[发明专利]一种复杂环境影响下的海洋-低层大气激光传输建模方法

说明书

本发明公开了一种复杂环境影响下的海洋‑低层大气激光传输建模方法，包括如下步骤：将激光探测海下目标的传输过程分为低层大气传输子过程、海面透射子过程、海体传输子过程；确定各子过程中的环境因子及其特征参数；建立复杂环境下激光低层大气衰减系数模型、复杂环境下海‑气界面激光透射比数学模型、复杂海体环境下激光海水衰减系数数学模型；综合建立复杂环境影响下的海洋‑低层大气激光传输模型。本发明对复杂大气海洋环境中各种因素耦合对激光光路和能量衰减的作用机理进行深入综合，建立了完整的复杂环境下蓝绿激光探测的全过程传输模型，为新型空中平台对水下目标激光探测设备的研发提供理论支撑。

技术领域

本发明涉及环境建模与仿真领域以及激光探测领域，更具体地，涉及一种复杂环境影响下的海洋-低层大气激光传输建模方法。

背景技术

近年来，各种非声探测技术迅猛发展，磁、红外、激光、可见光、雷达等多物理场非声探测方法在探水下目标手段中所占的比重越来越大。其中，激光、可见光等光学探测技术由于具有可成像、可定向、低延时、主被动结合等优势，成为当前非声探测技术的重要发展方向。

蓝绿激光探测水下目标是当前激光探测技术的研究热点之一。蓝绿激光的工作波段为450nm～550nm，其在海水中的衰减相较于其他光波段的衰减要小得多，具有十分良好的穿透性，蓝绿激光波段成为水下激光信号的传输“窗口”。蓝绿激光探测作为一种主动探测手段，一般以飞机作为空中平台搭载蓝绿激光发射和接收设备，通过向被测目标发射高功率、窄脉冲的激光，采集和存储发射激光脉冲和反射激光脉冲波形，并通过一定的信号处理方法，得到被测目标的位置坐标、几何结构和物理属性等信息，实现对远距离水下目标的遥感。

蓝绿激光探测技术广泛应用于地质勘探、大气检测、气象预报、位移测量、海水水文勘测、水下鱼群探测，海洋环境监测和地理科学等诸多领域。因此，发展和应用蓝绿激光探测技术以对我国辽阔海洋进行深入研究和开发，在国民经济和国防建设中均具有巨大的价值和应用前景。

我国在蓝绿激光探测技术研究起步较晚，相关理论不成熟，对复杂环境下激光探测全过程的传输建模研究不够深入，且都是对海上大气、海洋中海水体和水下目标分别进行研究，缺乏系统性分析，暂时没能形成一套完整的复杂环境激光传输理论和模型。

蓝绿激光从发射到接收回波的传输过程中，必然要经过包括低层大气-海面-海体在内的跨介质的复杂环境，复杂海洋-低层大气环境的不确定性给激光传输带来的影响主要包括：

1.激光在低层大气中传输过程中受到大气分子和雨、雾、霾等不同气象条件下气溶胶粒子的吸收和散射，作用机理较难建模；

2.激光的入射、出射在海洋-大气界面受海面海风、海浪的动态特性影响，造成传输光路路径的不确定性和相应的能量损失，机理分析复杂；

3.海水中各类不同的悬浮物对激光雷达探测回波信号的方向和强度均有很大影响，影响过程复杂。

因此研究蓝绿激光在的低层大气-海面-海洋共同组成的复杂环境中的传输特性，建立受环境参数影响的激光传输模型是突破蓝绿激光探测技术瓶颈的理论基础，可为复杂环境下蓝绿激光雷达探测设备的研制和应用提供有效技术支撑。

发明内容

本发明针对蓝绿激光水下目标探测的技术瓶颈，分析了蓝绿激光在海洋-低层大气跨介质复杂环境中的传输特性，对复杂大气海洋环境中各种因素耦合对激光光路和能量衰减的作用机理进行深入综合，结合经典的经验解析方法和仿真统计方法，建立了完整的复杂环境下蓝绿激光探测的全过程传输模型，为新型空中平台对水下目标激光探测设备的研发提供理论支撑。

根据本发明的一方面，提供了一种复杂环境影响下的海洋-低层大气激光传输建模方法，包括如下步骤：

S1.根据激光在低层大气、海-气界面、海体三部分环境中的传输机理，将激光探测海下目标的传输过程分为低层大气传输子过程、海面透射子过程、海体传输子过程；