一种水体激光雷达信号模拟方法技术

本申请提供一种水体激光雷达信号模拟方法，模拟方法包括获取实测逐层吸收系数和实测逐层衰减系数，根据实测逐层吸收系数和实测逐层衰减系数计算得到实测逐层散射系数，将实测逐层吸收系数、实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束得到模拟逐层后向散射概率和多次散射集合，将实测逐层吸收系数、实测逐层衰减系数、模拟逐层后向散射概率和多次散射集合导入蒙特卡洛模型进行模拟、验证及修正得到目标修正结果，利用目标修正结果对水体激光雷达信号模拟进行修正。本申请优化了模拟算法，提高模拟计算速度，实现了对水体的多层次模拟，提升了信号模拟的置信度和准确性。提升了信号模拟的置信度和准确性。提升了信号模拟的置信度和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种水体激光雷达信号模拟方法


[0001]本专利技术涉及水体环境监测
，特别涉及一种水体激光雷达信号模拟方法。

技术介绍

[0002]随着激光雷达技术的不断发展，水体激光雷达在水文测量、水质监测、河湖调查等领域得到了广泛应用。作为探测水体光学特性、水质剖面信息的新型研究工具，水体激光雷达具有不受太阳光源限制可昼夜连续观测、垂向距离/横向扫描分辨率灵活调节、逐层水下信息获取等传统水质监测方法不可替代的优势，通过解析激光束在水面及水下与水中物质相互作用的回波信号，实现水下水质垂向分布等信息的高效监测。
[0003]激光雷达脉冲进入和离开上一层水体时，不可避免地引起了激光雷达光束的衰减和多次散射，而悬浮物垂向分布的差异性进一步加剧了激光雷达光路传输的复杂性，增加了激光雷达探测下一层水体的不确定性，并使误差随深度逐层叠加。因此，准确地模拟激光雷达水下信号，是提高利用激光雷达遥感技术探测水下逐层水体固有光学参数/水质信息精确度的关键。
[0004]而在现有技术中，对于水体的激光雷达信号模拟技术中，却仅考虑单次散射或进行准单次散射模拟，或假设垂向分布均一，这就导致了对于水体的探测出现了极大的误差。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种水体激光雷达信号模拟方法，以解决现有技术中对于水体激光雷达检测不精确的问题，所述模拟方法包括：获取水体对于信号的实测逐层吸收系数和水体对于信号的实测逐层衰减系数；根据所述实测逐层吸收系数和所述实测逐层衰减系数计算得到实测逐层散射系数；将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束得到模拟逐层后向散射概率和多次散射集合，所述多次散射集合包括多次散射运动基础值和多次散射强度权重；将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层衰减系数、模拟逐层后向散射概率和多次散射集合导入蒙特卡洛模型进行模拟、验证及修正得到目标修正结果；利用所述目标修正结果对水体激光雷达信号模拟进行修正。
[0006]优选的，所述将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束包括：利用所述辐射传输模型进行迭代获取模拟逐层漫衰减系数；将所述模拟逐层漫衰减系数和所述实测逐层漫衰减系数导入所述辐射传输模型进行约束得到所述逐层后向散射概率和所述多次散射运动基础值。
[0007]优选的，所述获取模拟逐层漫衰减系数包括：利用所述实测逐层吸收系数和所述实测逐层散射系数按照一定步长迭代所述实
测逐层后向散射概率得到所述模拟逐层漫衰减系数。
[0008]优选的，所述将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束还包括：利用所述实测逐层漫衰减系数约束所述模拟逐层漫衰减系数得到所述模拟逐层后向散射概率和所述多次散射运动基础值。
[0009]优选的，所述将所述实测逐层吸收系数、实测逐层衰减系数、模拟逐层后向散射概率和多次散射集合导入蒙特卡洛模型进行模拟、验证及修正包括：利用所述蒙特拉洛模型进行模拟获取到模拟逐层激光雷达衰减系数和模拟逐层后向散射系数；获取实测逐层激光雷达衰减系数和实测逐层后向散射系数；将所述模拟逐层激光雷达衰减系数、所述模拟逐层后向散射系数、所述实测逐层激光雷达衰减系数和所述实测逐层后向散射系数导入所述蒙特拉洛模型依次进行验证及修正得到所述修正结果。
[0010]优选的，所述利用所述蒙特拉洛模型进行模拟包括：将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层衰减系数所述逐层后向散射概率和所述多次散射集合导入所述蒙特拉洛模型进行模拟得到所述模拟逐层激光雷达衰减系数和所述模拟逐层后向散射系数。
[0011]优选的，所述将所述模拟逐层激光雷达衰减系数、所述模拟逐层后向散射系数、所述实测逐层激光雷达衰减系数和所述实测逐层后向散射系数导入所述蒙特拉洛模型依次进行验证及修正包括：利用所述模拟逐层激光雷达衰减系数对所述实测逐层激光雷达衰减系数依次修正及验证得到第一修正结果；利用所述模拟逐层后向散射系数对所述实测逐层后向散射系数依次进行修正及验证得到第二修正结果；整合所述第一修正结果和所述第二修正结果得到所述目标修正结果。
[0012]优选的，所述获取水体对于信号的实测逐层吸收系数和水体对于信号的实测逐层衰减系数之前还包括构建光子坐标系模拟场；所述根据所述实测逐层吸收系数和所述实测逐层衰减系数计算得到实测逐层散射系数包括：在所述光子坐标系模拟场中多次向水体中发射激光，获取激光在多个介质中的完整路径，所述多个介质包括水介质和空气介质，所述完整路径包括激光运动初始位置、激光发射方向和激光运动截至位置；根据所述完整路径、所述实测逐层吸收系数和所述实测逐层衰减系数计算得到所述实测逐层散射系数。
[0013]优选的，所述将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束还包括：构建激光返回概率函数；根据所述激光返回概率函数和所述多次散射运动基础值计算到所述多次散射强度权重。
[0014]优选的，所述整合所述第一修正结果和所述第二修正结果后还包括构建水体下行辐照度的漫衰减系数函数；所述利用所述目标修正结果对水体激光雷达信号模拟进行修正包括：将所述目标修正结果导入所述水体下行辐照度的漫衰减系数函数，以此对所述水体激光雷达信号模拟进行修正。
[0015]本申请提供的一种水体激光雷达信号模拟方法，具有如下优点：（1）与常规的仅优化硬件的技术相比，本申请优化了模拟算法，提高模拟计算速度。
[0016]（2）适用于所有水体，如湖泊、内陆河、海洋等。
[0017]（3）实现了对水体的多层次模拟，提升了信号模拟的置信度和准确性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法的流程图；图2为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取模拟逐层后向散射概率和多次散射集合的流程图；图3为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取模拟逐层漫衰减系数的流程图；图4为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取模拟逐层后向散射概率和多次散射集合的流程图的具体实施流程图；图5为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取目标修正结果的流程图；图6为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中利用所述蒙特拉洛模型进行模拟的具体实施流程图；图7为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取目标修正结果的具体实施流程图；图8为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中构建光子坐标系模拟场的流程图；图9为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取实测逐层散射系数的流程图；图10为本申请一种水体激光雷达信号模拟方法中获取多次散射强度权重的具体实施流程图；图11为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水体激光雷达信号模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括：获取水体对于信号的实测逐层吸收系数和水体对于信号的实测逐层衰减系数；根据所述实测逐层吸收系数和所述实测逐层衰减系数计算得到实测逐层散射系数；将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束得到模拟逐层后向散射概率和多次散射集合，所述多次散射集合包括多次散射运动基础值和多次散射强度权重；将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层衰减系数、模拟逐层后向散射概率和多次散射集合导入蒙特卡洛模型进行模拟、验证及修正得到目标修正结果；利用所述目标修正结果对水体激光雷达信号模拟进行修正。2.根据权利要求1所述的一种水体激光雷达信号模拟方法，其特征在于，所述将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束包括：利用所述辐射传输模型进行迭代获取模拟逐层漫衰减系数；将所述模拟逐层漫衰减系数和所述实测逐层漫衰减系数导入所述辐射传输模型进行约束得到所述逐层后向散射概率和所述多次散射运动基础值。3.根据权利要求2所述的一种水体激光雷达信号模拟方法，其特征在于，所述获取模拟逐层漫衰减系数包括：利用所述实测逐层吸收系数和所述实测逐层散射系数按照一定步长迭代所述实测逐层后向散射概率得到所述模拟逐层漫衰减系数。4.根据权利要求2所述的一种水体激光雷达信号模拟方法，其特征在于，所述将所述实测逐层吸收系数、所述实测逐层散射系数、实测逐层漫衰减系数和实测逐层后向散射概率导入辐射传输模型进行迭代约束还包括：利用所述实测逐层漫衰减系数约束所述模拟逐层漫衰减系数得到所述模拟逐层后向散射概率和所述多次散射运动基础值。5.根据权利要求1所述的一种水体激光雷达信号模拟方法，其特征在于，所述将所述实测逐层吸收系数、实测逐层衰减系数、模拟逐层后向散射概率和多次散射集合导入蒙特卡洛模型进行模拟、验证及修正包括：利用所述蒙特拉洛模型进行模拟获取到模拟逐层激光雷达衰减系数和模拟逐层后向散射系数；获取实测逐层激光雷达衰减系数和实测逐层后向散射系数；将所述模拟逐层激光雷达衰减系数、所述模拟逐层后向散射系数、所述实测逐层激光雷达衰减系数和所述实测逐层后向散射系数导入所述蒙特拉洛...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷少华，徐杰，时元智，徐祎凡，金秋，赵广举，徐春，洪静雨，刘春云，高辰源，宫效然，夏天龙，
申请(专利权)人：生态环境部长江流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，
类型：发明
国别省市：