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蓝绿激光在载体边界层流场中的传输特性研究
| 论文题名： | 蓝绿激光在载体边界层流场中的传输特性研究 |
| 关键词： | 水下航行器;激光探测;蓝绿激光;运动载体边界层;传输特性 |
| 摘要： | 随着水下航行器激光探测技术的发展，光学与流体力学结合的研究也引起广泛重视。水下激光载体在运动中由于受到前方来流的作用，在光学头罩外围形成复杂流场，使得探测信号发生伴点抖动、模糊、闪烁等现象，导致结果失真或产生畸变，但是目前较少有人对此展开具体研究。本文针对运动载体特征和海水水体环境两个方面，对载体边界层流场中的蓝绿激光传输特性进行了研究。 首先，建立了激光载体边界层模型，仿真了两种外形的激光载体航速分别为15m/s、80m/s时流场的速度、粒子浓度和密度场分布，结果表明使用鱼雷外形作为激光载体外形的效果优于半圆头外形；对比鱼雷外形不同出射位置、出射方向的粒子浓度，发现鱼雷模型锥面法线方向上的粒子浓度衰减最快。 其次，研究了激光在载体边界层中的传输特性。建立了532nm激光在海水中的衰减系数与叶绿素、可溶性物质和悬浮粒子浓度的关系；仿真分析了可溶性物质和悬浮粒子在边界层中的浓度分布，结果表明可溶性物质浓度几乎不变，悬浮粒子粒径越大浓度变化越剧烈；同时比较载体航行速度对悬浮粒子浓度分布的影响，发现载体航速越快，同一位置浓度越高；建立了载体航行速度10、50、90m/s时激光前向通道中光衰减系数模型和激光传输特性模型。 最后，设计了水下激光载体试验系统，加工了水下激光载体试验系统原理样机并搭建了光传输特性测试平台；系统性能测试结果表明本文设计的试验系统性能稳定可靠；开展了载体与目标距离 2.6m、1.6m 的水下实验，验证了本文所提出的载体航速 10m/s时边界层中激光衰减系数模型的有效性。 本项目的研究为水下光学仪器设计提供了一定的设计理论参考，推进了水下激光探测技术的应用和发展。 |
| 作者： | 邓雪薇 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 沈娜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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