1 浙江大学 宁波研究院 光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
2 中国科学院海洋研究所 海洋生态与环境科学重点实验室，山东 青岛 266071
3 中国科学院海洋大科学研究中心，山东 青岛 266071
近年的研究表明：全球的许多海湾和海区出现水母数量增加甚至暴发的现象，对海洋生态环境、海洋渔业、滨海旅游业、核电安全等产生了负面影响。2017年8月，自主研制的船载偏振海洋激光雷达在黄海海域开展了实验测量，观测到丰富的强散射个体信号，结合视频监控信息，判断信号来源于水母（沙海蛰），证明偏振海洋激光雷达能够实现水母个体的遥感探测。研究结果表明，同一水域水母的光学特性表现出聚类的特点；不同水域的水母信号对比度相近、退偏率不同，说明水母的光学特性与其生存水域环境密切相关。因此，偏振海洋激光雷达可以高效、经济、精确监测水母分布和数量变动状况，其未来的推广可以完善我国海域水母动态监测手段。
偏振海洋激光雷达 强散射个体 水母探测 polarized oceanic lidar strongly scattered individuals jellyfish detection 红外与激光工程
2021, 50(6): 20211038
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
采用半解析蒙特卡洛方法, 开发了一套星载海洋激光雷达回波信号的仿真系统。通过输入激光雷达系统参数和仿真的环境参数, 该系统能够模拟具有不同光学特性的大气和海洋的激光雷达回波信号。同时该仿真系统设计了用户友好的软件界面方便用户对输入参数进行操作, 并直观地看到输出结果。利用该系统进行了多种仿真, 例如不同类型水体以及不同散射相函数的情况, 并将仿真结果与理论的激光雷达信号做了对比, 具有较高的一致性。该系统对星载海洋激光雷达探测机理的研究有一定的指导意义。
半解析蒙特卡洛模型 星载海洋激光雷达 激光雷达回波信号 semianalytic Monte Carlo model spaceborne oceanic lidar lidar returns 红外与激光工程
2020, 49(2): 0203009
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
海洋激光雷达是探测上层海水并构建海洋立体观测网络的重要遥感设备。文中将激光雷达实验数据与MC (Monte Carlo)仿真、解析模型、原位数据进行综合对比, 检验它们的匹配程度。与实验实测的激光雷达回波信号相比, MC仿真和解析模型均有很高的一致性(R■>0.97), 将原位漫射衰减系数(K■)近似代入普通激光雷达方程也有较好的一致性(R■>0.92)。反演得到的激光雷达衰减系数(α)表现出了相似的结果, MC仿真和解析模型具有更佳的一致性。结果表明: 海洋激光雷达实验结果能与MC和解析模型的仿真结果很好地匹配。
海洋遥感 海洋激光雷达 MC仿真 解析模型 ocean remote sensing oceanic lidar Monte Carlo simulation analytical model 红外与激光工程
2020, 49(2): 0203007
1 浙江大学 光电科学与工程学院, 浙江 杭州 310027
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
3 浙江大学 海洋学院, 浙江 舟山 316021
星载激光雷达是实现海洋垂直剖面探测的有效工具, 也是目前迫切需求的海洋光学遥感手段。对星载海洋激光雷达的波长参数进行评估对保证探测有效性具有重要意义。本文从探测深度和信噪比两方面分析了星载海洋激光雷达探测全球海洋的最佳波长。利用MODIS 10个波段的水体光学特性数据, 估算全球海水探测深度及相应的最优波长; 并根据太阳夫琅禾费暗线特性, 对信号信噪比进行优化。结果表明: 在探测深度方面, 最优探测波长在488 nm波段的海洋占全球海洋面积的70%左右, 并且全球95%以上的海域在488 nm波段的探测深度优于0.8倍的真光层深度; 在信噪比方面, 相对于488 nm波段, 486.134 nm夫琅禾费暗线处采用0.1 nm带宽的滤光片可以将背景光强度降低70%, 相应地回波信噪比整体提升了约50%。就全球海洋探测来说, 使用486.134 nm作为探测波长可以提高探测深度, 有效抑制太阳背景光, 提高信噪比, 因此, 486.134 nm是星载海洋激光雷达的最佳工作波长。
星载海洋激光雷达 探测深度 太阳夫琅禾费暗线 信噪比 工作波长 spaceborne oceanic lidar detection depth solar Fraunhofer line signal to noise ratio operating wavelength
在传统的半解析Monte Carlo方法的基础上作了进一步改进,用扭曲的Henyey-Greenstein函数(H-G函数)来表示散射相位函数,并由H-G函数直接得出散射角θ的表达式。计算结果表明,用此方法对海洋激光雷达接收信号的模拟与实验结果十分吻合。
海洋激光雷达 Monte Carlo方法 多次散射 扭曲的H-G函数
