[发明专利]一种用于水云反演的高光谱分辨率激光雷达视场择优方法

权利要求书

1.一种用于水云反演的高光谱分辨率激光雷达视场择优方法，其特征在于，通过选取优化的双视场高光谱分辨率激光雷达系统的视场角设计，使得不同视场角探测得到的激光雷达信号对于水云特性参数具有高灵敏度，实现水云特性参数反演，包括以下步骤：

(1)预先输入可能的水云有效半径参数，计算得到对应的水云散射相矩阵，建立水云散射相矩阵及有效半径参数关系的查找表；

(2)设定不同的高光谱分辨率激光雷达视场角参数，并根据实际激光雷达系统输入其它相关硬件设置及水云散射相矩阵、消光系数、空间高度参数，利用前向计算模型仿真得到不同接收视场角下的大气分子瑞利散射信号；

(3)基于微扰法，调整水云有效半径和消光系数参数，重新仿真得到一组不同接收视场角下的大气分子瑞利散射信号，计算不同接收视场角下的大气分子瑞利散射信号对水云有效半径和消光系数的灵敏度；

(4)选取大气分子瑞利散射信号分别对水云有效半径和消光系数的灵敏度最高的两个视场角参数，作为用于水云特性参数反演的双视场高光谱分辨率激光雷达的最优视场设置；

(5)采用最优视场设置的双视场高光谱分辨率激光雷达进行水云信号观测，对比实测信号和使用前向计算模型计算得到的仿真信号之间的相对误差，依据误差迭代优化前向计算模型输入的水云参数，判断当相对误差小于所设定阈值时，此时选用的水云参数即为反演得到精确的水云有效半径及消光系数参数。

2.根据权利要求1所述的用于水云反演的高光谱分辨率激光雷达视场择优方法，其特征在于，步骤(1)中，使用修正Gamma分布作为水云粒径分布模型，设定水云有效半径范围为4～20μm，输入对应的水云粒径分布，使用米散射理论计算对应水云散射相矩阵，建立水云散射相矩阵和有效半径的对应查找表。

3.根据权利要求1所述的用于水云反演的高光谱分辨率激光雷达视场择优方法，其特征在于，步骤(2)中，前向计算模型仿真得到的大气分子瑞利散射信号可写为接收视场角、有效半径、消光系数的函数：

B_M,ijk＝F(FOV_i,r_eff,j,α_k)

式中，B_M为计算得到的大气分子瑞利散射信号；FOV为系统的接收视场角；r_eff为水云有效半径；α为水云消光系数；i＝1,...,n；j＝1,...,m；k＝1,...,p；n、m及p为输入的不同视场角、有效半径及消光系数的个数；据此得到n×m×p组不同参数组合的大气分子瑞利散射信号。

4.根据权利要求1所述的用于水云反演的高光谱分辨率激光雷达视场择优方法，其特征在于，步骤(3)中，重新仿真得到一组不同接收视场角下的大气分子瑞利散射信号的具体公式如下：

r_eff1,j＝r_eff,j+Δr_eff,j

α_1,k＝α_k+Δα_k

B_M1,ijk＝F(FOV_i,r_eff1,j,α_1,k)＝B_M,ijk+ΔB_M,ijk

式中，r_eff1、α₁、B_M1为微调后得到的有效半径、消光系数及大气分子瑞利散射信号；Δr_eff、Δα、ΔB_M为对应的微调前后的差值。

计算不同接收视场角下的大气分子瑞利散射信号对水云有效半径和消光系数的灵敏度，公式如下：

式中，和SC_α分别为大气分子瑞利散射信号对水云有效半径和消光系数的灵敏度。