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在海洋技術領域中，海洋探測技術是打破人類與海洋間屏障的關鍵手段，先進的激光雷達（LiDAR）系統(tǒng)和算法對水下任務包括水下定位、目標搜索和救援等方面具有重大的意義。其中距離信息作為最基本的物理參數(shù)，可視為諸多目標表征參數(shù)的基礎，在遙感以及地形地貌檢測等應用中發(fā)揮著至關重要的作用。

天津大學海洋學院聲光探測團隊提出了一種基于雙光梳干涉的激光雷達系統(tǒng)，以實現(xiàn)精確的水下絕對距離測量。為了消除脈沖激光測量中的非模糊距離，采用了設計的脈沖編碼策略，利用聲光調(diào)制器實現(xiàn)對光信號的開關調(diào)制，從而實現(xiàn)對雙光梳信號的編碼，大大擴展水下測量的非模糊范圍。這種組合在不犧牲采樣率或測量精度的情況下，顯著擴展了雙光梳LiDAR的非模糊范圍，在重復頻率差為2 kHz的情況下，可以提高到約55 km，實現(xiàn)一次性精確的遠距離探測。

針對復雜水下環(huán)境下，雙光梳LiDAR信號會受到環(huán)境干擾和系統(tǒng)噪聲的影響的問題，團隊提出了一種改進的變分模態(tài)分解（VMD）方案并適用于水下雙光梳測距系統(tǒng)。通過考慮理想雙光梳干涉信號的類高斯形狀和高信噪比的特點，將灰狼優(yōu)化算法（GWO）引入VMD進行參數(shù)優(yōu)化，并對GWO的適應度函數(shù)進行了特殊設計。通過優(yōu)化的VMD算法，將畸變的噪聲干涉信號分解為一系列高質(zhì)量的子信號，最終選擇最佳適應度的子信號進行信號重構。對不同條件下雙光梳信號的實驗結(jié)果表明，該方法不僅能提高干涉圖的信噪比，而且能同時恢復干涉圖的高斯形狀，能夠擴展雙光梳LiDAR的工作范圍和對非理想環(huán)境的魯棒性。

總體而言，該項工作利用光頻梳的精密測量特性，提升了水下光學探測的精度與距離，實現(xiàn)高精度與大范圍的海洋探測。同時，能夠?qū)μ綔y信號進行去噪與優(yōu)化，進一步提升測量的環(huán)境適應性與魯棒性。該研究在水下激光雷達領域有著廣泛的應用前景，進而有助于海洋形貌的高精度三維重構的開發(fā)與實現(xiàn)。

審核編輯 黃宇