本书系统介绍了单波段激光雷达水深探测硬件，包括水深探测原理、发射光学系统、光学接收系统、回波信号探测、综合控制系统与整机集成、回波信号波形分解等内容，并利用大量的真实实验数据、图片等描述了仪器测试和验证的过程。本书不仅为读者详尽介绍了相关理论和技术，也为读者提供了测试和验证单波段测深激光雷达的第一手资料。本书的出版填补了国内外该领域学术专著的空白。
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2007.1-2011.1 弗吉尼亚理工大学【美国】 博士
1991.9-1994.10 武汉大学（武汉测绘科技大学） 博士
1988.9-1991.7 西南交通大学 硕士
1982.9-1986.7 东华理工大学 学士2010.3 - 至今 桂林理工大学 副校长，博士生导师，教授（2级）
2012.3 - 至今 天津大学“遥感研究中心”主任、教授、博士生导师
2011.5 - 2012.1 天津大学 校长助理
2010.7 - 2012.1 Old Dominion University [美国] 教授(破格)
2005.7 - 2010.6 Old Dominion University [美国] 副教授(破格)
2000.8 - 2005.7 Old Dominion University, USA [美国] 助理教授
2003.5 - 2009.5 Office of Spatial Cartography and Informatics- [美国] 主 任
1998.2 - 2000.8 The Ohio State University, USA [美国] 博士后
1997.1 - 1998.2 Alexander von Humboldt Fellow，Technical University of Berlin, Germany [德国] (洪堡基金学者)周国清教授作为课题负责人和主要参与者已经完成了48项课题。其中，作为课题负责人主持4项美国科学基金（NSF），5项美国航空航天局（NASA）基金，总经费超过500万美元。2014年，周国清教授光荣入选“国家新世纪百千万人才工程”人员名单，并同时被授予国家“有突出贡献中青年专家”荣誉称号Chair, IEEE Beijing Section Geoscience and Remote Sensing Society Chapter-Guilin
Senior Associate Editor, International Journal of Remote Sensing (2021-present)
Associate Editor, IEEE J. STARS (2020 - present)
Associate Editor, Remote Sensing (2015 - present)
Editorial Board, Remote Sensing Letter (November, 2019 - present)
2022-2027 中国测绘学会高等教育委员 (2022-2027)
2015-2025 《广西本科高校教学指导委员会》地理科学类教指导委员会主任
2015.10 国家“十三五 ”科技创新规划“空天高新技术领域 (地球观测与导航技术领域地球观测与导航技术领域) ”编委
2015.12 国家“十三五 ”科技发展规划《国家关键术遴选》专委员
2012-2016 国
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 背景 1
1.1.2 水深探测回顾 1
1.1.3 卫星多光谱测量水下地形 2
1.1.4 声呐测量水下地形 3
1.1.5 水深探测激光雷达 7
1.2 激光雷达水深测量发展与现状 9
1.2.1 国外发展历程 10
1.2.2 国内发展历程 14
1.3 激光雷达水深测量系统组成 18
1.4 本章小结 19
参考文献 20
第2章 单波段激光雷达水深探测原理 24
2.1 引言 24
2.2 单波段激光脉冲不同介质传输理论 25
2.2.1 大气中激光传输理论 25
2.2.2 大气–水界面激光传输理论 26
2.2.3 水下激光传输理论 27
2.3 最大测量水深预测模型的构建 30
2.3.1 水下最大测深与系统衰减系数的经验模型 30
2.3.2 水下最大测深与系统模型参数的选择 32
2.3.3 最大测量水深预测模型的耦合 34
2.3.4 最大测量水深预测模型的误差分析 40
2.4 最大测量水深预测模型的验证 40
2.4.1 背景噪声功率和有效接收功率交叉对比验证 40
2.4.2 最大测量水深预测模型对比 43
2.4.3 最大测量水深预测 44
2.5 本章小结 49
参考文献 49
第3章 单波段激光雷达发射光学系统 51
3.1 引言 51
3.2 发射光学设计理论 51
3.2.1 开普勒准直扩束装置 52
3.2.2 伽利略准直扩束装置 54
3.2.3 反射式光楔扫描理论 56
3.3 激光器及其选型 57
3.3.1 激光器选择 57
3.3.2 激光能量的测试 60
3.4 扫描系统 64
3.4.1 激光扫描原理 64
3.4.2 光学扫描器件和电机选型 66
3.4.3 扫描电机控制系统 67
3.5 本章小结 72
参考文献 73
第4章 单波段激光雷达光学接收系统 74
4.1 引言 74
4.2 单波段激光雷达多通道分视场理论 75
4.2.1 浅海测量最优视场（FOV）理论 75
4.2.2 各通道探测器光学参数分析 78
4.3 接收光学物镜结构设计 82
4.3.1 柯克三片式物镜 82
4.3.2 施密特–卡塞格林物镜 87
4.3.3 离轴四反射式物镜 91
4.3.4 物镜镜头的对比与选择 93
4.4 接收光学目镜选择及设计 94
4.4.1 单透镜目镜 94
4.4.2 双透镜目镜 95
4.5 光学接收系统杂散光抑制结构设计 96
4.5.1 杂散光来源分析 96
4.5.2 杂散光抑制方法 98
4.5.3 杂散光抑制光机结构设计 100
4.6 接收光机系统杂散光抑制模拟验证 103
4.7 接收光学系统杂散光抑制实现 106
4.8 本章小结 115
参考文献 115
第5章 单波段激光雷达回波信号探测 117
5.1 引言 117
5.2 探测器 118
5.2.1 雪崩二极管（APD） 118
5.2.2 光电倍增管（PMT） 119
5.3 射频放大电路设计与实现 121
5.3.1 低噪声射频放大电路设计与实现 121
5.3.2 二级射频放大电路设计与实现 125
5.4 PMT增益控制设计与实现 137
5.4.1 基于FPGA的PMT增益远程控制方法 137
5.4.2 基于FPGA的PMT增益自适应反馈控制 140
5.5 本章小结 151
参考文献 151
第6章 单波段水深测量激光雷达综合控制系统与整机集成 153
6.1 引言 153
6.2 工作原理 153
6.2.1 激光雷达主控系统工作原理 153
6.2.2 高速数据实时采集系统工作原理 154
6.3 综合控制技术及软硬件模块设计 155
6.3.1 高精度时序同步技术 155
6.3.2 光轴稳定技术 161
6.3.3 高速数据采集硬件模块 163
6.3.4 高速高精度实时采集软件设计 166
6.4 单波段激光雷达整机系统集成 170
6.4.1 单波段激光雷达整机系统组成部分 170
6.4.2 单波段激光雷达整机系统集成实现 175
6.5 单波段水深测量激光雷达验证 181
6.5.1 系统功能测试 181
6.5.2 水深测量验证试验 187
6.6 本章小结 198
参考文献 199
第7章 回波信号波形分解 201
7.1 引言 201
7.2 波形分解的基本原理与算法 201
7.2.1 基于数学模拟法的波形分解 202
7.2.2 基于反卷积法的波形分解 204
7.3 五种波形分解算法的对比分析 206
7.3.1 研究数据 206
7.3.2 波形分量数量的对比分析 207
7.3.3 波形分量位置的对比分析 208
7.3.4 波形分量参数的对比分析 210
7.3.5 分解精度的对比分析 212
7.3.6 分解速度的对比分析 213
7.4 高斯拐点波形分解方法 213
7.4.1 高斯拐点选择原理 213
7.4.2 分解后参数优化 217
7.4.3 优化后参数拟合 217
7.4.4 拟合后波形分量分类 219
7.5 高斯拐点分解方法的验证与分析 221
7.5.1 高斯拐点分解方法验证 221
7.5.2 参数优化结果分析 228
7.6 本章小结 235
参考文献 236
第8章 单波段激光雷达测试场和验证 239
8.1 引言 239
8.2 室内测试及验证 239
8.2.1 激光雷达功能测试 239
8.2.2 水槽测试 241
8.2.3 游泳池验证 245
8.3 室外不同场景测试场与验证 247
8.3.1 水井测试场 247
8.3.2 人工水池测试场 248
8.4 自然池塘测试场 251
8.5 自然河流测试场 253
8.6 自然海域测试场 254
8.7 本章小结 256
参考文献 256
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