专利名称：高精度便携式海基激光测深方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于激光技术领域，涉及一种对激光三角法测量海水深度的方法及装置的改进。
海水深度测量工作是建设港口码头、开展近海养殖和保障海洋航运等活动的基础。目前主要的方案为激光三角法。在利用激光测量海水深度等海基测量时，存在的问题有1、测量船在海水波浪作用下产生摇摆；2、海水表面起伏变化对激光入射角的改变，两者导致激光测量三角形关系发生较大的变化，甚至完全被破坏。既使是建立了测量三角形关系，如图1所示激光三角法测量方案的误差，因测量船的摇摆和激光入射角的变大，测量结果随机性较大，有时无法进行海水深度的测量。激光测量海水深度时，激光在海水表面产生反射光和折射光，通常折射光到达海底产生散射光，由接收探测器接收后，形成测量三角关系。传统的激光三角法测量只是利用了透射光，没有利用反射光的作用。
本发明的目的是1、解决上述两个海基测量条件带来的困难；2、实现对海水深度测量，保证测量精度，提供一种高精度便携式海基激光测深方法及装置。
本发明方法的详细内容如图2所示，就是利用激光A在海面D点产生反射光E的变化反映海面的姿态信息。首先在相对平静的海水中，标定入射激光A产生的反射光E处于基准水平的状态、以及基线L的长度、相对海面的距离H0；当海水表面发生无规变化或起伏时，从反射光E得到海面的姿态参数，确定测量瞬间的激光入射角θ和激光反射角φ及构成的三角关系；使激光在位置C的反射光到达处于基线L上的位置点B，构成ABC测量三角形，反射光E对测量海面姿态进行监视，在海水表面动态条件下固定激光和海面的入射角度，反射光产生测试数据有效的控制脉冲信号，再选通水平仪信号使激光A入射海水表面，当基准水平保持在与铅垂线垂直的方向时，进行测量数据采样。再结合基线长度L和三角形的θ、φ角度参数，计算得到海水深度数值Hs。
本发明装置的详细内容如图3所示，包括有激光器1、光电轴角编码器2、数字信号处理系统3、光电探测器4、姿态光电探测器5、基板6、激光电源导线7、机箱8、屏蔽电缆9，激光器1和姿态光电探测器5和光电探测器4安装在一个基板6上，数字信号处理系统3安置在机箱8中，激光器1的电源与数字信号处理系统3中的激光电源导线7连接，姿态光电探测器5和光电探测器4由信号屏蔽电缆9分别与数字信号处理系统3的接口直接连接，光电轴角编码器2与数字信号处理系统3的接口直接连接，光电轴角编码器2的联轴器与光电探测器4的转轴共轴连接。
本发明的工作过程如图4所示激光器由数字处理系统中的激光电源供电产生激光。激光器发出的激光在海面发生反射和折射，姿态光电探测器对激光器的反射光进行监控并产生海水同步采样信号去触发数字信号处理系统。折射光在海底产生的漫反射光由光电探测器接收，同时转动光电探测器产生角度变化及角度位置并且由光电轴角编码器给出角度数值。光电轴角编码器汇总姿态探测器的姿态脉冲信号、光电探测器的光电信号和光电轴角编码器的角度数值，并且按着图2的几何测绘三角关系， Hs=H-H0]]>通过数字信号处理系统的计算机计算得到海水深度的数据。
本发明积极效果是利用激光的反射光变化反映海水的姿态信息，解决了测量船由于海水表面起伏变化对激光入射角的改变，导致激光测量三角形关系发生较大的变化，测量船无法进行海水深度测量的问题，本发明使得测量结果的随机性大大减少。由于采用高精度编码器保证了测量的精度和分辨力，采用绿激光器和信号处理系统保证了测量灵敏度。利用激光的调制信号降低回波信号的带宽，提高了信噪比，减小了海水的散射对回波信号的衰减。实现了对海水深度的测量并且保证测量精度。本发明采用姿态光电探测器及相对应的姿态光电探测器基线长度。从根本上代替了昂贵和笨重的陀螺稳定平台，由此为研究便携式海基蓝绿激光测深装置提供了保障。
本发明
图1是已有技术激光三角法测量示意2是本发明的激光三角法测量海水深度示意3是本发明的激光测深装置静态示意4是本发明的激光测深装置动态示意图附表是图1与图2中的标记字母代表的意义和对比本发明的实施例如图2、3、和4所示激光器1采用蓝绿激光器，高重复频率YAG倍频激光器(包括激光电源)。光电轴角编码器2采用19位数的高精度绝对式光电轴角编码器。数字信号处理系统3采用配有AD/DA转换的MCS-51单片机系统。光电探测器4和姿态光电探测器5均采用北京滨松光子技术有限公司生产的IP21型光电探测器。基板6采用硬铝LY12材质，激光电源导线7、机箱8和屏蔽电缆9为电器标准件。光电探测器4和姿态光电探测器5中的光学镜头是商品化的，可采用广播级镜头型号JS17-10×5.8、变倍比10倍，相对孔径F1.9/F2.9，其余机械部分可以根据实际要求设计加工。
附表
权利要求
1.一种高精度便携式海基激光测深方法，其特征在于首先在相对平静的海水中，标定入射激光A产生的反射光E处于基准水平的状态、基线L和海面的距离H0；当海水表面发生无规变化或起伏时，从反射光E得到海面的姿态参数，确定测量瞬间的激光入射角θ和激光反射角φ构成的三角关系；使激光在位置点C的反射光到达处于基线L上的位置点B，构成ABC测量三角形，反射光E对测量海面姿态进行监视，在海水表面动态条件下固定激光和海面的入射角度，反射光产生测试数据有效的控制脉冲信号，再选通水平信号使激光A入射海水表面，当基准水平保持在与铅垂线垂直的方向时，进行测量数据采样，再结合基线长度L和三角形的θ、φ角度参数，计算得到海水深度数值。
2.一种高精度便携式海基激光测深装置，包括有激光器1、光电轴角编码器2、数字信号处理系统3、光电探测器4、基板6、激光电源导线7、机箱8、屏蔽电缆9、其特征在于激光器1和姿态光电探测器5和光电探测器4安装在一个基板6上，姿态光电探测器5和光电探测器4由信号屏蔽电缆9分别与数字信号处理系统3的接口直接连接。
全文摘要
本发明涉及对测量海水深度方法及装置的改进。在动态海水表面固定激光入射角度,产生测试数据的控制信号;动态平均及固定测量水平基准与海平面的距离;对激光入射点海水表面和测量基准水平保持在与铅垂线垂直的方向时进行数据采样。装置包括激光器、编码器、信号处理系统、探测器等,本发明代替了的陀螺稳定平台。测量结果的随机性少。信噪比高,减小了海水散射对回波信号的衰减,实现了对海水深度的测量并且保证测量精度。
文档编号G01C3/10GK1307228SQ0010135
公开日2001年8月8日 申请日期2000年1月27日 优先权日2000年1月27日
发明者王希军, 曹健林 申请人:中国科学院长春光学精密机械研究所