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专利号: 202310193358X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.利用星载激光雷达背景噪声反演水体遥感反射率的方法,其特征在于,包括:S1: 计算大气漫射透过率 ;

S2: 星载激光雷达的总背景噪声建模;

S3: 星载激光雷达的大气校正;

S4: 水体遥感反射率的计算;

S1包括:

大气漫射透过率包含瑞利散射漫射透过率 、气溶胶漫射透过率 以及臭氧引起漫射透过率 的贡献:

(1);

其中θ为任意角度,臭氧引起的漫射透过率为:(2);

其中,τO3为臭氧层吸收的光学厚度,τO3(λ)=kO3(λ)q,q是大气臭氧柱状密度,kO3(λ)是臭氧吸收系数,对应给定波长和臭氧吸收系数通过查表法获取;

瑞利散射的漫射透过率为:

(3);

瑞利散射光学厚度τR取决于大气粒子的数量,粒子数量与海平面大气压P成正比,任意大气压下的瑞利散射光学厚度 表示为:(4);

其中,τR0表示在标准大气压P0 、温度288.15K、二氧化碳浓度360 ppm时的瑞利光学厚度,对应给定波长 计算为:(5);

其中λ对应光学窄带滤光片的中心波长,对激光雷达系统而言λ也是发射激光的中心波长,单位为微米。

2.根据权利要求1所述的利用星载激光雷达背景噪声反演水体遥感反射率的方法,其特征在于,S1包括:大气气溶胶漫射透过率表示为:

(6);

τa为气溶胶光学厚度,wa为气溶胶单次反照率,wa=(‑0.0032AM+0.972)×exp(3.06×10‑4RH),AM为气溶胶类型,范围为从典型公海气溶胶到典型陆地气溶胶,RH为大气相对湿度,Fa为前向散射率,通过式(7)计算:(7);

其中 表示不对称性散射因子, =0时表示各向同性散射,当 趋向于1时,前向散射增大;当 趋向于‑1时,后向散射增强;

S2包括:

星载激光雷达在大气层顶所探测的总背景噪声ft由大气散射噪声fatm、水面反射噪声fsurf、离水噪声fw以及探测器暗计数噪声fd组成:(8);

TOA

其中探测器暗计数率直接忽略,Lw 为离水辐亮度,即来自水体或水底的辐亮度,TOALsurf 为水面反射辐亮度,Latm为大气散射辐亮度,包含了瑞利散射光子、气溶胶以及气溶胶与分子之间的相互作用,上标TOA是指卫星探测器的位置位于大气层顶,A是经标定后的激光雷达系统参数,取决于星载激光雷达的接收及探测硬件系统,表示为:(9);

其中,F为激光雷达系统的标定系数,ηr为接收光学系统效率,ηq为探测器量子效率,Δλ为滤光片带宽,θr为接收孔径的半视场角,Ar为接收望远镜有效面积,hv为对应波长的单个光子能量。

3.根据权利要求2所述的利用星载激光雷达背景噪声反演水体遥感反射率的方法,其特征在于,S3包括:星载激光雷达的大气校正为从测量的总噪声率中去除水面反射和大气散射的贡献,得到离水噪声率的过程,将水体遥感反射率Rrs定义为,离水辐亮度Lw与下行辐照度Ed的比值,即Rrs=Lw/Ed,其中Ed表示为Ed=Nλcos(θs)t(θs),大气层顶接收的离水噪声fw表示为:(10);

其中,Nλ代表对应光学窄带滤光片的中心波长的太阳光大气顶部光谱辐照度,θs为太阳天顶角,θv为激光雷达视场光轴对应的天底角,t(θs)为从太阳到地面的大气漫射衰减系数,t(θv)为从地面到卫星的大气漫射衰减系数,通过步骤S1计算获取;

为获取水体遥感反射率Rrs,需要获取对应的离水噪声fw,即来自大气与水面的噪声贡献需要从传感器接收的总噪声中去除fw=fall‑fatm‑fsurf =fall‑fother,其中fother为大气校正项,借助给定地点和时间的辅助数据,即Rrs,aux计算获取:(11);

其中fall为给定原位实测位置处所探测的大气层顶总噪声率,整个遥感反射率反演流程只需要1个原位实测点,即一个Rrs,aux数据,或者在百公里的范围内只需要1个原位实测点,则可反演出整个星载激光雷达沿轨测量的遥感反射率,当不存在实测遥感反射率时,使用大洋遥感反射率为默认值代替实测值。

4.根据权利要求3所述的利用星载激光雷达背景噪声反演水体遥感反射率的方法,其特征在于,S4包括:结合公式(10)与公式(11)水体遥感反射率计算为:(12);

fall为星载激光雷达在研究区域探测的总噪声率,fother为步骤S3中使用单个位置实地遥感水色数据获取的大气校正值,分母的所有项都使用系统参数和环境参数计算。