ONBOARD ACTIVE-PULSE UNDERWATER VISION SYSTEM THROUGH THE AIR-WATER BOUNDARY
Abstract
The objective of this work is to create a system for detecting underwater objects intended for installation on surface platforms (aircraft or remotely piloted aircraft). Systems of this type can be used to solve a wide range of problems in various areas of the national economy: searching for rare fish and marine mammals, determining their migration routes, diagnostics and laying underwater pipelines and fiber optic cable networks, monitoring seawater pollution, searching for sunken ships and archaeological treasures, and carrying out rescue operations. To solve this problem, the process of laser radiation propagation to an object across the air-water interface was described, a rough sea surface was modeled, and a number of mathematical assumptions and approximations were proposed. In the practical part, a structural diagram of a laser optical-television active-pulse underwater vision system was developed, including receiving and transmitting channels, as well as a control device consisting of an image processing unit and a control controller. The receiving channel includes an electron-optical converter of the III+ generation, highly sensitive in the spectral range of sea water transparency. The main element of the transmitting channel is a highly efficient pulse laser emitting in the spectral range of sea water transparency. The assembled device has undergone field tests, as a result of which it became clear that detection and recognition of underwater targets from an aircraft through the air-water interface using the generated image is possible, the maximum detection range and recognition of underwater targets of the active-pulse underwater vision system from an aircraft through the air-water interface is mainly determined by: attenuation of optical radiation in sea water and the power of the illuminating laser pulse radiation, At the same time, a distinctive feature of the active-pulse underwater vision system is that the increase in the detection and recognition range is almost directly proportional to a certain level of laser radiation power, and a further increase in power leads to an insignificant increase in range
References
1. Tan Y.Z. et al. Overview of Chinese and American marine airborne LiDAR // The International Archives
of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. – 2020. – Vol. 42.
– P. 111-115.
2. Mariani P. Range-Gated Imaging System for Underwater Monitoring in Ocean Environment
Quincoces // Sustainability. – 2019. – 11, 162. – P. 1-13.
3. Tulldahl H.M., Pettersson M. Lidar for shallow underwater target detection // Electro-optical remote sensing,
detection, and photonic technologies and their applications. – SPIE, 2007. – Vol. 6739. – P. 55-66.
4. Rumbaugh L.K. et al. A 532 nm chaotic lidar transmitter for high resolution underwater ranging and
imaging // 2013 OCEANS-San Diego. – IEEE, 2013. – P. 1-6.
5. DeWeerts M.J. Detection of Underwater Military Munitions by a Synoptic Airborne Multi-Sensor
System // BAE Systems Spectral Solutions, Honolulu (HI). – 2010.
6. Birkeland j. The potential of lidar as an antisubmarine warfare sensor: diss. – University of Glasgow,
2009.
7. Swain R., Easton R. Sea mines: the low-end threat in the high-end fight // Proceedings Products, August.
– 2021. – Vol. 147/8/1,422.
8. Карасик В.Е., Орлов В.М. Локационные лазерные системы видения. – М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2013. – 480 с. – ISBN 978-5-7038-3667-5.
9. Грузевич Ю.К., Альков П.С., Балясный Л.М., Чистов О.В. Лазерная оптико-телевизионная ак-
тивно-импульсная система подводного видения // Подводные исследования и робототехника.
– 2024. – № 3 (49). – С. 62-75.
10. Maccarone А. Submerged single-photon lidar imaging sensor used for real-time 3d scene reconstruction
in scattering underwater environments // School of Engineering and Physical Sciences, Heriot-
Watt University, Edinburgh EH14 4AS, UK.
11. Лучинин А.Г., Сергиевская И.А. О флуктуациях светового поля под взволнованной поверхно-
стью моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. – 1982. – Т. 18, № 8. – С. 850-858.
12. Лучинин А.Г. О некоторых свойствах сигнала обратного рассеяния при лазерном зондировании
верхнего слоя океана через взволнованную поверхность // Известия АН СССР. Физика атмо-
сферы и океана. – 1987. – Т. 23, № 9. – С. 976-983.
13. Вебер В.Л. О влиянии волнения на качество изображения подводного объекта, полученного при
наблюдении через морскую поверхность // Оптика атмосферы и океана. – 1992. – Т. 5, № 8.
– С. 869-875.
14. Вебер В.Л., Лучинин А.Г. Влияние корреляционных эффектов на характеристики изображения
дна водоема, наблюдаемого через взволнованную поверхность // Известия АН СССР. Физика
атмосферы и океана. – 2001. – Т. 37, № 2. – С. 257-264.
15. Вебер В.Л., Лучинин А.Г. О дисперсии флуктуации изображений при наблюдении через взвол-
нованную поверхность // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. – 1983. – Т. 19, № 6.
– С. 631-638.
16. Лучинин А.Г. Отношение сигнал/шум в изображении дна водоема, наблюдаемого через взвол-
нованную поверхность // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. – 1986. – Т. 22, № 2.
– С. 195-201.
17. Лучинин А.Г. Об основных принципах формирования изображения подводных объектов при
наблюдении через взволнованную поверхность // Известия АН СССР. Физика атмосферы и
океана. – 1996. – Т. 32, № 2. – С. 296-302.
18. Лучинин А.Г. Функции распределения сигнала в изображениях самосветящихся подводных
тест-объектов, наблюдаемых через взволнованную поверхность // Известия АН СССР. Физика
атмосферы и океана. – 2002. – Т. 38, № 3. – С. 419-425.
19. Лучинин А.Г. Вероятностная трактовка расщепления изображений подводных объектов.
– Н. Новгород: Ин-т прикладной физики РАН, 2002.
20. Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. – Л.: Гидрометеоиздат,
1991. – 229 с.
21. Оптика океана. Т. 2 Прикладная оптика океана / под ред. А.С. Монина. – М.: Наука, 1983. – 236 с.
