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在海洋技術(shù)領(lǐng)域中，海洋探測技術(shù)是打破人類與海洋間屏障的關(guān)鍵手段，先進的激光雷達（LiDAR）系統(tǒng)和算法對水下任務(wù)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(chǔ)，在遙感以及地形地貌檢測等應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

天津大學(xué)海洋學(xué)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(shè)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(guān)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(fù)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(fù)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(yīng)度函數(shù)進行了特殊設(shè)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(yīng)度的子信號進行信號重構(gòu)。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(fù)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(xué)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(yīng)性與魯棒性。該研究在水下激光雷達領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，進而有助于海洋形貌的高精度三維重構(gòu)的開發(fā)與實現(xiàn)。

審核編輯 黃宇