[發(fā)明專利]一種基于解析模型的海洋激光雷達(dá)多次散射衰減校正方法

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• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115327518A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉東;陳亞佟;劉群;崔曉宇
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

1.一種基于解析模型的海洋激光雷達(dá)多次散射衰減校正方法，其特征在于，包括：

(1)根據(jù)激光雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，基于準(zhǔn)單次散射小角度近似理論，構(gòu)建海洋激光雷達(dá)的輻射傳輸解析模型，用于模擬得到激光雷達(dá)回波信號；

(2)設(shè)置多組不同的海水固有光學(xué)特性IOPs參數(shù)，分別固定吸收系數(shù)a和散射系數(shù)b，利用步驟(1)中的輻射傳輸解析模型模擬得到相應(yīng)的激光雷達(dá)回波信號；

(3)求解步驟(2)中不同信號的激光雷達(dá)有效衰減系數(shù)k_lidar，分析水體參數(shù)對于激光雷達(dá)有效衰減系數(shù)的影響；擬合激光雷達(dá)有效衰減系數(shù)k_lidar與水體固有光學(xué)特性IOPs及水深z之間的數(shù)值關(guān)系，確定k_lidar-IOPs-z的數(shù)值模型表達(dá)式；

(4)利用k_lidar-IOPs-z數(shù)值模型擬合不同水體光學(xué)特性下的模型未知參數(shù)m₁、m₂、m₃；將m₁、m₂、m₃考慮為后向散射系數(shù)b_b的函數(shù)，計(jì)算不同水體對應(yīng)的m₁、m₂、m₃與b_b之間的關(guān)系；

(5)設(shè)置非均勻水體驗(yàn)證組，對k_lidar-IOPs-z數(shù)值模型進(jìn)行驗(yàn)證，對比仿真的衰減系數(shù)與模型擬合的衰減系數(shù)，計(jì)算兩者之間的相關(guān)性，確保k_lidar-IOPs-z數(shù)值模型的有效性；

(6)對不同體制的激光雷達(dá)實(shí)測信號進(jìn)行反演，計(jì)算激光雷達(dá)有效衰減系數(shù)k_lidar及水體后向散射系數(shù)b_b；針對高光譜分辨率激光雷達(dá)和米散射激光雷達(dá)分別采用HSRL反演方法和Fernald反演方法；

(7)利用反演所得的有效衰減系數(shù)k_lidar及后向散射系數(shù)b_b，代入k_lidar-IOPs-z的數(shù)值模型，計(jì)算水體的吸收系數(shù)a；

(8)基于反演所得的水體吸收系數(shù)a與后向散射系數(shù)b_b，結(jié)合水體固有光學(xué)特性IOPs與漫射衰減系數(shù)K_d之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，計(jì)算水體的漫射衰減系數(shù)K_d。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷達(dá)多次散射衰減校正方法，其特征在于，步驟(1)中，模擬得到激光雷達(dá)回波信號的公式為：

其中，P(z)代表深度z處的激光雷達(dá)回波信號，W₀代表發(fā)射激光光強(qiáng)，b_z代表了深度z處的水體散射系數(shù)，v代表水中的光速，β^b(z,|n'-n|)代表后向散射相函數(shù)，I_src(z,r,n')和I_rec(z,r,n)分別代表光源和接收器在點(diǎn)(z,r)處的輻射角譜分布，其中接收器為虛擬光源。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷達(dá)多次散射衰減校正方法，其特征在于，步驟(3)中，k_lidar-IOPs-z的數(shù)值模型表達(dá)式如下：

其中，m₁、m₂、m₃為參數(shù)項(xiàng)，z為水體的深度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解析模型的海洋激光雷達(dá)多次散射衰減校正方法，其特征在于，步驟(4)中，k_lidar-IOPs-z數(shù)值模型中的系數(shù)m₁、m₂、m₃與后向散射系數(shù)b_b之間的關(guān)系如下所示：

m₁＝f₁(b_b)；m₂＝f₂(b_b)；m₃＝f₃(b_b)。