[发明专利]一种机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法

权利要求书

1.一种机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取机载高光谱分辨率激光雷达的衰减后向散射信号、硬件参数和大气分子参数；

(2)使用廓线叠加和三维块匹配方法抑制衰减后向散射信号噪声，得到去噪声信号；

(3)利用去噪信号、硬件参数及大气分子参数初步反演气溶胶后向散射系数，并计算得到散射比；

(4)借助高空清洁大气区域的散射比均值和标准差，基于先验知识分别设定云和气溶胶的层次识别阈值，并进行初步层次识别；所述云的层次识别阈值T_cloud与气溶胶的层次识别阈值T_aerosol分别为：

其中，为高空清洁大气散射比的均值，σ为高空清洁大气散射比的标准差；超出云阈值的位置将被初步判定为云，未超过云阈值但超过气溶胶阈值的位置将被初步判定为气溶胶，剩余位置则被初步判定为没有层次存在的清洁大气；

(5)在步骤(4)的基础上，利用筛选条件对云和气溶胶进行精细层次识别与初分类，并根据海拔高度和散射强度在已有层次中筛选出地表；

(6)将云与气溶胶层次合并作为层次区域，地表和清洁大气合并作为非层次区域，并把非层次区域的数据置为无效值，不参与后续反演；

(7)利用消光系数理论计算公式，配合SG滤波方法进行云和气溶胶光学厚度、消光系数、雷达比这些光学参数的常规反演；

(8)利用雷达比和退偏振比对云和气溶胶分别进行子类分类，云被细分为冰云、水云和混合相态云，气溶胶被细分为海洋气溶胶、城市气溶胶/烟尘和含有沙尘的气溶胶，再根据反演需要进行一定程度的子类合并；

所述子类分类方法为：利用退偏振比和雷达比信息，对云和气溶胶进行子类的分类；

对于初分类中的云，将其细分为冰云、水云和混合相态云；规定如果云的退偏振比大于0.25将被判定为冰云，如果云的退偏振比小于0.05将被判定为水云，否则将被判定为混合相态云；

对于初分类中的气溶胶，将其细分为城市气溶胶/烟尘、海洋气溶胶与含有沙尘的气溶胶；规定如果气溶胶的退偏振比大于0.1将被判定为含有沙尘的气溶胶，如果气溶胶的退偏振比小于等于0.1且雷达比大于35将被判定为城市气溶胶/烟尘，否则将被判定为海洋气溶胶；

所述子类合并方法为：根据实际反演需要，进行一定程度的子类合并，得到最终用于迭代反演的子类分类形式；所述最终的子类分类形式是未进行子类合并的云和气溶胶子类直接分类结果，或者是为达到简化雷达比分类迭代方法的目的进行部分子类的合并的结果；

(9)利用步骤(8)的子类分类结果，对步骤(7)反演得到的雷达比进行不同尺度且分类别的迭代平滑，各类别雷达比迭代结果组合得出最终的雷达比反演结果，并结合消光系数与雷达比之间的关系得出优化的气溶胶消光系数反演结果。

2.根据权利要求1所述的机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法，其特征在于，步骤(3)中，所述气溶胶后向散射系数的计算方法为：

其中，K(r)为距离r处平行通道与高光谱通道衰减后向散射系数的比值；T_m(r)和T_a(r)为距离r处的分子瑞利散射回波信号与气溶胶米散射回波信号经过高光谱通道鉴频器后的透过率；δ(r)为大气的总退偏振比，可通过计算垂直通道与平行通道的衰减后向散射系数比值得到；δ_m(r)为大气分子的退偏振比；β_m(r)和β_a(r)分别是大气分子和气溶胶的后向散射系数；

所述散射比R(r)的计算方法为：

为使散射比足够连续，利用中值滤波方法对散射比进行处理。

3.根据权利要求1所述的机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的筛选条件包含层次连续性判断条件及厚云判断条件，具体判断条件为：当初步层次识别中出现单个像素与四周像素类别不同时，将该单像素类别调整为周边像素的类别；单个气溶胶层次在垂直方向的连续像素点不少于7个，否则将其归类为清洁大气；当初步层次识别无法探测到地表附近层次时，认定层次为可以造成信号剧烈衰减的厚云，并将其下方全部层次清除。