申请/专利权人：浙江大学

申请日：2022-01-04

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN114295585B

主分类号：G01N21/53

分类号：G01N21/53;G01S17/88

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.04.26#实质审查的生效;2022.04.08#公开

摘要：本发明公开了一种基于解析模型的多视场海洋激光雷达数据正则化反演方法，利用基于准单次小角度散射近似理论的解析模型计算特定水体参数的仿真信号，通过灵敏度模型和正则化方法求解对特定水体参数进行数值矫正，采取多次迭代运算获得一组水体参数使得仿真信号与实测信号之间的差异小于设定阈值，从而实现高精度水体固有光学特性参数和颗粒物粒径的反演，并进一步引入生物光学模型推演了叶绿素浓度在水中的垂直分布情况。本发明的方法为多视场海洋激光雷达提供了有效的海水光学性质反演算法，能够实现高精度的多水体特性反演，提升海洋激光雷达的水体微物理性质探测能力。

主权项：1.一种基于解析模型的多视场海洋激光雷达数据正则化反演方法，其特征在于，包括以下步骤：1假定激光雷达接收视场角分别为FOV1，FOV2，FOV3，根据准小角度单次散射近似理论，计算深度为z处的水体信号如下： 其中，FOVx代表视场角，x＝1，2，3，C0为系统常数，n为折射率、H为激光雷达系统距水面的高度，τz为单次散射条件下的光学厚度，等于光束衰减系数c在深度上的积分，为探测器有效区域的傅里叶变换，B为后向散射分数，v为空间频率，b代表散射系数，ξ代表水深的积分变量，Pz,p为前向散射相函数的Hankel变换；设置水体相函数为FF相函数，计算对应的Hankel变换为 其中，代表归一化的FF相函数；2利用水体分层模型将水体设置为分层水体，单层水体的深度为Δz，第j层的深度zj＝j×Δz，探测位置第M层的深度z＝zM＝M×Δz，考虑频谱间隔为Δv，第i处的频率vi＝i×Δv，最大频率vmax＝N×Δv；假定初始条件下，每一层的吸收系数、散射系数、后向散射系数均为a0、b0、bb0，后向散射分数B＝bb0b0，在初始设置下仿真激光雷达的回波信号；3对于三视场海洋激光雷达而言，FOV1，FOV2，FOV3下仿真得到的激光雷达信号分别为FFOV1，FFOV2，FFOV3，计算仿真信号与实际激光雷达信号的差值为ΔFFOV1，ΔFFOV2，ΔFFOV3；4计算水深z处的水体参数灵敏度模型，定义z处受z'处水体参数影响的灵敏度为X＝a,b,bb，分别代表吸收系数a、散射系数b、后向散射系数bb的灵敏度，算得吸收系数灵敏度散射系数灵敏度和后向散射系数灵敏度5利用仿真信号与实际信号的差值ΔFFOV1，ΔFFOV2，ΔFFOV3和三个视场下的水体参数灵敏度模型计算设置的水体参数a0、b0、bb0的矫正值Δa、Δb、Δbb，计算公式如下： 其中下标M代表了水体的总层数；6通过矫正值Δa、Δb、Δbb更新设定的水体固有光学特性参量a、b、bb；7将更新后的水体固有光学特性参量重新进行仿真，获得FOV1，FOV2，FOV3三个视场对应的仿真信号FFOV1，FFOV2，FFOV3，计算仿真信号与实测信号之间的相对误差是否小于设定的误差阈值Δthreshold；若小于设定误差阈值，则认为矫正后的a、b、bb符合精度要求，a、b、bb即为多视场海洋激光雷达的反演结果，若大于设定误差，则重复步骤2-步骤7，直至相对误差满足阈值要求；8依据后向散射分数B和相函数模型，对颗粒物粒径分布斜率μ进行反演，颗粒物粒径分布斜率计算公式如下：μ＝3-2vn＝1.01+0.1542μ-3 其中n代表水体的相对折射率，v与δ为中间变量；9假定水体为一类水体，利用反演得到的a进一步推算叶绿素浓度chl。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 浙江大学 一种基于解析模型的多视场海洋激光雷达数据正则化反演方法

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