[發明專利]一種大氣-海洋耦合系統光學淺水遙感信號敏感性分析方法

有效

• 申請號: 201910215897.2
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN110031406B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 周冠華;陳金勇;孫康;路志勇;李沫含;張瀟陽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種大氣?海洋耦合系統光學淺水遙感信號敏感性分析方法，其步驟如下：建立大氣?海洋耦合輻射系統參數的特征空間，根據先驗知識設定各參數的變化區間與概率分布函數；基于拉丁超立方方法對參數空間進行抽樣，基于水體輻射傳輸模型建立該參數空間的模擬光譜數據集；利用Morris方法對選定的參數進行初步篩選，以降低參數特征空間的維度，繼而通過Sobol方差分析方法，確定并量化上述參數的主要影響程度，分析各參數間的相互作用關系，界定敏感參數的反演條件。本發明能夠實現對水色遙感系統敏感性參數的判斷以及敏感條件的確定，可為水色遙感反演模型的構建以及水色遙感器波段的設置提供技術參考，對其他陸地遙感系統的分析也具有推廣應用價值。

(一)所屬技術領域

本發明涉及一種大氣-海洋耦合系統光學淺水遙感信號敏感性分析方法，屬于遙感技術領域，在水色遙感技術研究和定量遙感方面具有重要意義。

(二)背景技術

在海洋開闊水域，水體的光學特性僅由水中的浮游植物及其共變產物決定，通常將這些水體稱為一類水體。目前，在一類水體的遙感研究中已經取得了很大的成就，相比之下，人們對于海岸淺水區水體光學特性的了解卻甚為寥寥。通常稱這類水體為二類水體，其遙感反射率同時受到其它的水體成分，即非浮游植物共變產物的影響，比如黃色物質、懸浮礦物以及海底類型等因素。在二類水體中，遙感反射率不再僅僅取決于水的深度、水體組分濃度以及海底生物棲息地，還需考慮各種水體成分的非線性關系、海底的光譜反射率以及水氣交界面的共同作用。另外，水體中葉綠素的種類、黃色物質和懸浮礦物的成分也為二類水體的遙感反射率帶來了諸多不確定性因素。

在這些因素中，有些因素的改變將引起遙感信號的變化，而其他因素雖然在一定范圍內波動，卻對遙感信號幾乎不造成影響。我們往往對那些敏感性較高的參數感興趣，因為它們的取值可能直接決定了水體的各種性質，在遙感信號的分析過程中，這些參數一般也是比較容易被反演的。因此，我們亟需構建一個全面、具體的分析體系，來識別在海岸淺水區域內影響遙感反射率的主要因素，并將其作用效果定性、定量表達，從而探究在何種條件下可以將這些參數反演出來。

(三)發明內容

本發明涉及一種大氣-海洋耦合系統光學淺水遙感信號敏感性分析方法，技術解決方案如下：建立大氣-海洋耦合系統輻射參數的特征空間，根據先驗知識設定各參數的變化區間與概率分布規律；基于水體輻射傳輸模型建立該參數空間的模擬光譜數據集；利用Morris方法對選定的參數進行初步篩選，以降低參數特征空間的維度，在過濾掉不明顯參數的同時，提高了重要參數的可識別性；繼而通過Sobol方差分析方法，確定并量化上述參數的主要影響程度，分析各參數間的相互作用關系，界定敏感參數的反演條件。其具體步驟如下：

步驟一：建立大氣-海洋耦合系統輻射參數的特征空間，根據先驗知識設定各參數的變化區間與概率分布規律，具體技術流程如下：

確定決定大氣-海洋耦合系統遙感信號的光照參數、觀測幾何、大氣參數、水體組分濃度、水體固有光學參數、邊界條件，具體為以下17個模型參數：水深、太陽高度角、風速、云層指數、水分子的單位吸收系數、水分子的單位散射系數、葉綠素的濃度、葉綠素的單位吸收系數、葉綠素的單位散射系數、葉綠素的后向散射比、有色可溶性有機物的濃度、有色可溶性有機物的單位吸收系數、礦物質的濃度、礦物質的單位吸收系數、礦物質的單位散射系數、礦物質的后向散射比、海底反射率；

根據研究區域具體的水體光學特性，確定各參數的取值區間；如果對上述參數的分布具有先驗知識，可以確定各參數的具體概率分布函數，如果缺乏先驗知識則采用平均分布函數，即假設在整個輸入參數范圍內，參數的取值是等概率的；

步驟二：基于水體輻射傳輸模型建立該參數空間的模擬光譜數據集，具體技術流程如下：