[发明专利]一种区域海水透明度实时计算方法

权利要求书

1.一种区域海水透明度实时计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，利用海表光学参数以及测量点海水垂直剖面光学参数来构建三维变分同化模型，再由三维变分同化模型获得区域的海水各层的光学参数；

步骤2，利用蒙特卡罗法模拟光子水下运动，再计算透明度盘处的上涌光相对量；

步骤3，建立对比度传输方程，将计算得到的上涌光相对量作为计算对比度传输方程固有对比度初始值，求解对比度传输方程得到区域海水透明度；

步骤1中，获得区域的海水各层的光学参数的具体步骤为：

步骤1.1，利用区域观测样本插值得到全域网格点上的物理量，插值公式为：

y=Hx (1)

式(1)中，x为该区域范围内海表光学参数或测量点海水垂直剖面光学参数，y为该区域范围内所有网格点的物理量，H为克里金插值算子；

步骤1.2，对区域观测样本添加随机扰动，设第i次添加白噪声的观测样本x_i，使用克里金插值算子H作用得到该区域网格点上的物理量y_i，则第i次扰动的协方差矩阵R_i为：

式(2)中，横线上标表示求平均运算，则方差矩阵R表示为：

式(3)中，I为添加白噪声次数；

步骤1.3，利用不同时间段的历史观测数据插值得到不同时间段的全域网格点上的物理量，对不同时间段的全域网格点上的物理量进行统计得到背景场物理量矩阵y_b，若T时间段内有n个海表光学参数观测样本或n个海水垂直剖面光学参数观测样本，则背景场物理量矩阵y_b为：

步骤1.4，令T₁和T₂两个时间段内的背景场物理量矩阵分别为和则计算背景场协方差矩阵为：

再对进行平均计算获得区域光学参数背景场协方差矩阵B：

步骤1.5，构建区域海水光学参数变分同为化模型的代价函数J为：

当且仅当代价函数J取最小值时得最优解，得到区域海水各层的光学参数为：

式(8)中，W=(B^-1+H^TR^-1H)^-1H^TR^-1。

2.根据权利要求1所述的区域海水透明度实时计算方法，其特征在于，步骤2中，利用蒙特卡罗法模拟光子水下运动的具体步骤为：

步骤2.1，通过太阳高度角算法初始化入射光子的入射位置、方向余弦以及能量；

步骤2.2，通过几何关系计算入射光子的下一入射点位置以及在发生入射后的能量；

步骤2.3，判断光子运动是否穿过d深度上的海水薄层，若向上穿越，则累加到向上辐照度；若向下穿越，则累加到向下辐照度；若未穿越，则根据能量阈值判断光子能量是否耗尽，若耗尽，则转向步骤2.2进行新一轮模拟，若未耗尽，则转向步骤2.4；

步骤2.4，判断光子运动位置是否到达海底，若到达海底，则计算在海底反射或者散射后的方向余弦和能量，再转向步骤2.2进行新一轮模拟；若未到达海底，则转向步骤2.5

步骤2.5，根据光子的位置坐标判断光子是否到达海表，若光子达到海表且射出，则转向步骤2.2进行新一轮模拟；若光子到达海表且未射出，则进一步判断是否在海表处发生全反射，若发生全反射，则计算反射后光子的能量、坐标以及方向余弦，再转向步骤2.2进行新一轮模拟；若光子未死亡也未到达海表和海底，则计算光子散射后的方向余弦，再转向步骤2.2进行新一轮模拟。