[发明专利]一种基于高斯卷积的海洋激光雷达快速仿真方法

说明书

本发明属于海洋激光雷达遥感探测技术领域，尤其涉及一种基于高斯卷积的海洋激光雷达快速仿真方法。该方法根据水体散射相函数计算均方角，计算散射相函数前向峰，计算单次散射信号强度，计算多次散射与单次散射比，计算多次散射信号强度，计算激光回波信号总强度。本发明根据高斯激光束与高斯相函数的卷积，可以将激光在水体的多次散射信号快速地仿真出来。

技术领域

本发明属于海洋激光雷达遥感探测技术领域，尤其涉及一种基于高斯卷积的海洋激光雷达快速仿真方法。

背景技术

海洋激光雷达已广泛应用于海洋探测，但目前对水体参数的反演还多使用简化的单次散射激光雷达方程，多忽略了激光在水体传播过程中的多次散射。而因为多次散射的影响，激光雷达回波信号往往要比单次散射的信号强，会对信号的反演带来误差。海洋激光雷达系统的设计和回波信号的反演需要多次散射的准确仿真作为依据。

目前对激光雷达多次散射的仿真多采用蒙特卡洛模型，但该模型计算量大、耗时长。本方法根据高斯激光束与水体高斯散射相函数的卷积，提出了一种解析模型，能够快速地计算激光在水体中的多次散射信号。

发明内容

本发明的目的在于获取激光在水体中的多次散射信号，本发明提供一种基于高斯卷积的海洋激光雷达快速仿真方法，该方法通过高斯激光束与水体高斯散射相函数的卷积，获得海洋激光雷达的多次散射回波信号。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种基于高斯卷积的海洋激光雷达快速仿真方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：根据水体散射相函数计算均方角

步骤2：根据步骤1得到的均方角计算散射相函数前向峰γ；

步骤3：计算单次散射信号强度P₁(z)；

步骤4：通过步骤1得到的均方角步骤2得到的散射相函数前向峰γ和步骤3得到的单次散射信号强度P₁(z)计算多次散射与单次散射比r_n；

步骤5：根据多次散射与单次散射比r_n计算多次散射信号强度P_n(z)；

步骤6：根据多次散射信号强度P_n(z)计算激光回波信号总强度P_t(z)。

作为优选，步骤1所述的根据水体散射相函数计算的均方角为：其中，p_true(0)为散射角为0时的水体散射相函数。

作为优选，步骤2所述的散射相函数前向峰γ为：

作为优选，步骤3所述的单次散射信号强度为P₁(z)：

其中，η为接收器探测效率；P₀为激光器能量；A为探测器接收面积；o为几何重叠因子，T_O为接收器光学透过率；T_a为大气透过率；T_s为海表透过率；v为光速；H为激光雷达所在高度；Δt为激光脉宽；n为海水折射率；z为海水深度；p_π(z)/4π为水体180°散射相函数；b(z)为水体散射系数；c(z′)为水体衰减系数。

作为优选，步骤4所述的多次散射与单次散射比r_n为：

其中，ρ_t为激光雷达接收视场角；θ₀为激光束发散角。

作为优选，步骤5所述的多次散射信号强度P_n(z)为：P_n(z)＝P₁(z)r_n。