CN113219496A - 一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统 - Google Patents

一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统 Download PDF

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CN113219496A CN202110292982.6A CN202110292982A CN113219496A CN 113219496 A CN113219496 A CN 113219496A CN 202110292982 A CN202110292982 A CN 202110292982A CN 113219496 A CN113219496 A CN 113219496A
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Abstract

本发明属于雷达探测技术领域，公开了一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统，包括：激光雷达信息获取模块、探测试验模块、水层衰减系数获取模块、后向散射系数获取模块、中央控制模块、总吸收系数获取模块、反演参数模型构建模块、相对误差模型构建模块、最优双波长确定模块、激光雷达探测模块。本发明提供的星载海洋大气参数激光雷达探测系统使用双波长海洋高光谱分辨率激光雷达进行探测，获取激光雷达的信息以及通过探测得到水层衰减系数、后向散射系数，从而实现总吸收系数的获取；择优选取海洋激光雷达的两个波长，提高叶绿素和CDOM吸收系数的反演精度，可以实现大范围的探测海洋上空的大气温度、湿度、密度参数分布信息的准确获取。

Description

一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统
技术领域
本发明属于雷达探测技术领域，尤其涉及一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统。
背景技术
目前：海洋面积占地球表面总面积的71％左右，获取与掌握海洋上空的大气参数和气候环境对于提高海洋大气环境的认识与研究来说极为重要。海洋大气环境的主要参数包括温度、湿度、密度等，这些参数对于研究海洋上空气象环境、气候变迁、陆-海上空水汽传输、大气运动等科学自然规律，以及提高海上作业及海洋上空飞机飞行等都具有重要意义。
常用的大气探测遥感设备包括被动遥感设备和地基激光雷达，但是，被动遥感设备无法进行全天时全天候测量，探测精度低，无法获得大气的三维信息。而地基激光雷达受探测范围的限制，无法对包含海洋上空的全球范围内的大气进行高精度探测。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的大气探测遥感设备无法进行全天时全天候测量，探测精度低，无法获得大气的三维信息；受探测范围的限制，无法对包含海洋上空的全球范围内的大气进行高精度探测。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统。
本发明是这样实现的，一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统，所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统包括：
激光雷达信息获取模块，与中央控制模块连接，用于通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息；
探测试验模块，与中央控制模块连接，用于通过探测试验程序进行激光雷达的探测回波反演试验，得到激光雷达探测回波反演试验结果；
水层衰减系数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数；
所述通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数，包括：
获取激光雷达探测回波反演试验结果，进行激光雷达探测回波反演激光雷达衰减系数的提取；并依据提取的激光雷达衰减系数估计水体的多次散射特征参数m的估计值；
利用多次散射特征参数m的估计值，基于多次前向-单次后向散射雷达模型，建立不同视场接收时激光雷达回波比值的方程组，计算水体前向散射系数；
所述计算水体前向散射系数，包括：
将多次散射特征参数m的估计值代入多次前向-单次后向散射雷达模型，得到多次散射项：
Figure RE-GDA0003149713830000021
其中，m为多次散射特征参数，
Figure RE-GDA0003149713830000022
2θrcvr为接收视场角，n水体折射率，H为激光雷达距离水面的高度，bf为水体前向散射系数，z为探测水深， 2θlas为激光光束发散角，x为光子散射后位置向量的空间频率，J1为1阶贝塞尔函数，rlas和Rrcvr分别为探测激光束和望远镜接收通光面的半径；
基于多次前向-单次后向散射雷达模型，计算船载激光雷达的回波强度：
Figure RE-GDA0003149713830000023
其中，Q为激光能量，Arcvr为接收视场入瞳面积，T2为激光波长在大气中和气海界面的双程衰减，v为光速，τd为脉冲宽度，n为水体折射率，z为探测深度，H为激光雷达与水面间距离，β(π)为水体后向180°散射系数；a为水体吸收系数，bb为后向散射系数；F(z)为多次散射项；
利用相同视场入瞳面积、不同的有效接收视场i，计算船载激光雷达的回波强度：
Pi(z)＝Pwater(ψi，z)＝M(z)F(ψi，z)；
获得回波比值方程组：
Figure RE-GDA0003149713830000031
求解回波比值方程组，计算积分项中的未知数：水体前向散射系数bf和多次散射特征参数m的准确值；
基于Walker-Mclean模型，获得不同视场的激光雷达回波比，并采用最小二乘法模型计算水体的吸收系数和多次散射项；
采用最小二乘法模型计算水体的吸收系数和多次散射项，包括：
先将水体前向散射系数bf近似为散射系数b，代入Walker-Mclean模型，则有：
Figure RE-GDA0003149713830000032
其中，b为散射系数，τ为多次散射时间，g(z,τ)为对多次散射时间τ统计的Gamma分布概率密度函数，简称多次散射项；
Figure RE-GDA0003149713830000033
其中，
Figure RE-GDA0003149713830000034
Figure RE-GDA0003149713830000035
<θ2>为散射角均方值，θ＝ arccos[(0.142m2-1)/0.132m2]，m为多次散射特征参数m的准确值；
利用不同视场角θ1、θ2下的激光雷达回波比值，去除水体后向180°散射系数β(π)的计算影响：
Figure RE-GDA0003149713830000041
求解得到水体吸收系数a；
采用最小二乘法模型，计算水体的多次散射项g(z,τ)；
在Walker-Mclean模型中，进行极限深度假设，反演不同水层的向下漫射衰减系数；
后向散射系数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数；
中央控制模块，与激光雷达信息获取模块、探测试验模块、水层衰减系数获取模块、后向散射系数获取模块连接，用于通过主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行。
进一步，所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统还包括：
总吸收系数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数；
反演参数模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过反演参数模型构建程序进行反演参数模型的构建，得到反演参数模型；
相对误差模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过相对误差模型构建程序进行相对误差模型的构建，得到相对误差模型；
最优双波长确定模块，与中央控制模块连接，用于通过最优双波长确定程序依据构建的反演参数模型与相对误差模型获得波长和误差的关系，并依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长；
激光雷达探测模块，与中央控制模块连接，用于通过激光雷达探测程序将获取的最优双波长作为探测波长进行激光探测，得到海洋上空的大气信息。
进一步，所述双波长海洋高光谱分辨率激光雷达设置有：激光发射单元、接收单元、锁频单元、滤波单元、数据采集及处理单元。
进一步，所述通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息，包括：
进行激光雷达信息所在的数据库的确定，所述数据库包括一个或多个数据元；
基于所述数据元对应的信息的提取路径，获取所述数据元对应的一个或多个激光雷达信息；所述激光雷达信息至少包括激光雷达名称；
基于所述激光雷达名称，将一个或多个所述激光雷达信息按照对应的激光雷达名称进行关联；
基于关联的信息得到对应的结构化数据；基于所述数据元与所述激光雷达的信息之间的对应关系，将所述结构化数据进行转化，得到对应所述数据元中的标准数据；
基于所述激光雷达名称，将对应于同一所述激光雷达名称的各所述标准数据分别与各所述标准数据对应的各所述数据元进行关联存储。
进一步，所述反演不同水层的向下漫射衰减系数，包括：
将Walker-Mclean模型的深度z趋近于无穷大，得到基于极限深度假设的 Walker-Mclean模型：
Figure RE-GDA0003149713830000051
其中，～为近似符号，
Figure RE-GDA0003149713830000052
将计算得到的水体吸收系数a和多次散射项g(z,τ)值代入基于极限深度假设的Walker-Mclean模型，利用limz→∞exp(-2KLidarz)＝exp(-2Kdz)计算不同水层处向下漫射衰减系数Kd的趋近值。
进一步，所述通过后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数，包括：通过转换因子从180 度体积散射函数中获取。
进一步，所述180度体积散射函数为激光雷达信息中的一项信息。
进一步，所述通过总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数，包括：通过激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数获得水体总吸收系数；激光雷达同时测量两个波长的水体总吸收系数，得到a(λ1)和a(λ2)。
进一步，所述a(λ1)和a(λ2)计算公式为：
Figure RE-GDA0003149713830000061
其中，aw(λ)为纯水各波长吸收系数，λ1为激光雷达的第一波长，λ2为激光雷达的第一波长；A(λ)是叶绿素a的比吸收系数；C是叶绿素a的浓度；E(λ) 是叶绿素a的指数吸收系数；S为光谱吸收斜率，单位为nm-1；λ0是参考波长； ag(λ0)是CDOM在参考波长下的吸收系数。
进一步，所述依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长，包括：对双波长同时进行随机后作出双波长与反演误差的关系图，在图中找到反演误差最小的点，所述反演误差最小的点对应的双波长即为最优双波长。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的星载海洋大气参数激光雷达探测系统使用双波长海洋高光谱分辨率激光雷达进行探测，获取激光雷达的信息以及通过探测得到水层衰减系数、后向散射系数，从而实现总吸收系数的获取；建立参数相对误差的评价方法，择优选取海洋激光雷达的两个波长，提高叶绿素和CDOM吸收系数的反演精度，对双波长激光雷达的两个波长进行择优，可以实现大范围的探测海洋上空的大气温度、湿度、密度参数分布信息的准确获取。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的星载海洋大气参数激光雷达探测系统结构框图。
图2是本发明实施例提供的星载海洋大气参数激光雷达探测方法流程图。
图3是本发明实施例提供的双波长海洋高光谱分辨率激光雷达结构框图。
图4是本发明实施例提供的通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息流程图。
图5是本发明实施例提供的通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数流程图。
图中：1、激光雷达信息获取模块；2、探测试验模块；3、水层衰减系数获取模块；4、后向散射系数获取模块；5、中央控制模块；6、总吸收系数获取模块；7、反演参数模型构建模块；8、相对误差模型构建模块；9、最优双波长确定模块；10、激光雷达探测模块；11、激光发射单元；12、接收单元；13、锁频单元；14、滤波单元；15、数据采集及处理单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的星载海洋大气参数激光雷达探测系统包括：
激光雷达信息获取模块1，与中央控制模块5连接，用于通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息；
探测试验模块2，与中央控制模块5连接，用于通过探测试验程序进行激光雷达的探测回波反演试验，得到激光雷达探测回波反演试验结果；
水层衰减系数获取模块3，与中央控制模块5连接，用于通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数；
后向散射系数获取模块4，与中央控制模块5连接，用于通过后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数；
中央控制模块5，与激光雷达信息获取模块1、探测试验模块2、水层衰减系数获取模块3、后向散射系数获取模块4、总吸收系数获取模块6、反演参数模型构建模块7、相对误差模型构建模块8、最优双波长确定模块9、激光雷达探测模块10连接，用于通过主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行；
总吸收系数获取模块6，与中央控制模块5连接，用于通过总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数；
反演参数模型构建模块7，与中央控制模块5连接，用于通过反演参数模型构建程序进行反演参数模型的构建，得到反演参数模型；
相对误差模型构建模块8，与中央控制模块5连接，用于通过相对误差模型构建程序进行相对误差模型的构建，得到相对误差模型；
最优双波长确定模块9，与中央控制模块5连接，用于通过最优双波长确定程序依据构建的反演参数模型与相对误差模型获得波长和误差的关系，并依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长；
激光雷达探测模块10，与中央控制模块5连接，用于通过激光雷达探测程序将获取的最优双波长作为探测波长进行激光探测，得到海洋上空的大气信息。
如图2所示，本发明实施例提供的星载海洋大气参数激光雷达探测方法包括以下步骤：
S101，通过激光雷达信息获取模块利用激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息；通过探测试验模块利用探测试验程序进行激光雷达的探测回波反演试验，得到激光雷达探测回波反演试验结果；
S102，通过水层衰减系数获取模块利用水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数；通过后向散射系数获取模块利用后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数；
S103，通过中央控制模块利用主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行；通过总吸收系数获取模块利用总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数；
S104，通过反演参数模型构建模块利用反演参数模型构建程序进行反演参数模型的构建，得到反演参数模型；通过相对误差模型构建模块利用相对误差模型构建程序进行相对误差模型的构建，得到相对误差模型；
S105，通过最优双波长确定模块利用最优双波长确定程序依据构建的反演参数模型与相对误差模型获得波长和误差的关系，并依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长；
S106，通过激光雷达探测模块利用激光雷达探测程序将获取的最优双波长作为探测波长进行激光探测，得到海洋上空的大气信息。
如图3所示，本发明实施例提供的双波长海洋高光谱分辨率激光雷达设置有：激光发射单元11、接收单元12、锁频单元13、滤波单元14、数据采集及处理单元15。
如图4所示，本发明实施例提供的通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息，包括：
S201，进行激光雷达信息所在的数据库的确定，所述数据库包括一个或多个数据元；
S202，基于所述数据元对应的信息的提取路径，获取所述数据元对应的一个或多个激光雷达信息；所述激光雷达信息至少包括激光雷达名称；
S203，基于所述激光雷达名称，将一个或多个所述激光雷达信息按照对应的激光雷达名称进行关联；
S204，基于关联的信息得到对应的结构化数据；基于所述数据元与所述激光雷达的信息之间的对应关系，将所述结构化数据进行转化，得到对应所述数据元中的标准数据；
S205，基于所述激光雷达名称，将对应于同一所述激光雷达名称的各所述标准数据分别与各所述标准数据对应的各所述数据元进行关联存储。
如图5所示，本发明实施例提供的通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数，包括：
S301，获取激光雷达探测回波反演试验结果，进行激光雷达探测回波反演激光雷达衰减系数的提取；并依据提取的激光雷达衰减系数估计水体的多次散射特征参数m的估计值；
S302，利用多次散射特征参数m的估计值，基于多次前向-单次后向散射雷达模型，建立不同视场接收时激光雷达回波比值的方程组，计算水体前向散射系数；
S303，基于Walker-Mclean模型，获得不同视场的激光雷达回波比，并采用最小二乘法模型计算水体的吸收系数和多次散射项；
S304，在Walker-Mclean模型中，进行极限深度假设，反演不同水层的向下漫射衰减系数。
本发明实施例提供的所述计算水体前向散射系数，包括：
将多次散射特征参数m的估计值代入多次前向-单次后向散射雷达模型，得到多次散射项：
Figure RE-GDA0003149713830000111
其中，m为多次散射特征参数，
Figure RE-GDA0003149713830000112
2θrcvr为接收视场角，n水体折射率，H为激光雷达距离水面的高度，bf为水体前向散射系数，z为探测水深， 2θlas为激光光束发散角，x为光子散射后位置向量的空间频率，J1为1阶贝塞尔函数，rlas和Rrcvr分别为探测激光束和望远镜接收通光面的半径；
基于多次前向-单次后向散射雷达模型，计算船载激光雷达的回波强度：
Figure RE-GDA0003149713830000113
其中，Q为激光能量，Arcvr为接收视场入瞳面积，T2为激光波长在大气中和气海界面的双程衰减，v为光速，τd为脉冲宽度，n为水体折射率，z为探测深度，H为激光雷达与水面间距离，β(π)为水体后向180°散射系数；a为水体吸收系数，bb为后向散射系数；F(z)为多次散射项；
利用相同视场入瞳面积、不同的有效接收视场i，计算船载激光雷达的回波强度：
Pi(z)＝Pwater(ψi，z)＝M(z)F(ψi，z)；
获得回波比值方程组：
Figure RE-GDA0003149713830000114
求解回波比值方程组，计算积分项中的未知数：水体前向散射系数bf和多次散射特征参数m的准确值。
本发明实施例提供的采用最小二乘法模型计算水体的吸收系数和多次散射项，包括：
先将水体前向散射系数bf近似为散射系数b，代入Walker-Mclean模型，则有：
Figure RE-GDA0003149713830000121
其中，b为散射系数，τ为多次散射时间，g(z,τ)为对多次散射时间τ统计的Gamma分布概率密度函数，简称多次散射项；
Figure RE-GDA0003149713830000122
其中，
Figure RE-GDA0003149713830000123
Figure RE-GDA0003149713830000124
<θ2>为散射角均方值，θ＝ arccos[(0.142m2-1)/0.132m2]，m为多次散射特征参数m的准确值；
利用不同视场角θ1、θ2下的激光雷达回波比值，去除水体后向180°散射系数β(π)的计算影响：
Figure RE-GDA0003149713830000125
求解得到水体吸收系数a；
采用最小二乘法模型，计算水体的多次散射项g(z,τ)。
本发明实施例提供的反演不同水层的向下漫射衰减系数，包括：
将Walker-Mclean模型的深度z趋近于无穷大，得到基于极限深度假设的 Walker-Mclean模型：
Figure RE-GDA0003149713830000131
其中，～为近似符号，
Figure RE-GDA0003149713830000132
将计算得到的水体吸收系数a和多次散射项g(z,τ)值代入基于极限深度假设的Walker-Mclean模型，利用limz→∞exp(-2KLidarz)＝exp(-2Kdz)计算不同水层处向下漫射衰减系数Kd的趋近值。
本发明实施例提供的通过后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数，包括：通过转换因子从180度体积散射函数中获取。
本发明实施例提供的180度体积散射函数为激光雷达信息中的一项信息。
本发明实施例提供的通过总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数，包括：通过激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数获得水体总吸收系数；激光雷达同时测量两个波长的水体总吸收系数，得到a(λ1)和a(λ2)。
本发明实施例提供的a(λ1)和a(λ2)计算公式为：
Figure RE-GDA0003149713830000133
其中，aw(λ)为纯水各波长吸收系数，λ1为激光雷达的第一波长，λ2为激光雷达的第一波长；A(λ)是叶绿素a的比吸收系数；C是叶绿素a的浓度；E(λ) 是叶绿素a的指数吸收系数；S为光谱吸收斜率，单位为nm-1；λ0是参考波长； ag(λ0)是CDOM在参考波长下的吸收系数。
本发明实施例提供的依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长，包括：对双波长同时进行随机后作出双波长与反演误差的关系图，在图中找到反演误差最小的点，所述反演误差最小的点对应的双波长即为最优双波长。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统包括：
激光雷达信息获取模块，与中央控制模块连接，用于通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息；
探测试验模块，与中央控制模块连接，用于通过探测试验程序进行激光雷达的探测回波反演试验，得到激光雷达探测回波反演试验结果；
水层衰减系数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数；
所述通过水层衰减系数获取程序依据获取的激光雷达探测回波反演试验结果进行水层衰减系数的获取，得到激光雷达的水层衰减系数，包括：
获取激光雷达探测回波反演试验结果，进行激光雷达探测回波反演激光雷达衰减系数的提取；并依据提取的激光雷达衰减系数估计水体的多次散射特征参数m的估计值；
利用多次散射特征参数m的估计值，基于多次前向-单次后向散射雷达模型，建立不同视场接收时激光雷达回波比值的方程组，计算水体前向散射系数；
所述计算水体前向散射系数，包括：
将多次散射特征参数m的估计值代入多次前向-单次后向散射雷达模型，得到多次散射项：
Figure RE-FDA0003149713820000011
其中，m为多次散射特征参数，
Figure RE-FDA0003149713820000012
2θrcvr为接收视场角，n水体折射率，H为激光雷达距离水面的高度，bf为水体前向散射系数，z为探测水深，2θlas为激光光束发散角，x为光子散射后位置向量的空间频率，J1为1阶贝塞尔函数，rlas和Rrcvr分别为探测激光束和望远镜接收通光面的半径；
基于多次前向-单次后向散射雷达模型，计算船载激光雷达的回波强度：
Figure RE-FDA0003149713820000021
其中，Q为激光能量，Arcvr为接收视场入瞳面积，T2为激光波长在大气中和气海界面的双程衰减，v为光速，τd为脉冲宽度，n为水体折射率，z为探测深度，H为激光雷达与水面间距离，β(π)为水体后向180°散射系数；a为水体吸收系数，bb为后向散射系数；F(z)为多次散射项；
利用相同视场入瞳面积、不同的有效接收视场i，计算船载激光雷达的回波强度：
Pi(z)＝Pwater(ψi，z)＝M(z)F(ψi，z)；
获得回波比值方程组：
Figure RE-FDA0003149713820000022
求解回波比值方程组，计算积分项中的未知数：水体前向散射系数bf和多次散射特征参数m的准确值；
基于Walker-Mclean模型，获得不同视场的激光雷达回波比，并采用最小二乘法模型计算水体的吸收系数和多次散射项；
采用最小二乘法模型计算水体的吸收系数和多次散射项，包括：
先将水体前向散射系数bf近似为散射系数b，代入Walker-Mclean模型，则有：
Figure RE-FDA0003149713820000023
其中，b为散射系数，τ为多次散射时间，g(z,τ)为对多次散射时间τ统计的Gamma分布概率密度函数，简称多次散射项；
Figure RE-FDA0003149713820000024
其中，
Figure RE-FDA0003149713820000031
Figure RE-FDA0003149713820000032
<θ2>为散射角均方值，θ＝arccos[(0.142m2-1)/0.132m2]，m为多次散射特征参数m的准确值；
利用不同视场角θ1、θ2下的激光雷达回波比值，去除水体后向180°散射系数β(π)的计算影响：
Figure RE-FDA0003149713820000033
求解得到水体吸收系数a；
采用最小二乘法模型，计算水体的多次散射项g(z,τ)；
在Walker-Mclean模型中，进行极限深度假设，反演不同水层的向下漫射衰减系数；
后向散射系数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数；
中央控制模块，与激光雷达信息获取模块、探测试验模块、水层衰减系数获取模块、后向散射系数获取模块连接，用于通过主控机对各连接模块的运行进行控制，保证各个模块正常运行。
2.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统还包括：
总吸收系数获取模块，与中央控制模块连接，用于通过总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数；
反演参数模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过反演参数模型构建程序进行反演参数模型的构建，得到反演参数模型；
相对误差模型构建模块，与中央控制模块连接，用于通过相对误差模型构建程序进行相对误差模型的构建，得到相对误差模型；
最优双波长确定模块，与中央控制模块连接，用于通过最优双波长确定程序依据构建的反演参数模型与相对误差模型获得波长和误差的关系，并依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长；
激光雷达探测模块，与中央控制模块连接，用于通过激光雷达探测程序将获取的最优双波长作为探测波长进行激光探测，得到海洋上空的大气信息。
3.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述双波长海洋高光谱分辨率激光雷达设置有：激光发射单元、接收单元、锁频单元、滤波单元、数据采集及处理单元。
4.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述通过激光雷达信息获取程序进行双波长海洋高光谱分辨率激光雷达信息的获取，得到激光雷达信息，包括：
进行激光雷达信息所在的数据库的确定，所述数据库包括一个或多个数据元；
基于所述数据元对应的信息的提取路径，获取所述数据元对应的一个或多个激光雷达信息；所述激光雷达信息至少包括激光雷达名称；
基于所述激光雷达名称，将一个或多个所述激光雷达信息按照对应的激光雷达名称进行关联；
基于关联的信息得到对应的结构化数据；基于所述数据元与所述激光雷达的信息之间的对应关系，将所述结构化数据进行转化，得到对应所述数据元中的标准数据；
基于所述激光雷达名称，将对应于同一所述激光雷达名称的各所述标准数据分别与各所述标准数据对应的各所述数据元进行关联存储。
5.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述反演不同水层的向下漫射衰减系数，包括：
将Walker-Mclean模型的深度z趋近于无穷大，得到基于极限深度假设的Walker-Mclean模型：
Figure RE-FDA0003149713820000051
其中，～为近似符号，
Figure RE-FDA0003149713820000052
将计算得到的水体吸收系数a和多次散射项g(z,τ)值代入基于极限深度假设的Walker-Mclean模型，利用limz→∞exp(-2KLidarz)＝exp(-2Kdz)计算不同水层处向下漫射衰减系数Kd的趋近值。
6.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述通过后向散射系数获取程序依据获取的激光雷达信息进行后向散射系数的获取，得到激光雷达的后向散射系数，包括：通过转换因子从180度体积散射函数中获取。
7.如权利要求6所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述180度体积散射函数为激光雷达信息中的一项信息。
8.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述通过总吸收系数获取程序依据获取的激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数进行总吸收系数的获取，得到总吸收系数，包括：通过激光雷达的水层衰减系数与后向散射系数获得水体总吸收系数；激光雷达同时测量两个波长的水体总吸收系数，得到a(λ1)和a(λ2)。
9.如权利要求8所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述a(λ1)和a(λ2)计算公式为：
Figure RE-FDA0003149713820000053
其中，aw(λ)为纯水各波长吸收系数，λ1为激光雷达的第一波长，λ2为激光雷达的第一波长；A(λ)是叶绿素a的比吸收系数；C是叶绿素a的浓度；E(λ)是叶绿素a的指数吸收系数；S为光谱吸收斜率，单位为nm-1；λ0是参考波长；ag(λ0)是CDOM在参考波长下的吸收系数。
10.如权利要求1所述星载海洋大气参数激光雷达探测系统，其特征在于，所述依据获取的波长和误差的关系进行最优双波长的确定，得到最优双波长，包括：对双波长同时进行随机后作出双波长与反演误差的关系图，在图中找到反演误差最小的点，所述反演误差最小的点对应的双波长即为最优双波长。
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