的前沿。其测深的基本原理，是将发射器以一定的角度向水面发射激光，激光经过 水表面反射作用一部分返回到测深系统的接收器，另一部分经过水表面透射到水底或水中 再返回到接收器中，利用两者的时间差计算水深。
[0003] 分析和研究激光雷达从发射脉冲到接收回波信号的物理过程，可以对激光雷达水 体回波信号的物理机制通过仿真实现模拟，便于对激光雷达测深系统的开发提供技术支 撑。目前在已公开的Wa-Lid模型中未对其内部结构进行说明，因而也无合适的仿真系统和 装置，无法准确掌握激光雷达水体回波信号的波形参数。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型提供一种激光雷达水体回波信号仿真系统，它是针对Wa-Lid模型开发 的专用仿真系统，通过内置的多个处理模块，可完善对激光雷达回波信号的参数描述，以构 造物理意义明确的激光雷达回波信号仿真模型，方便对激光雷达回波信号直接观察和应用 开发。
[0005] 为了实现本实现新型的目的，采用以下技术方案：
[0006] 激光雷达水体回波信号仿真系统，包括电源、壳体和示波器，所述示波器安装在壳 体的一侧，所述壳体内设置回波信号仿真处理器，回波信号仿真处理器的多路输入端分别 与水表面回波信号处理模块、水体回波信号处理模块、水底回波信号处理模块、背景噪声处 理模块和接收器内部噪声处理模块连接，回波信号仿真处理器的输出端连接示波器，所述 电源为回波信号仿真处理器和示波器供电；所述水表面回波信号处理模块、水体回波信号 处理模块、水底回波信号处理模块、背景噪声处理模块和接收器内部噪声处理模块上均设 置有数据输入端，用于和外部激光雷达回波接收器连接的数据储存器相连。
[0007] 为实现本实用新型的效果，还可以采用以下技术方案：
[0008] 如上所述的激光雷达水体回波信号仿真系统，所述回波信号仿真处理器内置有累 加寄存器，用于对输入的波形数据进行累加处理。
[0009]如上所述的激光雷达水体回波信号仿真系统，所述水表面回波信号处理模块内设 置有用于获得水表面双向反射率的采集器。
[0010]如上所述的激光雷达水体回波信号仿真系统，所述水表面回波信号处理模块、水 底回波信号处理模块均设置有二路输入端，一路输入端连接的数据储存器，其另一输入端 连接激光雷达的脉冲发生器。
[0011] 本实用新型的有益效果：
[0012] 本实用新型是针对Wa-Lid模型开发的专用仿真系统，通过内置的多个处理模块， 可完善对其中的水色三要素，包括黄色物质、沉积物、浮游植物等对激光波束的吸收和散射 系数进行补充完善，提高激光雷达回波信号的仿真能力和效率，以构造物理意义明确的激 光雷达回波信号仿真模型，方便对激光雷达回波信号直接观察和应用开发。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的电气原理框图。
[0014] 图2是本实用新型的实施例中各信号的波形图。
[0015] 其中具体，2a对应于水表面回波信号，2b对应于水体回波信号，lc对应于水底底部 回波信号，2d对应于背景噪声，2e对应于接收器内部噪声，If对应于激光激光雷达接收的总 回波信号。
【具体实施方式】
[0016] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本实用新型保护的范围。
[0017] 结合附图1对本实用新型【具体实施方式】进一步详细描述，激光雷达水体回波信号 仿真系统，激光雷达水体回波信号仿真系统，包括电源、壳体和示波器，所述示波器安装在 壳体的一侧，所述壳体内设置回波信号仿真处理器，回波信号仿真处理器的多路输入端分 别与水表面回波信号处理模块、水体回波信号处理模块、水底回波信号处理模块、背景噪声 处理模块和接收器内部噪声处理模块连接，回波信号仿真处理器的输出端连接示波器，所 述电源为回波信号仿真处理器和示波器供电；所述水表面回波信号处理模块、水体回波信 号处理模块、水底回波信号处理模块、背景噪声处理模块和接收器内部噪声处理模块上均 设置有数据输入端，用于和外部激光雷达回波接收器连接的数据储存器相连。
[0018] 本实施例中，示波器采用多线示波器，便于对回波信号及其多路输入分别进行仿 真演示，回波信号仿真处理器以及各处理模块可以采用SPCA563B或PIC32,激光雷达的脉冲 发生器采用能够发出532nm的低功率激光器，其脉冲宽度可短至150ps、纳秒级别的时间抖 动、兆瓦级别的峰值功率，便于进行较宽范围的激光信号仿真。其中，所述回波信号仿真处 理器内置有累加寄存器，用于对输入的波形数据进行累加处理。所述水表面回波信号处理 模块内设置有用于获得水表面双向反射率的采集器。所述水表面回波信号处理模块、水底 回波信号处理模块均设置有二路输入端，一路输入端连接的数据储存器，其另一输入端连 接激光雷达的脉冲发生器。
[0019] 具体而言，本实施例选用HawkEye机载激光雷达系统为仿真源，具体的源系统及仿 真系统参数和环境参数见表1:
[0020] 表1源系统及仿真系统参数和环境参数
[0021]
[0022] 选取沉积物浓度S = 2.8mg/1，C = 4mg/m3，r = 0.2，通过设置上述几个参数以及表1 的参数，对激光雷达水体信号进行仿真，当水深为2m时形成的回波波形，如图2所示。
[0023] 本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。
【主权项】
1. 激光雷达水体回波信号仿真系统，包括电源、壳体和示波器，所述示波器安装在壳体 的一侧，其特征在于，所述壳体内设置回波信号仿真处理器，回波信号仿真处理器的多路输 入端分别与水表面回波信号处理模块、水体回波信号处理模块、水底回波信号处理模块、背 景噪声处理模块和接收器内部噪声处理模块连接，回波信号仿真处理器的输出端连接示波 器，所述电源为回波信号仿真处理器和示波器供电；所述水表面回波信号处理模块、水体回 波信号处理模块、水底回波信号处理模块、背景噪声处理模块和接收器内部噪声处理模块 上均设置有数据输入端，用于和外部激光雷达回波接收器连接的数据储存器相连。2. 根据权利要求1所述的激光雷达水体回波信号仿真系统，其特征在于，所述回波信号 仿真处理器内置有累加寄存器，用于对输入的波形数据进行累加处理。3. 根据权利要求1所述的激光雷达水体回波信号仿真系统，其特征在于，所述水表面回 波信号处理模块内设置有用于获得水表面双向反射率的采集器。4. 根据权利要求1所述的激光雷达水体回波信号仿真系统，其特征在于，所述水表面回 波信号处理模块、水底回波信号处理模块均设置有二路输入端，一路输入端连接的数据储 存器，其另一输入端连接激光雷达的脉冲发生器。
【专利摘要】激光雷达水体回波信号仿真系统，包括电源、壳体和示波器，所述示波器安装在壳体的一侧，所述壳体内设置回波信号仿真处理器，回波信号仿真处理器的多路输入端分别与水表面回波信号处理模块、水体回波信号处理模块、水底回波信号处理模块、背景噪声处理模块和接收器内部噪声处理模块连接，回波信号仿真处理器的输出端连接示波器，所述电源为回波信号仿真处理器和示波器供电。它是针对Wa-Lid模型开发的专用仿真系统，通过内置的多个处理模块，可完善对激光雷达回波信号的参数描述，以构造物理意义明确的激光雷达回波信号仿真模型，方便对激光雷达回波信号直接观察和应用开发。
【IPC分类】G01S7/48
【公开号】CN205353354
【申请号】CN201521081950
【发明人】马毅, 崔廷伟, 张震, 张靖宇
【申请人】国家海洋局第一海洋研究所
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2015年12月23日