基于FTF_T_R法的水体后向散射系数测量方法研究

基于遥感数据的鄱阳湖水体后向散射系数反演翟彦放;邱月;陈方圆;邬国锋【摘要】水体后向散射系数是水体的重要光学特性之一,也是水质生物光学反演模型的重要参数之一,对其研究具有重要意义。

利用2010年10月鄱阳湖实测水体后向散射系数、吸收系数和遥感光谱数据,建立基于生物光学模型的水体后向散射系数反演模型(420 nm,470 nm,510 nm,590 nm和700 nm),模型校准和验证阶段的决定系数分别为0．739~0．866和0．684~0．827,RMSE基本上均小于0．4。

结果表明光谱数据和生物光学模型在反演鄱阳湖水体后向散射系数具有很大的潜力。

%Backscattering coefficient is one of the important water optical properties,and it is also an important in-putting parameter deriving water quality bio-optical model. This study aimed to establish the water backscattering coeffi-cient inversion model(420,470,510,590 and 700nm) using bio-optical model combined with the backscattering coeffi-cient,absorption coefficient and remote sensing data in Poyang lake in October of 2010. The results showed that:the de-termination coefficients of models in calibration and validation ranged from 0. 739 to 0. 866 and from 0. 684 to 0. 827,re-spectively,and the RMSE values were mostly less than 0. 4. We concluded that remote sensing data and bio-optical mod-el held great potential in retrieving backscattering coefficient of water body in Poyang Lake.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】5页(P71-75)【关键词】鄱阳湖;生物光学模型;后向散射系数;水质遥感反演【作者】翟彦放;邱月;陈方圆;邬国锋【作者单位】国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400014;重庆市勘测院，重庆 400020;武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079;海岸带地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室&空间信息智能感知与服务深圳市重点实验室&深圳大学生命科学学院，广东深圳 518060【正文语种】中文【中图分类】TP701水体后向散射系数是水体固有光学特性之一[1]，也是构建水质参数生物光学反演模型的重要输入参数之一[2]，而且与水体生物、物理和化学环境以及地理要素存在紧密联系[1]，因此其研究对水质反演和监测以及水体保护和管理具有重要意义。

第30卷第2期2011年6月海洋技术OCEAN TECHNOLOGYVol.30，No.2Jun，2011基于FTF/T-R法的水体后向散射系数测量方法研究杨安安1，周虹丽1，陈利博2，朱建华1（1.国家海洋技术中心，天津300112；2.大连海洋大学，辽宁大连116023）摘要：文章给出了一种利用FTF/T-R方法的操作原理并结合算法获得水体悬浮颗粒物后向散射系数的方法。

通过该方法对藻类样品和悬浮泥沙样品的后向散射系数进行测量，样品的转移效率超过92.2%，悬浮泥沙样品后向散射系数光谱曲线呈现幂指数曲线特征。

利用该方法对标准颗粒物进行测量，其实际测量值与理论计算值的对比结果显示：380～480nm波长范围内，两者的相对标准偏差为21%，480～565nm两者的相对标准偏差为9.7%，565~ 680nm实测值大于理论值，证明该方法对于测量水体后向散射系数是一种可行的方法。

关键词：后向散射系数；FTF/T-R法；悬浮颗粒物中图分类号：TP722.4文献标志码：A文章编号：1003-2029（2011）02-0022-06水体吸收系数和散射系数是水体固有光学特性中的重要参数。

其中后向散射部分的光线透过水面形成离水辐亮度，是遥感传感器获取水体信息的来源和物理基础，是生物光学模型的重要输入参数。

其大小与水体中各组分的浓度、悬浮颗粒物的形状、大小有关。

目前对水体吸收系数的研究较多，而专门针对水体后向散射光学特性的研究相对较少，且主要针对光学特性受浮游藻类主导的海洋一类水体进行。

因此有必要对该参数进行深入研究，以便更为准确地定量化表达水体光学特性，为更好地建立固有和表观量之间的桥梁奠定基础。

理论上水体中悬浮物后向散射系数是无法直接测量得到的，目前获取水体后向散射系数的方法主要有以下几种：）（1）试验现场直接测量法，即利用现有的水体光学测量仪器（Hydroscat，AC-9,BB9,HS-6等）对水体后向散射系数进行直接或间接测量得到，但该方法只能对特定角度、特定波段的后向散射进行测量，因此对后向散射光学特性的影响因子的分析有一定的局限性；（2）基于物理模型的方法，首先利用颗粒物的散射理论计算得到水体颗粒物的散射系数，在利用后向散射概率函数得到水体中颗粒物的后向散射系数，该法前提是认为颗粒物均匀，受颗粒物形状、折射系数、粒径分布影响较大。

摘要摘要太赫兹散射特性是表征目标对太赫兹波散射能力的重要参数，通过对目标进行太赫兹散射特性的测量就可以为太赫兹雷达设计、目标跟踪等提供有意义的指导。

另外，通过测量缩比模型在太赫兹频段下的散射特性可以得到全尺寸目标在微波波段的散射特性。

本论文通过物理光学法对不同平板目标进行了简单的仿真。

为了提高测量速度减少重复操作，设计并开发了2.52THz散射特性测量控制软件。

实现了控制目标平动和转动、对信号进行采集并实时显示、保存数据等功能，并对软件进行了模拟测试。

本论文首先对2.52THz后向散射特性测量系统的校准目标进行了测量。

测量的系统的信噪比为6.10dB。

研究了不同粗糙度铣加工的方板、矩形板、圆盘和抛物面体0°~3°的2.52THz后向散射特性。

分析了21种尺寸、4种粗糙度等参数对目标散射特性的影响。

测量与仿真对比误差约为±2.5dB。

本论文对不同粗糙度喷砂加工的方板、矩形板、圆盘及抛物面体进行了0°~3°范围内的2.52THz后向散射特性测量实验。

研究了15种尺寸、6种粗糙度等参数对目标太赫兹散射特性的影响。

测量与仿真对比误差约为±3dB。

测量了飞机和小车的缩比模型360°范围的2.52THz散射特性曲线。

关键词：太赫兹；散射特性；测量；粗糙度AbstractAbstractTerahertz scattering properties is a very important index to represent the target’s scattering ability of terahertz.The measurements of target terahertz scattering properties can provide significative guidance to terahertz radar design and target tracking. By the measurements of scale model terahertz scattering properties, the target scattering properties in microwave can be obtained.The simulation of measured targets is carried out in this thesis by physical optics. The 2.52 terahertz scattering properties measurements controlling software is designed and developed in order to increase the measurement rate and decrease repetitive actions. It can control the target to translate and rotate, collect real-time signal and display it, save data. We finished the simulation test of this software.First, we measured the calibration target of 2.52THz back scattering properties measurement system in this thesis. The signal to noise ratio of measurement system reaches 6.10dB. We studied different roughness square, rectangle, circle and paraboloid plates which are milling processed method 2.52THz back scattering properties on 0°~3°. We studied the influence of 21 kinds of size and 4 kinds of roughness on target scattering peoperties The difference of measurement and simulation is about 2.5dB.We conduct the 2.52THz back scattering properties experiment on sand blasting square, rectangle, circle and paraboloid plates on 0°~3°.We studied the influence of 15 kinds of size and 6 kinds of roughness on target scattering peoperties. The difference of measurement and simulation is about 3dB. We measured scale models of aircraft and car 2.52THz scattering properties curves on 0°~360°.Keywords: terahertz, scatterting properties, measurements, roughness目录目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1课题背景及研究的目的和意义 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.2.1 国外研究现状 (1)1.2.2 国内研究现状 (6)1.2.3 国内外发展状况总结 (10)1.3本文主要研究内容 (11)第2章太赫兹散射特性仿真及测控软件开发 (13)2.1理想目标后向散射特性仿真实验 (13)2.1.1 仿真原理及方法介绍 (13)2.1.2 矩形板仿真结果及分析 (15)2.1.3 方形板仿真结果及分析 (16)2.1.4 圆盘仿真结果及分析 (18)2.2太赫兹后向散射特性控制测量软件开发 (20)2.2.1 自动控制测量软件的设计 (20)2.2.2 软件界面 (22)2.2.3数据采集、显示、保存模拟测试结果及分析 (25)2.3本章小结 (27)第3章不同粗糙度铣加工目标散射特性研究 (28)3.1测量系统介绍 (28)3.1.1 实验光路图及测量方法介绍 (28)3.1.2 校准目标测量研究 (29)3.1.3 系统信噪比测量 (31)3.2目标实际粗糙度的测量 (32)3.2.1 表面粗糙度的定义及测量方法 (32)3.2.2 表面粗糙度测量结果 (33)3.3方形板实验结果及分析 (34)3.4矩形板实验结果及分析 (40)3.5圆盘测量结果及分析 (44)目录3.7本章小结 (52)第4章不同粗糙度喷砂加工目标散射特性研究 (53)4.1喷砂目标实际粗糙度测量结果 (53)4.2不同形状目标测量结果及分析 (54)4.2.1 方形板实验结果及分析 (54)4.2.2 圆盘实验结果及分析 (55)4.2.3 矩形板实验结果及分析 (60)4.2.4 抛物面体实验结果及分析 (64)4.3复杂目标体的散射特性实验研究 (67)4.4本章小结 (68)结论 (68)参考文献 (71)攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (75) (76)致谢 (77)第1章绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义太赫兹波指的是频率介于0.1~10.0THz的电磁波，在光谱图中其位于微波频段和红外频段之间。

快速测定聚合醇中水含量的ATR-FTIR法近年来，聚合物作为新型材料在工业中广泛应用。

由于聚合物最常见的组成成分之一是聚合醇（例如聚丙烯醇以及聚乙烯醇等），因此快速有效地测定聚合醇中水含量是非常重要的。

传统上，聚合醇中水含量的测定方法主要是采用热重分析法(TGA)和卡尔·费休法(Karl Fischer)。

但是这两种方法存在一些缺点，例如TGA需要进行样品热处理，时间较长，且易受其他成分的干扰；而Karl Fischer法则是准确测量，但对溶剂选择、干燥条件等影响较大，操作比较复杂。

本文研究了一种新型的快速测定聚合醇中水含量的方法——基于ATR-FTIR傅里叶变换红外光谱技术。

本方法基于ATR(Absorbance Total Reflection)原理，利用光的反射作用，在反射层和样品表面形成一种特殊的光学环境，从而使得红外光能够强烈地与样品接触，增强了样品的吸收信号，达到了与传统的IR光学实验完美匹配的效果。

ATR-FTIR法的基本原理是，聚合醇中的水分子会吸收红外光，因此我们可以通过红外光谱法来测定聚合醇的水含量。

对于一种聚合醇，它的FTIR光谱具有固定的特征峰，那么它的水含量就可以通过FTIR光谱和聚合物样品的比较来确定。

实验中，我们使用了一台高端的ATR-FTIR仪器，通过操作该仪器，利用快速扫描模式，可以在10秒内获得一个样品的谱图及相关波长的反射率值，并得出获得数据。

我们还制备了一系列含不同水分含量的聚合物样品，并使用这种快速测量方法，测量了每个样品的水含量，得出了准确的数据。

实验结果表明，利用ATR-FTIR法测定聚合醇中水含量的精度较高，且操作简单、快速。

此外，相比于传统的TGA和Karl Fischer方法，ATR-FTIR法更加适用于在线实时监测，因为可以达到快速、准确和无损伤等优点，可应用于生产线中的质量控制。

结论：本文所提出的ATR-FTIR法可以用于测定各种类型的聚合醇中水含量，为聚合醇生产和其它工业领域提供了一种有效的质量控制手段。

多角度测量石油类污染水体后向散射系数的方法研究黄颖恩;黄妙芬;宋庆君;刘远;张连龙;孙忠泳【摘要】后向散射系数bb是水体固有光学参数之一,在水色遥感模型建立中起着重要的作用.目前主要利用美国Hobilabs公司的HydroScat-6 (HS-6)或美国Wetlabs公司的BB-9两种后向散射测量仪器在现场进行测量.石油类污染水体中石油类物质与悬浮泥沙共同影响着水体后向散射系数bb,这两种仪器的测量值都是基于单一角度而获取的,难以实现利用其来进一步区分石油类和悬浮物的后向散射系数贡献.通过对纯水、石英砂微粒、油污水进行各种配比试验,获取不同组合样本,利用美国Sequoia Scientific公司的LISST-100X粒径仪和美国Wyatt公司的Dawn HeleosⅡ(DAWN)十八角度静动态激光散射仪,结合Mie散射算法,探索出两种多角度获取bb的方法.一种是利用LISST-100X粒径仪测量值,再基于Mie散射算法计算得到:另一种方法是对DawnHeleos Ⅱ十八角度静动态激光散射仪进行定标以后,利用其测量值计算出bb.对比分析了两种方法所获取的结果,并对产生误差的原因进行了分析.【期刊名称】《海洋技术》【年(卷),期】2017(036)001【总页数】7页(P7-13)【关键词】石油污水水体,后向散射系数;Mie散射模型;LISST-100X粒径仪;Dawn Heleos Ⅱ激光散射仪【作者】黄颖恩;黄妙芬;宋庆君;刘远;张连龙;孙忠泳【作者单位】广东海洋大学海洋与气象学院,广东湛江524088;广东海洋大学数学与计算机学院,广东湛江524088;国家海洋局国家卫星海洋应用中心,北京100081;大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;广东海洋大学数学与计算机学院,广东湛江524088【正文语种】中文【中图分类】TP722.4随着全球经济的快速发展，油气产业起到越来越重要的作用。

基于相关特性的水下连续激光后向散射测量方法研
究的开题报告
一、研究背景
随着海洋资源的不断开发以及海洋科学的深入研究，水下测量技术
变得越来越重要。

水下激光后向散射测量是一种非常有效的水下测量方法。

它可以对水下物体进行高精度测量，可以应用于水下地形、海底结构、海洋生物等的研究。

然而，在实际应用中，由于水下环境的复杂性、水质条件的变化等
原因，水下激光测距和测量精度受到很大的限制。

因此，需要对水下连
续激光后向散射测量方法进行研究和改进，以提高精度和可靠性。

二、研究内容
本文将基于相关特性，探究水下连续激光后向散射测量方法的优化
和改进。

具体包括以下内容：
1.分析水下激光后向散射信号的相关特性，探究其与测量精度之间
的关系。

2.研究传统的激光测距方法，分析其存在的问题。

3.针对以上问题，提出一种改进的水下连续激光后向散射测量方法，利用相关特性来提高测量精度和可靠性。

4.对改进后的方法进行实验研究和验证，比较其与传统方法的优劣。

三、研究意义
本研究的工作将有助于解决水下测量中的难题，提高水下激光测量
的精度和可靠性，为海洋科学研究和海洋资源开发提供有力支持。

同时，该研究也可以为其他领域的激光测量技术提供借鉴和参考。

光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量的影响刘佳;龚芳;何贤强;朱乾坤;黄海清【摘要】颗粒后向散射系数是水体主要的固有光学特性，也是海洋水色的决定因子和海洋水色卫星遥感反演的基础参数。

当前，利用光学仪器现场原位测量是获取水体颗粒后向散射系数的主要方法。

由于光源自身和仪器光路中镜面反射和折射，其出射光源可能存在一定的偏振，进而会影响水体后向散射系数测量的精度。

目前，关于水体后向散射系数测量仪器的光源偏振性及其对颗粒后散射系数测量精度影响的研究尚为空白。

针对该问题，以应用广泛的水体后向散射测量仪 HydroScat6（HS‐6）为例，对其出射光源的偏振特性进行了系统测量，并进一步开展了光源偏振对水体颗粒后向散射系数测量精度影响的实验研究。

结果表明，HS‐6六个光学通道除590 nm通道出射光源偏振度略低外（～15％），其他通道出射光源中心波长偏振度均在20％～30％。

因此，H S‐6出射光源具有显著的偏振特性。

光源偏振对颗粒后向散射系数测量具有不可忽略的影响，且影响程度随着波段，线偏振角度及悬浮泥沙浓度而变化。

不同悬浮泥沙浓度下，光源偏振引起的420，442，470，510，590和670 nm六个波段的平均偏差可达15.49％，11.27％，12.79％，14.43％，13.76％，12.46％。

因此，利用光学仪器现场测量颗粒后向散射系数需要考虑光源偏振的影响，并需尽可能降低出射光源的偏振度。

%Particulate backscattering coefficient is a main inherent optical properties (IOPs) of water ,which is also a determining factor of oceancolor and a basic parameter for inversion of satellite ocean color remote sensing .In‐situ measurement with optical instruments is currently themain method for obtaining the particulate backscattering coefficient of water .Due to reflection and refraction by the mirrors in the instrumentoptical path ,the emergent light source from the instrument may be partly polarized , thus to impact the measurement accuracy of water backscattering coefficient .At present ,the light polarization of measuringin‐struments and its impac t on the measurement accuracy of particulate backscattering coefficient are still poorly known .For this reason ,taking a widely used backscattering coefficient measuring instrument HydroScat 6 (HS‐6) as an example in this paper , the polarization characte ristic of the emergent light from the instrument was systematically measured ,and further experimental study on the impact of the light polarization on the measurement accuracy of the particulate backscattering coefficient of water was carried out .The results show that the degree of polarization (DOP) of the central wavelength of emergent light ranges from 20% to 30% for all of the six channels of the HS‐6 ,except the 590 nm channel from which the DOP of the emergent light is slightly low (~15% ) .Therefore ,the emergent light from the HS‐6 has significant polarization .Light polarization has non‐neg‐lectable impact on the measurement of particulate backscattering coefficient ,and the impact degree varies withthe wave band , linear polarization angle and suspended particulate matter (SPM ) concentration .At different SPM concentrations ,the mean difference caused by light polarization can reach15.49% ,11.27% ,12.79% ,14.43% ,13.76% ,and 12.46% in six bands ,420 ,442 ,470 ,510 ,590 ,and 670 nm ,respectively .Consequently ,the impact of light polarization on the measurement of par‐ticulate backscattering coefficient with an optical instrument should be taken intoaccount ,and the DOP of the emergent light should be reduced as much as possible .【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2016(036)001【总页数】7页(P31-37)【关键词】偏振;后向散射系数;固有光学特性;水色遥感【作者】刘佳;龚芳;何贤强;朱乾坤;黄海清【作者单位】卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012; 遥感与智能信息系统研究中心，中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安 710119;卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012;卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012;卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012;卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州 310012【正文语种】中文【中图分类】P733.3颗粒后向散射系数是水体主要的固有光学量，只与水体颗粒组份有关，不随光照条件变化[1]。