本技术公开了一种基于垂向偏差模型的HSRL海水后向散射反演方法,包括:获取HSRL系统仿真的颗粒散射信号和分子散射信号;计算HSRL直接探测到的后向散射,并根据仿真输入的后向散射真值计算后向散射垂向偏差;根据系统参数、环境参数以及后向散射垂向偏差,得到垂向偏差模型;对近水面数据进行处理,计算不受多次散射影响的后向散射近水面值,并结合颗粒物后向散射比估算散射系数近水面值;基于垂向偏差模型,计算不同深度的垂向偏差;根据得到的垂向偏差剖面反演后向散射剖面。本发明克服了多次散射导致的HSRL海水后向散射反演误差,显著提高了海洋HSRL的探测精度。
背景技术
海水后向散射定义为体积散射函数在90-180度散射方向上的积分,是海洋光学在海洋生态学和生物地球化学中应用的核心参数之一。海水后向散射可被应用在评估颗粒有机碳、浮游植物生物量、浮游动物,构建基于碳的净初级生产力遥感算法,估算颗粒有机碳输出等众多领域。因此,监测后向散射信息获取与分析对于海洋科学的发展、海洋生态环境建设等多方面起到及其重要的作用。
现有监测手段中,原位探测技术精度较高但效率相对较低,而激光雷达技术在海洋遥感方面具有独特的能力,在白天和夜间均可提供海水后向散射特性的连续剖面信息。其中HSRL可同时探测颗粒和分子信号,因无需假设激光雷达比突破了方程不适定性限制,相对于传统颗粒激光雷达显著提升了海水后向散射的探测精度。
目前HSRL反演海水后向散射特性主要采用直接法,即根据激光雷达方程,将颗粒信号与分子信号作比值,再通过180度后向散射到后向散射的转换系数获取海水后向散射。在目前的激光雷达中,大多采用直接法,例如公开号为CN105486664A的中国专利公开了一种探测海洋浮游植物生物量和颗粒有机碳的装置及方法。该专利HSRL结合海洋浮游植物生物量和颗粒有机碳(POC)反演算法,利用激光雷达方程中散射角为π时的粒子体积散射方程和有效衰减系数同步反演浮游植物生物量和POC。该专利采用工作在倍频波段的HSRL系统,配合海洋浮游植物生物量和POC反演算法,无需采样就可以对海洋中的海洋浮游植物生物量和POC进行大范围高深度分辨率的高精度测量。
然而,激光在海水中的传输面临着不可避免的多次散射效应,即信号光子在海水中的传输经历超过一次的散射过程,从而为后向散射的反演引入误差。经研究发现,多次散射导致海洋HSRL后向散射误差在垂直方向上最大可超过25%。
因此,为了解决现有研究存在的上述不足,亟需设计一种后向散射垂向偏差模型,以及修正该偏差的HSRL海水后向散射反演方法。
实现思路