条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法
【专利摘要】条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法，本发明涉及测量浅层海水衰减系数的遥感方法。本发明是要解决现有方法探测效率较低并且不能做到实时探测的问题。一、激光器产生光源，通过条纹管激光成像雷达的发射光学系统发射光功率的时域信号到海面；二、光反射回波由接收光学系统接收，通过窄带滤光片滤去杂光，使反射光照射到条纹管探测器上，条纹管探测器记录经过海平面畸变后的回波光，并通过条纹管激光器的A/D采集以及DSP处理，得到海平面回波的光功率信号；三、利用海平面回波的光功率信号计算出浅层海水的衰减系数。本发明应用于海洋探测领域。
【专利说明】条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量浅层海水衰减系数的遥感方法。
【背景技术】
[0002]海水对于激光的衰减系数(或衰减长度)测量是海洋学领域水下探测方向一直需要面对和解决的问题。目前的测量方法都是通过采集水样或者实地测量等接触式测量为主，其探测效率较低，且由于测量时间较长，水质发生变化，不能做到实时探测。
[0003]而非接触式海水激光衰减系数的探测方法是通过遥感方式，可以大面积，实时对于海水衰减系数进行遥测，可以提高探测效率。海水对激光衰减系数的非接触式测量由于探测效率高、精度高等特点备受人们的重视。特别，此项技术可以应用在机载平台上，其探测效率可大大提高。
【发明内容】
[0004]本发明是要解决现有方法探测效率较低并且不能做到实时探测的问题，而提供了条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法。
[0005]条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法按以下步骤实现:
[0006]一、激光器产生光源，通过条纹管激光成像雷达的发射光学系统发射光功率的时域信号到海面；
[0007]激光器产生的光功率的时域信号为:
【权利要求】
1.条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法，其特征在于它按以下步骤实现: 一、激光器产生光源，通过条纹管激光成像雷达的发射光学系统发射光功率的时域信号到海面； 激光器产生的光功率的时域信号为:
其中，Atl为激光器固有光功率振幅；σ为激光脉宽的一半，t为信号的时域时间； 二、光反射回波由接收光学系统接收，通过窄带滤光片滤去杂光，使反射光照射到条纹管探测器上，条纹管探测器记录经过海平面畸变后的回波光，并通过条纹管激光器的A/D采集以及DSP处理，得到海平面回波的光功率信号； 三、利用海平面回波的光功率信号计算出浅层海水的衰减系数。
2.根据权利要求1所述的条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法，其特征在于步骤二条纹管探测器记录经过海平面畸变后的回波信号并通过条纹管激光器的A/D采集以及DSP处理，得到海平面的回波的光功率信号具体为: (一)条纹管探测器探测单元记录海表面散射光功率信号；
其中，A1为条纹管探测器单元接收到的海表面散射光振幅，t为信号的时域时间，t0为光从激光器到海面所经历的时间，h为大气衰减系数，C为光速，H0为装置距海面高度，σ为激光脉宽一半，a为散射光功率空间分布函数J1为光学系统单程透过率，Ii1为大气衰减系数，A0为激光器固有光功率振幅，r为条纹管探测器接收光学系统半径； (二)条纹管探测器探测单元记录穿透海平面的散射光信号即水下后向散射光功率信号; 首先假定在水下某一点S处，激光产生后向散射，其后向散射被条纹管探测器单元接收到的光功率信号为:
其中，L为水面到S点距离；A2为接收到后向散射光功率的振幅；n为折射率；k2为浅层海水衰减系数；t2为激光从海面到S点所经历的时间，Cw为激光在水中速度； 其振幅A2表示为:
其中，T2为激光从空气进入海水的透过率；τ3为光线沿折射光线传播的比率；τ4为激光从海水到空气的透过率；b为海水体后向散射系数，P0激光器峰值功率； 计算激光从进入海水一直传播到S点处产生的总的后向散射光功率回波信号为:
(三)条纹管探测器记录海平面回波的光功率信号即经过海平面畸变后的回波信号总功率为:
3.根据权利要求2所述的条纹管激光成像雷达海面回波畸变测量浅层海水衰减系数的遥感方法，其特征在于步骤三利用海平面回波的光功率信号计算出浅层海水的衰减系数: 通过分离变量法得到:
Pt (t) = Pt (P1, P2, H0, t, k2) = Pif (H0, t) +P2g (H0, t, k2) (8)其中， P1 = BT12P0 JI r2 (9) P2 = P0T12T2T3T^.π r2 (10)
假设在探测器中，实际探测的真实信号为G(t)，则该信号具有如下的特征:
其中，h为峰值时间；PP为峰值功率；Et为回波能量；G(ti)实际探测信号的峰值功率， G' U1)实际探测到的功率信号在h时刻的导数为O ; 因此，Pt⑴函数需满足条件(13)，(14)，(15)； Pf (H0, ^+P2g / (H0, t1； k2) = O(16) PJ (Hc^t1)+P2g(Hmt^k2) =Pp (17)
根据方程(16)-(18)，可以得出:
其中，H0，P1, P2, K2为未知数，由(19) - (21)得到H0, P1, P2关于k2的表达式；得到H0, P1,P2关于k2的曲线； 弓丨入函数S2，其表现为Pt(t)与函数G(t)的相似度:
S2越小，Pt⑴与函数G(t)相似度越高； 将由方程组(19)-(21)得出的Hc^PnP2关于k2的变化规律，将这些数值代入方程(22)当S2取最小值时，得浅层海水衰减系数k2。
【文档编号】G06F19/00GK104199048SQ201410465643
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】郜键, 王骐, 孙剑峰 申请人:哈尔滨工业大学