쉬루, 류샤샤, 양쉬, 장이쟈, 우룽
저장 이공대학 정보학원
머리말: 레이저 펄스 폭 제한 때문에 기존 레이저 레이더로는 수십 cm의 얕은 수층 측정을 할 수 없었다. 이중 Gm-APD 광자계수 편진레이더 시스템을 설계해 넓은 펄스로 얇은 천수층의 고정도 거리상을 얻어냈다. 얕은 수층의 표면은 매끄럽고, 반듯한 편향을 유지하며 바닥이 거칠면 반쪽으로 밀려난다.
이 편진현상에 따라 송신 수평선 편진광으로 수신 시스템에서 하나의 편진분광 프리즘으로 전후면 신호광을 분리해 각각 두 개의 Gm-APD에 의해 탐지된다. 이 시스템은 신호광의 펄스 폭에 구애받지 않고 Gm-APD의 다운타임 메커니즘을 활용해 초박막 연수층을 대상으로 3차원 딥러닝을 구현한다. 뮐러 행렬과 스토커스의 삼량 표시에 기초한 편진 전송 원리를 이용해 듀얼 Gm-APD 편진레이더의 분광 원리를 이론적으로 분석했다. 신호복원질심 알고리즘으로 거리표시 오차를 억제하여 고정도 거리 정보를 얻는다. 깊이가 4.5cm에서 8cm로 변화하는 얇은 얕은 물 층에 대해서는 밑면이 흑, 백모래로 덮여 탐지거리가 5m이며 실험에서 6 ns 레이저 펄스로 얇은 수층의 고정도 거리상을 획득하여 정밀도 0.8 cm로 측정하여 실현 가능성을 검증하였다. 이 방안은 항공기에 탑재된 해양 측량레이더의 얕은 수층 측정에 일정한 참고가 될 수 있다.
키워드: 레이저 레이더, 광자계수, 거리상, 편진, 거리표시 오차
편진은 일종의 빛의 기본 속성으로 반사광의 편진상태는 목표와 배경의 복잡한 정보를 포함하고 있어 목표와 배경의 대비를 강화하고 목표인식을 실현할 수 있다. 해양 측량 같은 특수한 상황에서는 해수 깊이를 측정해야 하는데 이때 해수 표면은 밑면의 편진 특성과 정반대였다.
10여 센티미터에서 수십 센티미터 두께의 얕은 수층의 측정을 실현하려면 일반적으로 ps급의 좁은 펄스, ps의 양적 응답 시간의 탐지기, 높은 정밀도의 AD 전환 회로를 사용해야 하며 이러한 모든 것은 시스템 비용을 크게 증가시킬 것이다. 연구자들은 얕은 수층의 표면과 수체가 매끄럽기 때문에 편파보완이 좋고 모래와 같은 거친 물체가 바닥면에 존재하기 때문에 비교적 강한 편파후퇴가 일어난다는 사실을 발견했다. 천수층의 수면과 바닥면의 회파 신호를 공간적으로 분리해 탐지할 수 있다면 천수층의 깊이 측정은 더 이상 레이저의 맥폭에 구속되지 않는다.
2010년에 Mitchell 등은 발사 수평 또는 수직 편광으로 광학 수신 시스템에 1/4의 파편과 편광 파편을 포함하여 두 개의 회파 신호를 분리하여 탐지할 수 있도록 함으로써 레이저 펄스 폭 제한을 돌파하였다. 단 한 가지 부족한 점은 두 신호를 동시에 탐지할 수 없다는 것이다. 여기에 광학 수신 시스템에서 편진분광 프리즘을 적용해 얕은 수층의 앞뒤 두 신호를 분리하고 각각 Gm-APD 탐사선으로 수신해 동시에 측정하는 것을 목적으로 한다. 이럴 경우 레이저 장치의 원가가 크게 낮아지고 AD 전환 회로가 필요 없는 Gm-APD가 디지털 신호를 직접 출력하게 된다.
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CAPJ&dbname=CAPJLAST&filename=HWYJ20210307007&v=vKoOOWWGMQFEG7M2jWycud6ZNa4ZkspECl1AZGs%25mmd2BU3POKGGpcL2ClpMmxnFsyCsx
