[發明專利]一種基于迭代Klett的機載海洋激光雷達信號處理方法

有效

• 申請號: 201910911141.1
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110673108B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 陳鵬;毛志華;劉航;朱乾坤;黃海清;龔芳
• 申請（專利權）人: 自然資源部第二海洋研究所
• 主分類號: G01S7/48
• 分類號: G01S7/48;G01S17/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發明公開了一種基于迭代Klett的機載海洋激光雷達信號處理方法，利用Klett法對經過背景噪聲去除和距離校正的激光雷達回波信號進行處理，通過設置不同的后向散射消光對數比k獲取不同的雷達衰減系數；將采集的葉綠素剖面數據代入生物光學模型，獲得海水衰減系數；對比分析同一觀測點生物光學模型得到衰減系數與激光雷達反演得到的雷達衰減系數，確定海水后向散射消光對數比k，進而獲得更為準確的海水衰減系數。本發明的方法能夠提高激光雷達反演海水衰減系數剖面的精確度。

技術領域

本發明屬于激光雷達探測技術領域，尤其涉及一種基于迭代Klett的機載海洋激光雷達信號處理方法。

背景技術

海洋光學參數的探測對海洋水文勘探、水下通信、海洋環境監測及海洋激光遙感等研究領域有非常重要的意義。常見的探測手段有：現場原位測量、聲吶、被動遙感和主動遙感。現場原位測量準確性較高，但是耗時耗錢耗力；聲吶在水下具有很好的傳輸性能，但因為水汽界面的高反射率，不能放置在船上或飛機等其他平臺；被動遙感可以實現全球大范圍實時觀測，但只能獲取海表信息，無法獲得海洋剖面信息；主動遙感，如激光雷達，具有很高的分辨率，且能夠獲取海洋剖面信息，近年來廣泛用于海洋研究。

利用激光雷達回波信號并根據激光雷達方程可以反演海水的衰減系數，獲取海水顆粒物的垂直分布情況。但是該結果通常是在假設后向散射消光對數比k為常數的基礎上得到的，一般設k等于1。當k取不同值時，結果會發生很大差異，由此說明k是激光雷達回波信號反演的關鍵因素，亦是Klett法求解激光雷達方程的主要誤差來源。

后向散射消光對數比k與激光波長和海水的光學特性有關，目前對海水的各種特性了解還不夠深入，因此通過該途徑來確定k值的可行性較低。

發明內容

本發明的目的在于獲取海水后向散射消光對數比k，進而得到更為準確的海水衰減系數剖面結構，本發明提供一種基于迭代Klett的機載海洋激光雷達處理方法，該方法通過對比分析同一觀測點生物光學模型得到衰減系數與激光雷達反演得到的雷達衰減系數，確定海水后向散射消光對數比k。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：

一種基于迭代Klett的機載海洋激光雷達信號處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1：分別計算激光雷達衰減系數α(z)和模型衰減系數α_model；

所述的激光雷達衰減系數α(z)的具體計算步驟如下：

(1)對所述的機載海洋激光雷達的原始數據進行預處理，包括背景噪聲去除和距離校正；

(2)確定參考邊界，并利用斜率法確定邊界點的激光雷達衰減系數；

(3)設置迭代次數n的初始值為0，海水后向散射消光對數比k的初始值為0.6，k＝0.6+0.01n，k∈[0.6，1.3]，n∈[0，70]；

(4)將n的值、k的值代入下式，得到激光雷達衰減系數α(z)

其中，S(z)是雷達距離校正信號，S_m＝S(z_m)，z_m是邊界值，α_m是邊界點的激光雷達衰減系數；

(5)令n＝n+1,返回步驟(4)運行，直到k＝1.3時結束，輸出激光雷達衰減系數α(z)；

所述的模型衰減系數α_model的計算步驟具體如下：

選取與激光雷達數據經緯度匹配一致的葉綠素剖面數據,將所述的葉綠素剖面數據代入下式，得到模型衰減系數α_model；