异常涡旋光束的叶片生化组分定量遥感机理的研究

In order to meet the need of higher quantitative development of remote sensing of leaf biochemical compositions, the project apply a new type of vortex beam, ie, anomalous vortex beam, to the quantitative remote sensing for the leaf biochemical compositions. The project will establish leaf reflection and transmission theory model suitable for the anomalous vortex beam and a new method of the remote sensing, and develop an extraction method of the leaf biochemical compositions. The project aims to explore a new mechanism of the quantitative remote sensing for the leaf biochemical compositions using the anomalous vortex beam, and verify the feasibility by the measured data. This study has the following main contents: (1) the reflection and transmission model of the anomalous vortex beam based on the PROSPECT model; (2) the reflection and transmission model of the anomalous vortex beam based on the LIBERTY model; (3) the light fields of the reflected and transmitted anomalous vortex beams and their intensities and spiral spectrums; (4) the extraction method of the optical characteristics and the biochemical compositions of the leaf from the intensities and the spiral spectrums. The research results are of great academic significance and application value for further promoting the leapfrog development and application of vortex beams, and for building a new more precise quantitative theory and method of vegetation remote sensing.

针对叶片生化组分的遥感探测向更高定量化发展的需求，本项目提出将一种新型涡旋光束即异常涡旋光束应用于叶片生化组分定量遥感中，建立适用于异常涡旋光束的叶片的反射、透射理论模式和新的遥感方法，以及发展新的叶片生化组分含量的提取方法。本项目旨在通过对：1）PROSPECT模型叶片对异常涡旋光束的反射、透射模型的建立；2）LIBERTY模型叶片对异常涡旋光束的反射、透射模型的建立；3）反射、透射异常涡旋光束的光场的求解及其光强和螺旋谱的计算；4）从光强和螺旋谱中提取叶片光学特性和叶片生化组分含量的方法等问题的研究，探索利用异常涡旋光束进行叶片生化组分定量遥感的新机制，并通过实测数据验证其可行性。本项目的研究成果对于进一步推动涡旋光束领域的跨越式发展和应用、建立更加精确定量化的植被遥感的新理论和新方法具有极为重要的学术意义和应用价值。

本项目对异常涡旋光束应用于叶片生化组分定量遥感的机理进行了研究，对于提高叶片生化组分遥感的定量化水平具有显著价值。具体内容为：(1)细化整理了基于异常涡旋光束的叶片生化组分参数定量遥感的方法及装置；(2)建立了异常涡旋光束在叶片表面的反射和透射的求解方法和理论模型；(3)研究了异常涡旋光束在弱强度湍流大气中的螺旋谱特性；(4)分析了部分相干异常涡旋光束在湍流大气中的光强特性和有效光斑尺寸；(5)获得了非傍轴近似下异常涡旋光束的光强和远场分布特性；(6)讨论了拉盖尔-高斯光束在大气湍流中的螺旋谱特性及信道容量；(7)提出了异常涡旋光束的探测方法；(8)还对与遥感相关的激光雷达技术进行了研究。本项目的研究方法和研究成果具有非常广阔的应用前景，可以应用于遥感和通信领域，如植被遥感、大气遥感、激光通信、海洋风场探测、资源勘探等。本项目对于建立更加精确定量化的植被遥感的新理论和新方法，进一步推动涡旋光束领域的跨越式发展和应用具有极为重要的学术意义和应用价值。. 在项目执行期间，发表了学术论文8篇，其中SCI收录6篇，核心2篇；申请国家发明专利4项，其中授权2项。