[发明专利]一种基于迭代Klett的机载海洋激光雷达信号处理方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代Klett的机载海洋激光雷达信号处理方法，利用Klett法对经过背景噪声去除和距离校正的激光雷达回波信号进行处理，通过设置不同的后向散射消光对数比k获取不同的雷达衰减系数；将采集的叶绿素剖面数据代入生物光学模型，获得海水衰减系数；对比分析同一观测点生物光学模型得到衰减系数与激光雷达反演得到的雷达衰减系数，确定海水后向散射消光对数比k，进而获得更为准确的海水衰减系数。本发明的方法能够提高激光雷达反演海水衰减系数剖面的精确度。

技术领域

本发明属于激光雷达探测技术领域，尤其涉及一种基于迭代Klett的机载海洋激光雷达信号处理方法。

背景技术

海洋光学参数的探测对海洋水文勘探、水下通信、海洋环境监测及海洋激光遥感等研究领域有非常重要的意义。常见的探测手段有：现场原位测量、声呐、被动遥感和主动遥感。现场原位测量准确性较高，但是耗时耗钱耗力；声呐在水下具有很好的传输性能，但因为水汽界面的高反射率，不能放置在船上或飞机等其他平台；被动遥感可以实现全球大范围实时观测，但只能获取海表信息，无法获得海洋剖面信息；主动遥感，如激光雷达，具有很高的分辨率，且能够获取海洋剖面信息，近年来广泛用于海洋研究。

利用激光雷达回波信号并根据激光雷达方程可以反演海水的衰减系数，获取海水颗粒物的垂直分布情况。但是该结果通常是在假设后向散射消光对数比k为常数的基础上得到的，一般设k等于1。当k取不同值时，结果会发生很大差异，由此说明k是激光雷达回波信号反演的关键因素，亦是Klett法求解激光雷达方程的主要误差来源。

后向散射消光对数比k与激光波长和海水的光学特性有关，目前对海水的各种特性了解还不够深入，因此通过该途径来确定k值的可行性较低。

发明内容

本发明的目的在于获取海水后向散射消光对数比k，进而得到更为准确的海水衰减系数剖面结构，本发明提供一种基于迭代Klett的机载海洋激光雷达处理方法，该方法通过对比分析同一观测点生物光学模型得到衰减系数与激光雷达反演得到的雷达衰减系数，确定海水后向散射消光对数比k。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种基于迭代Klett的机载海洋激光雷达信号处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：分别计算激光雷达衰减系数α(z)和模型衰减系数α_model；

所述的激光雷达衰减系数α(z)的具体计算步骤如下：

(1)对所述的机载海洋激光雷达的原始数据进行预处理，包括背景噪声去除和距离校正；

(2)确定参考边界，并利用斜率法确定边界点的激光雷达衰减系数；

(3)设置迭代次数n的初始值为0，海水后向散射消光对数比k的初始值为0.6，k＝0.6+0.01n，k∈[0.6，1.3]，n∈[0，70]；

(4)将n的值、k的值代入下式，得到激光雷达衰减系数α(z)

其中，S(z)是雷达距离校正信号，S_m＝S(z_m)，z_m是边界值，α_m是边界点的激光雷达衰减系数；

(5)令n＝n+1,返回步骤(4)运行，直到k＝1.3时结束，输出激光雷达衰减系数α(z)；

所述的模型衰减系数α_model的计算步骤具体如下：

选取与激光雷达数据经纬度匹配一致的叶绿素剖面数据,将所述的叶绿素剖面数据代入下式，得到模型衰减系数α_model；