一种基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法

技术特征：
1.一种基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，包括：(1)根据激光雷达系统参数，基于准单次散射小角度近似理论，构建海洋激光雷达的辐射传输解析模型，用于模拟得到激光雷达回波信号；(2)设置多组不同的海水固有光学特性iops参数，分别固定吸收系数a和散射系数b，利用步骤(1)中的辐射传输解析模型模拟得到相应的激光雷达回波信号；(3)求解步骤(2)中不同信号的激光雷达有效衰减系数k
lidar
，分析水体参数对于激光雷达有效衰减系数的影响；拟合激光雷达有效衰减系数k
lidar
与水体固有光学特性iops及水深z之间的数值关系，确定k
lidar-iops-z的数值模型表达式；(4)利用k
lidar-iops-z数值模型拟合不同水体光学特性下的模型未知参数m1、m2、m3；将m1、m2、m3考虑为后向散射系数b
b
的函数，计算不同水体对应的m1、m2、m3与b
b
之间的关系；(5)设置非均匀水体验证组，对k
lidar-iops-z数值模型进行验证，对比仿真的衰减系数与模型拟合的衰减系数，计算两者之间的相关性，确保k
lidar-iops-z数值模型的有效性；(6)对不同体制的激光雷达实测信号进行反演，计算激光雷达有效衰减系数k
lidar
及水体后向散射系数b
b
；针对高光谱分辨率激光雷达和米散射激光雷达分别采用hsrl反演方法和fernald反演方法；(7)利用反演所得的有效衰减系数k
lidar
及后向散射系数b
b
，代入k
lidar-iops-z的数值模型，计算水体的吸收系数a；(8)基于反演所得的水体吸收系数a与后向散射系数b
b
，结合水体固有光学特性iops与漫射衰减系数k
d
之间的经验关系，计算水体的漫射衰减系数k
d
。2.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(1)中，模拟得到激光雷达回波信号的公式为：其中，p(z)代表深度z处的激光雷达回波信号，w0代表发射激光光强，b
z
代表了深度z处的水体散射系数，v代表水中的光速，β
b
(z,|n'-n"|)代表后向散射相函数，i
src
(z,r,n')和i
rec
(z,r,n")分别代表光源和接收器在点(z,r)处的辐射角谱分布，其中接收器为虚拟光源。3.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(3)中，k
lidar-iops-z的数值模型表达式如下：其中，m1、m2、m3为参数项，z为水体的深度。4.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(4)中，k
lidar-iops-z数值模型中的系数m1、m2、m3与后向散射系数b
b
之间的关系如下所示：m1＝f1(b
b
)；m2＝f2(b
b
)；m3＝f3(b
b
)。5.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(6)中，针对高光谱分辨率激光雷达，采用hsrl反演方法，通过混合通道和分子通道的信号求解水体后向散射系数b
b
和激光雷达有效衰减系数k
lidar
，如下所示：
其中，χ为转换因子，t
b
为透射率，p
c
(z)为激光雷达的混合通道信号，p
m
(z)为激光雷达的分子通道信号，b
bw
为水分子的后向散射系数。6.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(6)中，针对米散射激光雷达，采用fernald方法求解激光雷达有效衰减系数k
lidar
与水体后向散射系数b
b
，如下式所示：，如下式所示：其中，p(z)为激光雷达的回波信号,k
lidar,w
为水分子有效衰减系数，k
lidar,p
为颗粒有效衰减系数，r为颗粒物激光雷达比r
p
与水分子激光雷达比r
w
的比值，z
c
代表边界深度，p0(z)为稳定信号项，β
π0
为稳定180
°
体散射系数，φ(z)如下所示7.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(7)中，吸收系数的反演公式如下所示：其中，a为水体吸收系数，b
b
为后向散射系数，m1、m2、m3为k
lidar-iops-z数值模型中的系数，与后向散射系数b
b
之间有关。8.根据权利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，其特征在于，步骤(8)中，计算水体的漫射衰减系数k
d
的公式如下：k
d
＝a 4.18(1-0.52e-10.8a
)b
b
。

技术总结
本发明公开了一种基于解析模型的海洋激光雷达多次散射衰减校正方法，包括：基于准单次散射小角度近似理论构建海洋激光雷达辐射传输解析模型，模拟不同水体环境和激光雷达硬件条件下的回波信号；构建激光雷达有效衰减系数与雷达参数和水体固有光学特性之间的数值关系，并利用漫射衰减系数系数的经验表达式构建多次散射衰减校正方法；根据海洋激光雷达的探测体制，选择不同的反演算法计算随深度分布的激光雷达有效衰减系数，利用激光雷达有效衰减系数数值模型反演水体固有光学特性，消除多次散射效应在深度上的影响，获得高精度的水体光学特性垂直剖面。利用本发明，能够大幅提高提升海洋水体组分的反演精度。提升海洋水体组分的反演精度。提升海洋水体组分的反演精度。


技术研发人员：刘东 陈亚佟 刘群 崔晓宇
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2022.09.07
技术公布日：2022/11/11