机载米散射-偏振激光雷达数据反演方法的研究

机载米散射-偏振激光雷达定标及数据反演方法的研究是当前国际前沿课题，通过本课题的研究，拟解决机载米散射-偏振激光雷达定标和气溶胶后向散射系数反演中所遇到的一系列问题，研究①如何利用大气的退偏特性对激光发射口定标法定标高度范围内的大气透过率进行校正；如何利用斜率法和激光发射口定标法对低空探测机载米散射-偏振激光雷达进行精确定标；②1/2波片对偏振定标的影响及其消除方法；③Fernald前向积分应用于机载米散射-偏振激光雷达气溶胶后向散射系数反演时反演结果出现负值的原因及Fernald迭代后向积分法应用于机载米散射-偏振激光雷达气溶胶后向散射系数反演时迭代步长的设定方法。该课题的成功研究，能够提高机载米散射-偏振激光雷达的定标精度，完善机载米散射-偏振激光雷达数据反演理论体系，为即将研制的国家重大科技基础设施建设项目：航空遥感系统中的机载米散射-偏振激光雷达提供数据反演方法上的支持。

本课题预设的全部内容已经圆满研究完成，并形成了一套系统的机载激光雷达数据反演体系，课题的预期目标已经全部实现：（1）完成机载偏振激光雷达定标方法—激光发射口定标法的理论研究，具体统计了4-5km 、9-10km的高度范围内大气退偏振比与大气透过率的关系规律。研究表明：一般天气条件下，在9-10km的定标范围内，根据大气退偏振比得到的大气透过率的最大绝对误差一般在0.008左右，定标误差一般在2%左右；（2）完成低空联合定标法的研究。对斜率法定标所需均匀层的特征参数进行了定量分析：当拟合直线与需要拟合的曲线之间的相关系数大于0.98时，斜率法定标的误差一般在5%以内；当拟合直线与需要拟合的曲线之间的相关系数在0.96-0.98之间时，斜率法定标的误差一般不会超过10%；利用低空联合定标法在4-5km的高度范围内对机载激光雷达探测数据进行定标，定标误差小于5%，低空联合定标法大大减小了低空探测机载激光雷达的定标误差；（3）从理论上和实验上对偏振定标进行研究，找到了消除偏振激光雷达偏振定标误差的方法；（4）分析得到Fernald前向积分法用于机载激光雷达气溶胶后向散射系数反演时，反演误差较大的原因和反演结果出现负值的原因；获得Fernald前向积分法用于机载激光雷达气溶胶后向散射系数反演时，反演误差与大气结构的关系规律；（5）统计分析了机载激光雷达探测各种大气模式时，利用Fernald迭代后向积分法进行相应气溶胶后向散射系数的反演，反演误差与大气模式得到关系；找到快速确定Fernald迭代后向积分法合适的迭代反演步长的方法。. 该机载激光雷达数据反演体系完整，反演结果准确可靠，能够满足机载激光雷达数据反演的精度要求，为我国机载激光雷达提供了数据反演方法上的支持，也为星载激光雷达数据反演提供参考。