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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了一种星载大气海洋剖面探测激光雷达回波信号全链路仿真方法，包括：1激光雷达硬件系统建模；2大气环境建模；3海气界面建模；4海水环境建模；5激光辐射传输数值模型构建。本发明对激光雷达硬件系统、大气‑海面‑海水环境进行建模，利用蒙特卡洛数值方法对光子从发射到与大气海水相互作用，至被探测器接收的全过程进行追迹；提出列表法‑拒接接收法相结合的散射角抽样方法，提高激光偏振态追迹效率低下的问题，构建了星载大气海洋剖面探测激光雷达回波信号全链路仿真模型，为星载大气海洋激光雷达信号机理研究提供可靠的工具。

主权项：1.一种星载大气海洋剖面探测激光雷达回波信号全链路仿真方法，其特征在于，包括：1激光雷达硬件系统建模以激光雷达所在位置为坐标原点建立坐标系，由激光器和望远镜的离轴距离、发射倾斜角确定光子的初始坐标和方向；根据激光脉冲能量计算仿真光子数，根据偏振态设置光子的初始斯托克斯矢量，根据脉冲宽度设置接收光子信号的统计时间间隔；根据工作高度、望远镜口径和视场角确定光子的接收范围；2分层大气环境建模将整层大气构建为水平方向均匀、垂直方向分层的介质，设置大气云和气溶胶的类型和分布高度，计算大气中分子、气溶胶和云粒子的光学特性参数；将不同大气成分的光学参数相加获取大气整体的光学特性参数；3海气界面建模基于风速相关的Cox-Munk粗糙海面模型模拟光束在海气界面的传播，根据与风速相关的海面均方斜率计算海面各点法向量，再根据入射光子的方向向量计算出折射和反射光子的方向向量；4分层海水环境建模将海水分为一类水体和二类水体两种，其中一类水体的成分为：纯海水、浮游植物和有色溶解有机物三种，二类水体还包括非藻类颗粒；根据不同成分的浓度和生物光学模型获得海水总的光学特性参数，包含散射和吸收特性；设置海水的散射相函数，用归一化的海水穆勒矩阵描述其偏振特性；设置仿真的最大深度；5激光辐射传输数值模型构建利用蒙特卡洛方法构建光子从激光器发射到大气、海面和海水，再返回到探测器的全过程，具体如下：将步骤1中设置的光子在步骤2～4所设置的大气和海水介质中发生的吸收和散射作用等效为概率事件；根据步骤2和4中设置的大气、海水的光学特性确定散射概率，根据散射相函数确定散射的方向，利用子午面法实现对偏振态的追迹；使用列表法-拒接接收法相结合的采样方法来确定散射角；根据步骤4中设置的仿真最大深度确定光子的最大追迹深度，当光子超出最大深度时停止追迹；最终根据步骤1中设置的光子接收范围统计到达探测器的光子数，累计符合激光脉冲能量的光子数后根据飞行时间法，得到具有距离分辨信息的激光雷达回波廓线。

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