[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

说明书

本发明公开了一种机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法，方法包含获取原始数据；使用多种噪声去除方法降低信号噪声；基于去噪信号进行后向散射系数与散射比的计算；利用散射比阈值法进行初步层次识别；通过精细筛选条件实现云、气溶胶、地表与清洁大气的初步分类；通过层次处理和地表去除，确定有效反演区域；利用常规反演方法初步反演消光系数与雷达比；在初步分类基础上，实现云和气溶胶的子类分类与处理；以初步反演的雷达比为初值，进行雷达比分类迭代，并由此计算出最终的消光系数结果。利用本发明能够提升机载高光谱分辨率激光雷达消光系数的反演精度和反演完整性，有助于云和气溶胶相互作用、大气污染防治等领域的研究。

技术领域

本发明涉及大气环境遥感领域，尤其涉及一种机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法。

背景技术

大气气溶胶是空气中悬浮的固体或液体小微粒，半径在10^-2-10^-8cm之间。虽然气溶胶在大气中含量很低，但有降低能见度的作用，在气候变化、人类健康等诸多方面产生着显著的影响。而云是大气中水蒸气遇冷形成的小水滴与小冰晶所组成的可见混合物，常漂浮于大气空间中。云和气溶胶关系紧密，一方面两者在生态系统及地球大气辐射收支平衡中发挥着重要作用，另一方面两者的相互作用也被视为气候变化中最具不确定性的因素。为了大气污染监测、云-气溶胶相互作用研究等目的，需要对云和气溶胶进行高分辨率的连续观测与深入研究，减少其不确定性影响。

激光雷达是一种主动遥感探测仪器，凭借着高时空分辨率、昼夜连续观测等优势，被广泛应用于云和气溶胶探测。在大气探测激光雷达中，米散射激光雷达因其结构简单、成本低廉等特点，使用最为普遍。但由于米散射激光雷达方程的限制，其在光学特性反演过程中需要进行雷达比的假设，显著制约了米散射激光雷达的探测精度。高光谱分辨率激光雷达是一种在反演过程中无需假设雷达比的新型激光雷达，能够显著提升云和气溶胶光学特性的反演精度，成为了大气探测领域具有发展前景的重要技术之一。

大气激光雷达根据运载平台可以分为地基激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达和星载激光雷达，每种平台都有自己的优势与不足。机载激光雷达灵活性强、活动范围广、探测分辨率高，在大气探测领域具有不可替代的地位。机载高光谱分辨率激光雷达能够集机载平台特点与高光谱探测优势于一体，在全球云和气溶胶垂直结构、辐射特性、物理光学特性研究，云-气溶胶相互作用研究，气溶胶在大气污染、天气预报领域的应用研究等诸多方面发挥着重要的作用。

因此，需要发展一种基于机载高光谱分辨率激光雷达的消光反演方法，促进机载高光谱分辨率激光雷达领域的数据应用，推动云和气溶胶高精度光学特性反演与深入研究。

发明内容

为了解决机载高光谱分辨率激光雷达实测数据的消光系数反演问题，本发明提供了一种机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法，该反演方法基于大气衰减后向散射信号，通过层次识别和初分类方法判断并区分信号中的云和气溶胶层次，并在层次内进行信号去噪、云和气溶胶子类分类及基于分类迭代的消光系数反演，从而实现较高精度的大气光学参数的获取。

具体采用的技术方案如下：

一种机载高光谱分辨率激光雷达消光系数反演方法，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；

(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；