海洋光學技術主要指在海洋研究和開發中套用的光學遙感、雷射、光學信息理論和實驗方法等光學技術。它是20世紀70年代以後發展起來的海洋光學新領域。
基本介紹
- 中文名：海洋光學技術
- 分類1：光學遙感探測海洋
- 分類2：雷射探測海洋
- 分類3：近代光學與海洋研究
光學探測海洋,雷射探測海洋,與海洋研究,
光學探測海洋
用各種遙感方法獲得並提取光波所攜帶的海洋信息。主要採用多光譜遙感技術：用多光譜感測器接收海面向上光譜輻射和海面熱輻射，然後根據海洋－大氣系統輻射傳遞模式進行數據和圖象處理，得出海洋的環境參數。
海洋輻射傳遞的光譜特徵是多光譜遙感探測海洋的基礎。多光譜感測器參數的確定，依賴于海洋光譜輻射研究。海洋的向上輻亮度，只有陸地的0.1～0.05倍,且動態範圍很小。確定海洋環境參數所要求的光譜頻寬為10nm,而陸地遙感所要求的光譜頻寬,一般要增大10倍以上。因此，用來探測海洋和海岸帶的多光譜感測器具有較窄的光譜頻寬。為了獲得較大的接收能量，感測器具有較大的瞬時視場角。例如，海岸帶海色掃瞄器(CZCS)的可見光波段的光譜頻寬為20nm，瞬時視場角為 0.05°，相應的地面解析度約為800m。自20世紀70年代末以後發展起來的陸地-D衛星（美國）、斯包特衛星(法國)、地球資源衛星 1號（歐洲空間局）、氣象海洋衛星(日本)、流星Ⅱ型衛星（蘇聯），在光譜選擇、地面解析度、遙感器配置等總體設計中，都儘可能地兼顧了陸地和海洋的光譜輻射特徵。海洋衛星的主要遙感手段，雖然是各種微波感測器，但是對於提供完整的海洋數據信息而言，光學遙感依然是不可缺少的有效手段。
雷射探測海洋
20世紀60～70年代，雷射探測海洋主要集中於水中雷射電視研究。為了消除海水後向散射光而延長觀察距離，提出了同步空間幾何分離法和距離選通法。前者具有視場大的優點,觀察距離可達6～10衰減長度（見海洋光學性質）。後者用脈衝雷射，觀察距離可達20個衰減長度左右，但視場角較小，且在近距離有盲區。水中雷射電視主要限於近距離水中觀察，尚難滿足探測軍事目標（如潛艇）的要求。70年代以後，隨著脈衝大功率雷射和波長可調的可調諧雷射的發展，雷射探測海洋的研究集中於海洋雷射雷達,主要有3個方面：①脈衝雷射測距，儀器裝置在飛機上，測定超短脈衝雷射的往返時間，可獲得海面波高和淺海水深數據。探測深度一般可達 8～10個衰減長度。若利用前向散射，探測深度約可達50個衰減長度。②海水雷射拉曼光譜雷達。隨著海洋水體溫度的升高，海水的單分子數目增加，致使海水的雷射拉曼光譜產生紅移（見圖）。這是航空遙感探測海洋溫度剖面的唯一有效方法。當脈衝雷射功率為1MW時，可測溫度剖面為4個衰減長度，可測海水溫度差為 0.5°C。利用雷射拉曼光譜方法，還可測定海水的鹽度和密度。③海水雷射螢光光譜雷達。機載雷射螢光雷達是遙感方法探測海水化學成分的有效手段。它實質上是一種遠距的雷射螢光光譜分析儀。例如：葉綠素的激發波長為590nm,受激螢光波長為680nm,油膜的激發波長為430nm,受激螢光波長為530nm。美國國家航空與航天局 (NASA)於1973～1977年執行的雷射雷達計畫，旨在發展綜合雷射測距、雷射拉曼光譜、雷射螢光光譜等方法的海洋雷射雷達系統，可探測海水的深度、溫度、葉綠素和泥沙含量、污染等。
與海洋研究
近代光學的重要特點之一是關於光信息的研究。雷射的水中傳輸和水中圖象的傳輸，實質上是通過海水介質的光信息的傳輸過程。70年代，不少研究者套用線性系統理論來討論水中雷射或圖象的傳輸。把考慮傳輸過程的海水介質視為一個線性系統，則系統的性能完全由系統的脈衝回響即點擴展函式來確定（見水中能見度）。若已知海水介質的點擴展函式或脈衝回響，則水中圖象或雷射傳輸結果為輸入圖象或雷射束分布與海水介質點擴展函式的卷積。海水介質的點擴展函式的傅立葉變換，稱為海水介質的光學傳遞函式，它表征海水介質線性系統的頻譜回響。水下圖象系統或雷射雷達系統的傳輸性能，由接收系統、發射系統和海水介質的光學傳遞函式的乘積所決定。近代光學的信息傳遞理論和實驗方法，還可套用于海洋光學輻射傳遞理論研究和海洋光學基本參數的測量。另外，光電子技術是近代套用光學中的活躍分支，它在海洋研究中有廣泛的套用，涉及了遙感遙測技術、雷射技術、光信息處理方法等。
