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
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。
基于DFRFT水下动目标LFM回波检测算法
Ｄｅ ｅ ｔ ｎ Ａｌｏ ｉ ｍ ｏ ｈ ＬＦＭ ｈ ｆ Ｕｎ ｅ ｗａ ｅ ｏ ｉ ｇ Ｔａ ｇ ｔ ｔ ｃ ｉ ｇ ｒｔ ｏ ｈ ｆｒ ｔｅ Ｅｃ ｏ ｏ ｄ ｒ ｔ ｒ Ｍ ｖ ｎ ｒ ｅ ｓ Ｕｓｎ ｈ ｓ ｒ ｔ ａ ｔ ｎ ｌ Ｆ ｕ ｉｒ Ｔｒ ｎ ｆ ｒ ｉ ｇ ｔ ｅ Ｄｉ ｅ ｅ Ｆｒ ｃ ｉ ａ ｏ ｒｅ ａ ｓ ｏ ｍ ｃ ｏ Ｃ ＨＥＮ Ｐ ｎ ｅ ｇ一，ＨＯＵ Ｃ ａ — ｕ ｎ ， ＭＡ Ｘｉ ｏ ｃ ｕ ｎ ， Ｌ ＡＮＧ Ｙｉ ｈ ｉ ｈ ｏ ｈａ ａ—ｈ ａ Ｉ — ｕ
换 的 水 下 运 动 目标 线 性 调 频 回波 检 测 算 法 。仿 真测 试 表 明 ， 算 法 对 于 混 响 噪声 背 景 下 径 向速 度 未 知 动 目标 的线 该
性 调 频 回 波 具 有 良好 的检 测 性 ；线 性 调 频 信 号 ；径 向速度 ；分 数 阶傅 里 叶 变 换 ； 离 散 分 数 阶 傅 里 叶 变 换 关 【 图 分 类 号 】Ｔ ５ ６ 中 Ｂ ６ 【 献 标 识 码 】Ａ 文
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陈 鹏 一 ，侯 朝 焕 ，马 晓 川 ，梁 亦慧
（．中 国科 学 院研 究 生 院 ， 北 京 １ｏ ３ ；２ 中国科 学 院 声 学研 究 所 ，北 京 １ｏ ８ ； １ ００９ ． ０ ０ ０
３ 船 舶 系统 工程 部 ， 北京 １ ｏ ３ ） ． ０ ０ ６
【 摘 要 】 匹配滤 波 器 作 为 高 斯 白噪 声 背 景 下 线 性 调 频 信 号 的 最 优 检 测 器 ，在 水 下 声 信 号 处 理 中得 到 了广 泛 的应
维普资讯
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基于FTF_T_R法的水体后向散射系数测量方法研究
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。
2.52thz目标后向散射特性测量研究
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
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。
距离选通水下成像中基于等水体后向散射光能量的目标搜索方法
真计 算 结果验 证 了所提 出的判 别 准则 的正 确性 。
关 键词 ：成像 系统 ； 距 离选通 ； 目标 搜 索 ； 等水 体后 向散 射光 能量
第４ ２卷 第 ｌ ０期
Ｖｏ １ ． ４ ２ ＮＯ ． １ ０
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 １ ０月
ｏｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
距 离选 通 水 下成 像 中基 于 等水 体 后 向散射 光 能 量 的 目标 搜 索 方 法
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｎ ２ ４ ９ 文献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７ － ２ ２ ７ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０ － ２ ６ ７ ７ － ０ ５
Ｔａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｏ ｆ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｂ ａ ｃ ｋ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ － ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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推荐一个教学实验-FTIR—ATR法测定溶剂在聚合物膜中的扩散系数
为 了计算 的方便 ，令 ＝ ，
［ 稿 日期］ ２ １—９２ 收 ０００ ．４ ［ 者简 介］ 曹 绪芝（９６） 作 １７ 一，男 ，山东人 ，博 士 ，讲 师 ，主 要 研究 方 向为功 能高 分子 、膜 分离 。
２１年 第 １ ０１ 期
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图 ２ 橡 皮 垫 圈
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图 １ Ａ Ｒ测 定 扩 散 系数 的 实 验 装 置 示 意 Ｔ
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红外光谱在高分子材料 的研究 中占有十分重要 的位置 。 作 为我校高分子材料与工程和材料化学专业实验课 的一部分 ， 在 以往 的教学实验过程中 ， 红外光谱分析实验一般是采用透射法 对样 品进行扫描 ， 然后对得到的透射光谱进行分析和讲解 。 在 日常 生活和生产 中， 很多高分子材料如塑料、涂层等很难用透 射法进行分析 ， 傅立 叶红外 光谱法 由于通 常不需要对样品作特 殊 处 理 ， 不 受 样 品 透 明 性 等 的 影 响 ， 别 适 用 于表 面 涂 层 和 且 特 表面反应的研究。 章以无水 乙醇在 聚乙烯膜中的扩散性能为 文 例， 设计了一个傅立叶红外光谱法的教 学实验 ， 并结合差谱技 术 、 ｏｉｉ ｒ ｎ非线 性 拟 合 等 给 出 了 红 外 光谱 图 的 数 据 处 理 方 法 。 ｇ
该 公式表 明，溶剂通过垂直于扩 散方向平面的通 量 比 正
ｄ ｃ
于 浓度 梯度 一 ，其比例常数即为扩散系数Ｄ。 根据Ｆｃ 第二定 ｉ ｋ
多角度测量石油类污染水体后向散射系数的方法研究
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
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
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]。
后向散射对激光水下成像的影响研究
后向散射对激光水下成像的影响研究钟森城;李泽仁;王荣波【摘要】为研究后向散射对水下成像的影响,采用辐射传输理论建立了激光水下成像后向散射理论模型,提出了表征后向散射对目标识别影响程度的水下成像后向散射影响系数,给出了距离选通成像后向散射功率及后向散射影响系数的解析表达式.利用Matlab进行了数值模拟分析,得出了水下成像后向散射随探测水深及水衰减系数的变化规律,证明了考虑后向散射对成像质量的影响时,水衰减系数远大于探测水深的影响,说明了非对称因子的取值对成像质量具有较大的影响.%To study the back-scattering's effect on underwater laser imaging,the back-scattering model of underwater laser imaging system based on radiation transfer theory has been established. Back-scattering affect function is brought out. the analytical expression of the function and the range gated back-scattering power is given out. Using Matlab.the back-scattering power's relationship with water depth and water attenuation coefficient is obtained. It is proven that the influence of water attenuation coefficient on underwater imaging quality is much larger than the water depth and the a-symmetry factor's effect on underwater imaging quality is serious.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2012(042)007【总页数】4页(P735-738)【关键词】激光水下成像;后向散射;距离选通;HG体积散射函数;Matlab【作者】钟森城;李泽仁;王荣波【作者单位】中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院流体物理研究所,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言激光水下成像在水下探测、监控、质量检测等领域具有广泛的应用前景，使其成为国内外研究的热门课题［1－5］。
小入射角下海浪后向散射系数不对称性和各向异性分析验证
小入射角下海浪后向散射系数不对称性和各向异性分析验证王晓晨;万剑华;张振华;孟俊敏;范陈清【摘要】Based on the China Academy of Space Technology airborne spectrometer test data and the ECMWF wind data,the average backscattering cross sections,asymmetry and anisotropy changed with the incidence angle under different wind speed conditions,and the reason of wave backscatter asymmetry and anisotropy were preliminary an-alyzed.The results showed that at low incidence angle,the average backscattering cross section decreased as the incidence angle increased and reached a stable value at 18°,after essentially unchanged;wave backscatter asymmetry and anisotropy increased as incidence angle increased,reached a stable value at 18°,after essentially unchanged;under small winds speed conditions,waves asymmetry and anisotropy were related with wind speed,and the ani-sotropy and asymmetry were more obvious as wind speed increased.%基于北京遥测技术研究所机载波谱仪实测数据以及 ECMWF 提供的风场数据，分析了不同风速条件下小入射角海浪平均后向散射系数不对称性与各向异性随入射角的变化特性，并对导致这一现象的原因进行了初步分析。
鄱阳湖丰水期水体后向散射特性研究
鄱阳湖丰水期水体后向散射特性研究刘瑶;余自强;范杰平;江辉;陈晓玲【摘要】后向散射是获取湖泊水体光学活性物质遥感信息的关键,针对无机悬浮物为主的浑浊二类水体,其对水体表观光学性质有着决定性的影响,研究表层水体后向散射特性在提高湖泊光学活性物质遥感反演精度方面具有重要的意义.该文通过2017年6月在鄱阳湖丰水期36个站点的巡航监测,分析了水体后向散射特征及其与光学活性物质的关系,并利用指数模型对后向散射系数进行参数化.研究结果表明:在420～700 nm波段范围内,水体后向散射系数、后向散射概率随波长的变动趋势较为一致,均随着波长的增大呈指数函数减小;空间上水体后向散射系数的均值和变幅为南湖区＞主湖区＞北湖区;总悬浮颗粒物浓度与后向散射系数之间的相关性随波长增大而增大,其中700 nm波段的相关性最好,R2达到0.760;随着波长的增加后向散射系数与叶绿素a含量的相关性减少;同时建立了后向散射系数光谱模型,斜率指数为1.229,470～700 nm波段平均绝对百分比误差均小于8％,具有较好的反演精度.【期刊名称】《华中师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(053)002【总页数】7页(P283-289)【关键词】后向散射系数;悬浮颗粒物;后向散射概率;鄱阳湖;固有光学特性【作者】刘瑶;余自强;范杰平;江辉;陈晓玲【作者单位】南昌大学资源环境与化工学院/鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,南昌330031;南昌工程学院鄱阳湖流域水工程安全与资源高效利用国家地方联合工程实验室,南昌330099;南昌工程学院鄱阳湖流域水工程安全与资源高效利用国家地方联合工程实验室,南昌330099;南昌大学资源环境与化工学院/鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室,南昌330031;南昌工程学院鄱阳湖流域水工程安全与资源高效利用国家地方联合工程实验室,南昌330099;武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉430079【正文语种】中文【中图分类】S127光在水体中传播时会发生散射，光子和颗粒物发生碰撞后，散射光沿入射方向反射回去的过程称为后向散射，通常以后向散射系数(Backscattering coefficient)表示.作为固有光学参数之一，后向散射系数不随水下光场的变化而变化，只与水体组分有关.内陆湖泊水体通常认为由纯水、悬浮颗粒物、浮游植物和黄色物质等4种物质组成，水体后向散射系数主要受到纯水、悬浮颗粒物、浮游植物的影响.后向散射系数作为水体重要的固有光学量，在水色反演半分析模型扮演着重要角色，同时作为影响水体光谱反射率的关键因素，对高光谱遥感数据的解译有着重要意义[1]. Morel等较早进行了散射与波长函数关系的研究，分析得出相较于散射系数，后向散射系数有着更强的波长依赖性[2]；Gordon等通过建立半分析反射率模型，发现水面以上反射率的变化主要是由叶绿素和碎屑物质的后向散射系数的变化引起[3-4].Morel等提出了关于颗粒物对后向散射系数的生物-光学模型，明确颗粒物对后向散射系数影响的同时，考虑了纯水对后向散射系数的贡献[5].以上研究主要针对的是一类水体，对于浑浊的内陆湖泊水体，国内不少研究者也开展了研究，孙德勇等分别在太湖、巢湖建立了后向散射系数的光谱模型，并构建了散射系数与悬浮物浓度的乘幂关系模型[6-7]；乐成峰等通过半分法与光学闭合理论对太湖水体后向散射系数进行了模拟，并以550 nm参考波段进行参数化[8]；施坤等在滇池进行了参考波段532 nm的散射系数参数化乘幂模型[9]；陆超平等对太湖水体后向散射系数进行了模拟，认为不同主导因子在生物-光学上存在差异，并建立了3种不同主导类型的后向散射系数参数化模型[10].近年来采用模拟的后向散射系数方法分析其特征和参数化较为多见.针对鄱阳湖，陈莉琼等对水体总悬浮颗粒物散射系数进行有机颗粒物与无机颗粒物的散射光谱分解，发现鄱阳湖大部分水域无机颗粒物对鄱阳湖水体散射起主导作用[11]，Wu等通过对水体主要组分的吸收系数和后向散射系数进行分析，确定了水体固有光学特性尤其是后向散射系数与水体组分浓度之间的关系[12].翟彦放等利用鄱阳湖实测水体后向散射系数、吸收系数和遥感光谱数据，建立了基于生物光学模型的水体后向散射系数反演模型[13].但鄱阳湖水体后向散射变化特征及参数化方面的系统研究尚少.本研究通过鄱阳湖丰水期水体后向散射系数和光学活性物质浓度实测，对水体后向散射系数和单位后向散射系数的光谱特性进行了分析，同时建立了鄱阳湖丰水期水体后向散射特性的光谱模型，研究了光学活性物质对后向散射特征的影响，为湖泊生物光学模型的构建以及水质参数反演奠定基础.1 研究区和数据1.1 研究区概况鄱阳湖是中国第一大淡水湖，位于江西省北部、长江南岸，鄱阳湖上承赣、抚、信、饶、修五河之水，下接长江.鄱阳湖水位季节性变化巨大，洪水期与枯水期面积、蓄水量差异悬殊.年内水位变幅在9.79～15.36 m，绝对水位变幅达16.69 m.其多年平均水位12.86 m；湖口站水位在1995年7月31日达到历史最高，为22.59 m.降水年内分配很不均匀，主要集中在4～9月，约占全年降水量75%左右.鄱阳湖流域多年平均年进湖沙量主要来自五河，占比87%.泥沙入湖主要集中在五河汛期4～7月，占年总量的79%全年以6月所占比例最多，占量变差系数Cv在0.15～0.25之间[14].1.2 数据获取实测数据来自2017年6月25～29日的鄱阳湖巡航观测试验，共计36个站点，监测期间星子水位约18.5 m.样点空间分布如图1所示.主要参数有：后向散射系数、吸收系数、总悬浮颗粒物浓度和叶绿素a含量等参数.水体后向散射系数通过HOBI Labs生产的HS-6P测得，该设备的6个通道分别为420 nm、442 nm、470 nm、510 nm、590 nm和700 nm.水样采集深度为表层(距表面0.5 m深度处)、中层(水深的50%深度处)、底层(距湖底0.5cm深度处)等3层水体，用于测定总悬浮颗粒物、叶绿素a等光学活性物质浓度.水体总悬浮颗粒物浓度采用称重法，预先将0.45μm聚碳酸酯滤膜烧膜冷却后称重，再用滤膜对水样进行过滤，烘干冷却后称重，将过滤前后滤膜的质量相减，得到总悬浮颗粒物的质量，其质量除以过滤水样体积，即得到总悬浮颗粒物浓度(TSS).叶绿素a浓度的测定采用热乙醇法，本次测定了表层水体，用Whatman GF/F膜过滤一定体积的水样，滤膜放入冰箱冷冻48 h后测定，取出滤膜用90%的热乙醇萃取，之后用25 mm玻璃纤维膜过滤萃取液，以90%乙醇为参比，测定波长665 nm和750 nm吸光度，然后加1 mol/L的盐酸酸化，摇匀后再次测定吸光度，并计算得到叶绿素a浓度(Chl-a).采用99%置信度进行异常数据剔除，统计结果见表1.图1 鄱阳湖监测站点空间分布示意图Fig.1 Location of sampling sites in the Poyang Lake表1 鄱阳湖光学活性物质监测结果统计Tab.1 Statistics on monitoring results of optical active substances in Poyang Lake光学活性物质N最大值最小值均值T SS/(mg·L-1)85104.203.0521.21Chl-a/(mg·L-1)358.901.804.021.3 数据处理1.3.1 后向散射系数校正后向散射系数校正采用Sigma校正法，主要目的是用来减小仪器在高衰减水体中进行后向散射测量时的误差.当仪器在高衰减水体中进行测量时，无论是发射光还是后向散射光在仪器与散射区域之间传播时都会产生衰减，从而导致后向散射误差.采用以下公式进行校正：β=δ(Kbb)*βu，(1)其中，βu为后向散射原始值.通过计算得到经Sigma校正后的后向散射系数.δ(Kbb)为复杂的几何光学量，近似可用以下方程表示：δ(Kbb)=k1exp(kexp Kbb)，(2)其中，Kbb为光从探头传播到散射区域后的散射系数，kexp 为仪器特征值，包含在校准文件中；k1=exp(-kexp Kbbw)，由于校准使用纯水，而纯水的衰减系数Kbbw为0，故k1在所有波段保持常数为1.Sigma校正系数可以通过Kbb=a+0.4b计算，其中a可以通过以下模型[15]算得：a(λ)=0.06a*(λ)C0.65[1+0.2exp(-γy(λ-440))]+ad(400)exp(-γd(λ-400))，(3)其中，C为叶绿素a含量，单位为mg/m3.ad(400)为碎屑物在400 nm吸收系数，γy和γd为经验系数.b通过公式估算，其中为后向散射概率，后向散射概率具有一定的波长依赖性[16]，本文利用二次函数模拟后向散射率的光谱变化.1.3.2 单位后向散射系数计算后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度的比值称为悬浮颗粒物单位后向散射系数(Particulate Mass-Specific Backscattering Coefficient)，它是描述颗粒物后向散射特性的重要参数，计算公式为：(4)其中，cTSS为总悬浮颗粒物浓度.1.3.3 后向散射系数参数化计算在水质参数反演模型构建以及水体辐射传输模拟中，通常需要对后向散射系数进行参数化处理.国内外诸多学者对水体后向散射系数进行了研究，普遍认为光谱模型满足公式(5)的指数关系[7，17-18]：(5)其中，λ0为参考波长，n为散射波长变化指数，与水体中悬浮颗粒物浓度及组成成分有关.模型验证采用平均绝对百分比误差(MAPE)：(6)式中，N为样本数，xi为样点实测值，为预测值.2 结果与讨论2.1 后向散射系数特性通过Sigma校正后鄱阳湖水体悬浮颗粒物后向散射系数的光谱曲线见图2.由图2可知，在420～700 nm波段范围内，悬浮物后向散射系数随波长增大而呈指数减小.以蓝、绿和红光波段为例，bbp(442)的变化范围为0.080～1.480 m-1，平均值为(0.731±0.337) m-1；bbp(510)的变化范围为0.069～0.972 m-1，平均值为0.492±0.237 m-1；bbp(700)的变化范围为0.050～0.798 m-1，平均值为(0.348±0.188) m-1.图2 鄱阳湖表层水体悬浮颗粒物的后向散射系数光谱曲线Fig.2 Backscattering coefficient spectrum curve of suspended particulate matter in surface water of Poyang Lake本文以松门山岛和棠荫岛为界对湖区进行划分，分为北湖区、主湖区和南湖区(图1).由表2可知，北湖区各波段悬浮物后向散射系数均值最小，相应变幅较小；南湖区的各波段均值最大，后向散射系数的最大值和最小值均落在南湖区，在一定程度上反映出南湖区颗粒物变动较大的特点；主湖区悬浮物后向散射系数变幅和均值介于北湖区和南湖区之间.以420 nm为例，北湖区颗粒物后向散射系数在0.644～1.154 m-1之间变化，均值为0.874 m-1，变异系数Cv值为0.203，较为稳定；南湖区悬浮物后向散射系数变动范围为0.095～1.789 m-1，均值最大，为1.095 m-1，变异系数Cv值为0.554，水体后向散射系数波动较大；主湖区水体后向散射系数在0.360～1.427 m-1之间变化，变异系数Cv值为0.339，介于北湖区和南湖区之间.因此水体后向散射系数由南向北呈现均值和变幅减小的趋势. 水体后向散射系数是纯水、悬浮颗粒物和浮游植物后射散射系数的总和，而纯水的后向散射贡献相对较少，对水体总的后向散射系数影响较小.为了研究水体各组分的影响，将水体的后向散射系数和叶绿素a含量、总悬浮颗粒物浓度进行相关性分析.光学活性物质与各波段后向散射系数的二次函数拟合相关性可知(见表3)，后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度之间的相关系数随着波长的增大而增大，在700 nm处达到最大，决定系数(R2)为0.760；而丰水期叶绿素a含量与后向散射系数的相关性相对较弱，在420 nm处的决定系数最大，R2为0.378，R2随着波长的增大而减少，叶绿素a的含量对水体后向散射系数的影响相对较小.可见鄱阳湖丰水期水体后向散射系数随着波长的增加受叶绿素a的影响减少，受无机悬浮物的影响增大.表2 不同区域鄱阳湖丰水期表层水体后向散射系数统计表Tab.2 Statistics of backscattering coefficient of surface water in different areas of Poyang Lake during flood season m-1监测区域样点数/个420 nm442 nm470 nm510 nm590 nm700 nm变幅均值变幅均值变幅均值变幅均值变幅均值变幅均值北湖120.644～1.1540.8740.468～0.9880.6240.352～0.8360.4850.287～0.7120.4000.234～0.6030.3300.191～0.4710.280主湖110.360～1.4270.9610.263～1.0620.6920.209～0.8330.5420.168～0.6740.4370.129～0.5180.3440.107～0.4330.283南湖130.095～1.7891.0950.080～1.4800.8690.075～1.1760.7180.069～0.9720.6310.058～0.8860.5560.050～0.7980.471全湖360.095～1.7890.9780.080～1.4800.7310.075～1.1760.5840.069～0.9720.4920.058～0.8860.4140.050～0.7980.348表3 各波段后向散射系数与光学活性物质的二次函数相关性(R2)Tab.3 The two function correlation between the backscattering coefficient of each band andoptical active substances光学活性物质样点数/个波长/nm420442470510590700TSS850.1960.4510.4560.6240.7170.760Chl-a360.3780.3510.3590.3230.2920.2602.2 单位后向散射系数特性利用公式(4)获得单位后向散射系数的光谱曲线(图3)，单位后向散射系数随波长的变化特征与后向散射系数随波长变化特征相似，呈现出随波长增大系数值指数递减的变动趋势.442 nm处单位后向散射系数最大值为0.163，最小值为0.012，平均值为0.054±0.031；510 nm处单位后向散射系数最大值为0.094，最小值为0.010，平均值为0.036±0.020;700 nm处单位后向散射系数最大值为0.063，最小值为0.007，平均值为0.025±0.014 .通过单位后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度进行相关性分析发现，它们之间的关系性随波长的增大而减小，在420 nm处最大，R2为0.367，在700 nm处最小，为0.254.可见总悬浮颗粒物浓度对单位后向散射系数有一定程度的影响.进一步分析鄱阳湖有机物质叶绿素a、叶绿素a 含量与总悬浮颗粒物浓度比值等变量对单位后向散射系数的影响，它们之间的相关性均较低，P<0.05不显著相关，这可能是鄱阳湖以无机悬浮物为主导的水体中其他组分并不是影响单位后向散射系数变化的主要因素导致的.图3 鄱阳湖表层水体悬浮颗粒物的单位后向散射系数光谱曲线Fig.3 Spectral curve of unit backscattering coefficient of suspended particulate matter in surface water of Poyang Lake单位后向散射系数特性影响因素较多，Stramski等研究表明由于水体颗粒物的组分和浓度不同，使得悬浮物的粒径和折射率发生改变，从而影响单位后向散射系数[19].国内学者们在东海湾、巢湖、太湖等区域研究也有类似的结论[7-8，20]，针对叶绿素a含量小的鄱阳湖[21]，黄珏等认为在鄱阳湖的颗粒物光折射能力相对集中，颗粒物的粒径和拆射率与后向散射概率密切相关[22-23].所以影响单位后向散射系数的不仅是总悬浮颗粒物的浓度，还受到颗粒物的粒径、形状和折射率等因素影响.2.3 后向散射系数参数化选择510 nm为参考波段，参考波段与不同波段的后向散射系数相关性见表4，它们之间存在着较好的相关性，参考波段与590 nm波段相关性最高，R2可达0.962.表4 各波段与参考波长510 nm后向散射系数的相关性Tab.4 Correlation between backscattering coefficients at different bands and 510 nm reference wavelengths波段/nm420442470510590700R20.8850.8990.9211.0000.9620.921根据后向散射系数参数化公式(4)，对水体后向散射系数的光谱特性进行模拟，得到斜率指数n=1.229，即鄱阳湖水体后向散射系数的光谱模型：(7)由表5可知，在420 nm处模拟误差较大，达到35.0%，442 nm处为19.5%；其他波段模拟精度较高，MAPE均在8.0%以内，其中在590 nm处精度最高，MAPE为5.8%．表5 各波段后向散射系数光谱模型精度Tab.5 Spectral model accuracy of backscatter coefficient in each band波段/nm425442470510590700MAPE0.3500.1950.08000.0580.069将510 nm波长的后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度之间的二次函数关系式代入公式(7)可以得到鄱阳湖总悬浮颗粒物浓度与后向散射系数之间的参数化公式:(8)学者对我国不同内陆湖泊水体的后向散射系数模型做过类似研究，马荣华、孙德勇等[6，16]对太湖水体研究得到的指数为3.06，对巢湖水体得到的指数为3.24；宋庆君等对黄海、东海海区水体的水体散射特性研究中，得到的指数范围为0.61～1.99，均值为1.146，同时发现在悬浮颗粒物浓度较低的情况下，n值与悬浮颗粒物浓度有着较好的指数关系[18].可见，不同水体后向散射系数光谱模型的斜率指数是存在较大变化的，反映了不同水体颗粒物的组成差异.通过n值的确定，即可建立水体悬浮颗粒物的后向散射系数光谱模型，利用该模型可为水体悬浮颗粒物浓度空间分布的反演提供支持.由于受外界条件的影响，鄱阳湖高动态湖泊水体变化迅速，季节性变化明显，其物质组分和浓度差异性较大，参数化公式还需要大量的实测试验进行修正.3 结论鄱阳湖丰水期水体悬浮颗粒物后向散射系数、后向散射概率随波长的变动趋势较为一致，它们随着波长呈二次函数逐渐减小；总悬浮颗粒物浓度与后向散射系数之间的二次函数相关性随波长增大而增大，在700 nm波段的相关性最好，R2达到0.760；波长越长，水体后向散射系数受总悬浮颗粒物浓度影响增强，而受叶绿素a的影响减弱.从空间上，北湖区域各波段均值最小，变幅相对较小，主湖区水体后向散射系数变幅和均值介于北湖区和南湖区之间，南湖水体后向散射系数的变幅和均值最大，最大值和最小值均落在南湖区；由南向北推移，水体后向散射系数呈现均值和变幅减小的趋势.后向散射系数参数化模型以510 nm为参考波段，后向散射系数随波长变化的斜率指数为1.229.在大于470 nm波段，平均绝对百分比误差均小于8%，具有较好的反演精度.参考文献：【相关文献】[1] PIERSON D C，STRÖMBECK N. Estimation of radiance reflectance and the concentrati ons of optically active substances in Lake Mälaren， Sweden， based on direct and inverse solutions of a simple model[J]. Science of the Total Environment， 2001，268(1-3):171-88．[2] MOREL A， MARITORENA S. Bio-optical properties of oceanic waters: A reappraisal[J]. Journal of Geophysical Research Oceans， 2002， 106(C4):7163-7180．[3] GORDON H R， BROWN O B， EVANS R H， et al. A semianalytic radiance model of ocean color[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres， 1988， 93(D9):10909-10924．[4] STRAMSKI D，KIEFER D A.Light scattering by microorganisms in the openocean[J].Progress in Oceanography， 1991， 28(4):343-383．[5] MOBLEY C D. Light and Water: Radiative Transfer in NaturalWaters[M].Cambridge:Academic Press，1994:117-119．[6] 孙德勇，李云梅，乐成峰，等. 太湖水体散射特性及其与悬浮物浓度关系模型[J]. 环境科学，2007， 28(12):2688-2694．SUN D Y， LI Y M， LE C F， et al. Scattering characteristics of Taihu Lake and its relationship models with suspended particle concentration[J].Environmental Science，2007， 28(12):2688-2694. (Ch)．[7] 孙德勇，李云梅，王桥，等. 巢湖水体散射和后向散射特性研究[J]. 环境科学， 2010，31(6):1428-1434．SUN D Y， Li Y M， WANG Q， et al. Scattering and backscattering characteristics of Lake Chaohu[J]. Environmental science， 2010， 31(6):1428-1434. (Ch)．[8] 乐成峰，李云梅，查勇，等. 太湖水体后向散射特性模拟[J]. 水科学进展， 2009，20(5):707-713．LE C F， LI Y M， ZHA Y， et al. Simulation of backscattering properties of Taihu Lake[J]. Advances in Water Science， 2009， 20(5):707-713. (Ch)．[9] 施坤，李云梅，朱利，等. 滇池水体总悬浮物散射系数参数化模型[J]. 环境科学学报， 2010，30(7):1479-1485．SHI K， LI Y， ZHU L， et al. Parameterization of a scattering coefficient model for Dianchi Lake， China[J]. Acta Scientiae Circumstantiae， 2010， 30(7):1479-1485. (Ch)．[10] 陆超平，吕恒，李云梅. 基于光谱分类的太湖水体后向散射研究[J]. 遥感学报， 2012，16(2):417-434．LU C P， LV H， LI Y M. Backscattering properties and parametric model of Taihu Lake based on spectral classification[J]. Journal of Remote Sensing， 2012， 16(2):417-434. (Ch)．[11] 陈莉琼. 基于辐射传输机理的鄱阳湖悬浮颗粒物浓度遥感反演研究[D]. 武汉：武汉大学，2011．CHEN L Q. Remote Sensing of Suspended Particulate Matter Concentration in Poyang Lake， Based on Radiative Transfer Theory[D].Wuhan: Wuhan Unviersity，2011. (Ch)．[12] WU G， CUI L.Specific absorption and backscattering coefficients of the main water constituents in Poyang Lake，China[J].Environmental Monitoring & Assessment， 2013，185(5):4191-4206.[13] 翟彦放，邱月，陈方圆，等. 基于遥感数据的鄱阳湖水体后向散射系数反演[J]. 城市勘测，2016(3):71-75．ZHAI Y F， QIU Y， CHEN F Y， et al. Retrieving backscattering coefficient of water bodyin Poyang Lake using Remote Sensing data[J]. Urban Geotechnical Investigation & Surveying， 2016(3):71-75. (Ch)．[14] 徐德龙，熊明，张晶. 鄱阳湖水文特性分析[J].人民长江， 2001， 32(2) :78-81.XU D L， XIONG M ， ZHANG J . Analysis on hydrologic characteristics of Poyang Lake[J]. Yangtze River，2001， 32(2) :78-81. (Ch)．[15] PRIEUR L， SATHYENDRANATH S.An optical classification of coastal and oceanic waters based on the specific spectral absorption of phytoplankton pigments， dissolved organic matter and particulate materials[J]. Limnol Oceanogr， 2010， 26(4):671-689．[16] 马荣华，宋庆君，李国砚，等. 太湖水体的后向散射概率[J].湖泊科学， 2008， 20(3):375-379．MA R H， SONG Q J， LI G Y， et al. Estimation of backscattering probability of LakeTaihu waters[J]. Journal of Lake Sciences， 2008， 20(3) :375-379. (Ch)．[17] STRAMSKI D，BOSS E.The role of seawater constituents in light backscattering in the ocean[J].Progress in Oceanography， 2004， 61(1)，27-56．[18] 宋庆君，唐军武，马荣华. 黄海、东海海区水体散射特性研究[J].海洋学报(中文版)， 2006，28(4):56-63．SONG Q J , TANG J W,MA R H.The study on the scattering properties in the Huanghai Sea and East China Sea[J].Acta Oceanologica Sinica(Chinese), 2006, 28(4):56-63.(Ch).[19] STRAMSKI D， BRICAUD A， MOREL A. Modeling the inherent optical properties of the ocean based on the detailed composition of the planktonic community.[J]. Applied Optics， 2001， 40(18):2929-45．[20] FENG H， CAMPBELL J， DOWELL M， et al. Modeling spectral reflectance of optically complex waters using bio-optical measurements from Tokyo Bay[J]. Remote Sensing of Environment， 2005， 99(3):232-243．[21] 李亭亭，田礼乔，李建，等. 基于Sentinel卫星的浑浊水体叶绿素反演对比研究——以鄱阳湖为例[J]. 华中师范大学学报(自然科学版)， 2017， 51(6):858-864．LI TT， TIAN L Q， LI J， et al. Comparison study on the retrieval of chlorophyll in turbid waters based on Sentinal satellites-a case study of Poyang Lake， Journal of Central China Normal University(Nature Sciences) ， 2017， 51(6):858-864．(Ch).[22] 黄珏，陈晓玲，陈莉琼，等. 鄱阳湖高浑浊水体悬浮颗粒物粒径分布及其对遥感反演的影响[J]. 光谱学与光谱分析， 2014， 34(11):3085-3089．HUANG J， CHEN X L， CHEN L Q， et al. Particles size distribution and its influence on remote sensing retrieval of turbid Poyang Lake[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis，2014， 34(11):3085-3089. (Ch)．[23] 江辉，谢盛鑫，刘瑶，等. 鄱阳湖丰水期水体悬浮颗粒物粒径空间分布特征[J]. 南昌工程学院学报， 2018， 37(6):43-47．JIANG H， XIE S X， LIU Y， et al. Spatial distribution of particle size of suspended particulate matters in Poyang lake during wet period[J]. Journal of Nanchang Institute of Technology， 2018， 37(6):43-47．(Ch).。
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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。
（3）基于辐射传输理论的模拟方法，该方法结合辐射传输理论和水体的生物光学特性，有较好的物理基础，但该方法采用的半分析方法，其中的经验模型限制了其在其它水域的应用。
分光光度计最早是用来测量水体固有光学量中的吸收系数，Tassan和Ferrari2002年首次提出了可利用分光光度计同时测量水体的吸收系数和后向散射系数。
国家海洋技术中心的朱建华、周虹丽等人对T-R法有着深入的研究，并对光程放大因子β对近岸水体的影响做出了评价，认为T-R法在我国近岸水体浑浊区域有较高适用性。
这里面提到的T-R 法测量水体的吸收系数等是国际上常采用的QFT(quantita-tive filter technique,定量化过滤技术)方法中的一种。
该方法由Yentsch（1957）首次提出，将水体中的颗粒物通过定量化过滤技术富集到滤膜上，然后利用分光光度计进行其光吸收系数的测定。
QFT法根据具体的操作方法的不同，可分为两种方法，即T方法和T-R法。
其中T方法是美国NASA（美国国家航空航天局）发布生物光学测量的标准方法；T-R法由Tassan和Ferrari于1995年提出。
该方法是在T法的基础上增加了反射率的测量，避免了颗粒的散射作用对测量结果的影响。
T法适用于比较清洁的一类水体，水体中的颗粒物较小，水体成分简单，颗粒的散射作用可忽略。
对于浑浊的二类水体，由于水体成分复杂，不可忽略颗粒的散射作用影响，而T-R法能有效消除颗粒物和滤膜之间的多重散射影响，因此在二类水体中有着较高的适用性。
T-R法在国外已经得到了较深入的研究，但本方法还不是很成熟，SeaWiFs光学规范将其作为可供研究和探讨的方法。
为了得到更加精确的水体吸收系数，国内外学者做了大量的努力，在Yentsch（1957）提出的定量化过滤技术的基础上，Kirk(1980)和Banniseter(1986)分别提出了直接测量悬浮液中颗粒物的吸收系数T方法；Kiefer和SooHoo’s(1982)研究了光学密度OD f和β因子之间的关系；Hewes和Holm-Hansen(1983)提出的过滤-转移-冷冻法简称为FTF法；Bricaud(1990)提出β因子和光学密度（OD f>0.2）之间的多重散射关系；Tassan和Ferrari（2002）提出了同时测量吸收系数和后向散射系数的FTF/T-R(filter–transfer–freeze/the trans-mittance－reflectance)方法。
收稿日期：2010-12-10基金项目：海洋局青年基金资助项目—分光度计测量水体后向散射系数方法研究（2009407）作者简介：杨安安（1979-），男，湖南常德人，主要从事海洋水色遥感、表观光学量方面研究。
E-mail:yangood113@在国内，国家海洋技术中心开展了利用分光光度计和积分球测量颗粒物吸收系数的研究，掌握了光透射-光反射方法（T-R）的测量程序及测量误差分配情况，为本项目的研究提供了一定基础，但是其仅对光透射-光反射法测量吸收系数的方法进行了研究，并未涉及到后向散射系数的测量研究。
目前，在国内还没有学者利用分光光度计来测量获取水体后向散射系数方面的研究。
1原理与方法1.1原理本实验使用的方法为FTF/T-R法。
先将滤膜样品通过特殊分离方法将颗粒物样品转移到载玻片上，在测量过程中引入积分球，联合光透射测量和光反射测量，获得颗粒物样品的后向散射系数。
FTF/T-R法与传统的T法和T-R法相比，测量时承载颗粒物的载体不一样，T-R法中的颗粒物是在高散射特性的玻璃纤维滤纸上，而且颗粒物一定程度上会深入到玻璃纤维滤纸的孔径中，在光路分析中也就是光程放大因子β的影响。
在计算处理时，必须对光程放大因子β做纠正。
FTF/T-R法的测量载体为载玻片，颗粒物是以经过0.2μm 过滤过的为周围环境悬浮状态存在于载玻片上，不存在颗粒物和载体之间的光程放大影响。
FTF/T-R法中提到的“样品”指的就是以载玻片为测量载体，水体中的悬浮颗粒物以悬浮状态存在于载玻片上，上面覆盖有盖玻片的测量载体。
“参比”指的是同样品一样的处理，在盖玻片和载玻片之间没有颗粒物的测量样本。
在本文的研究中认为玻璃的吸收是可以忽略的，影响颗粒物吸收系数的只是颗粒物的散射相函数。
在FTF/T-R法中准直光束射到参比上时，由于没有颗粒物的存在光路没有发生散射，而穿过样品的光束由于受到颗粒物的散射作用光路发生改变，散射的那部分光由悬浮颗粒物的散射相函数决定，这部分光中超出玻璃-空气的布鲁斯特角（约49°）以外的光在分光光度计中不能被探测器接收到，且散射光部分中前向散射光达到最大值。
（在载玻片的吸收和波长依存特性忽略的前提下）对于积分球内“样品”的辐射传输平衡可表示为：进入积分球的辐射部分（=TR）+后向散射部分（=BK）+玻片吸收部分（=AF）+样品吸收部分（=AS）=1T-R法中为了消除透射模式下样品前向散射光的损失，对透过率ρt进行修正，修正后的的透过率为:T0=exp[1-（a p+b pb）X]=exp（-a p X）exp（-b pb X）=T a exp（-b pb X）进而得到后向散射系数的一个关系式：b pb=1X ln（TaT0）(3)式中：X为样品过滤体积除以有颗粒物的滤纸面积；T0为由于前向散射损失测量样品的透射校正；T a为透过率。
这里：T0=ρT（1+L f）(4)ρT为通过T-R方法测得的透射比；L f为被颗粒物散射前向散射光中超出布鲁斯特角以外的部分光；BR f为前向散射光中超出布鲁斯特角的部分光，其值和L f近似相等得到公式（5）和公式（6），其中BR f的值为一个已知的经验常数。
1+L f≈1+BR f(5)BR f=0.35±0.005(6)后向散射系数公式（7）中的T a是只与吸收有关的一个量，见式（8），其中OD sus是悬浮颗粒物的光学密度，见式（9），其中αp表示一束单一的入射光通过单通道入射到颗粒物上的吸收系数。
T a=10-OD sus(7)OD sus=log[1/（1-αp）](8)αp=1-ρT（1+L f）+R r[ρT（1+L f）-ρR（1+L b）]（1-R ag,n）（1+ρT R ga,f）(9)式（9）中：ρT和ρR是样品分别在透射和反射模式下测量得到的值；R T和R r是参比分别在透射和反射模式下测量得到的值；L b是被颗粒物散射的后向散射光中超出布鲁斯特角以外的部分光（见式10）。
R ag,n指的是空气到玻璃的斯涅耳反射率（R ag,n=R ga,n），R ga,f指的是在布鲁斯特角内的前向散射光中通过玻璃到空气之间的斯涅耳折射率的均值。
L b=（1-R ag,n）B p BR b（ρR R r）-1(10)式（10）中：B p指的是被颗粒物散射的后向散射光；BR b代表的是被颗粒物散射的后向散射光中超出布鲁斯特角以外的部分光，其值可通过散射相函数计算得到BR b=0.55±0.04，R ag,n和玻片的参比反射率之间有一经验关系式为R ag,n=0.525R r。
B p=ρR R r-R ag,n-（1-R ag,n）ρT2R ag,f（1-R ag,f）（1-R ag,n）（1-BR b）（1-R ga,b）（11）R ga,f和R ga,b的值可以查表得到。
这样对于样品的透过率进行纠正而推导得到的悬浮颗粒物的后向散射系数就得到了完整的过程，通过试验测量得到ρT，ρR，ρr代入公式便可求得样品颗粒物的后向散射系数。
1.2实验方法1.2.1实验室样品的选择Morel提出散射系数主要由小于10μm的粒子贡献所得[5]，本研究主要选择细胞直径在10μm左右的小球藻（直径3~5μm），巴夫藻（直径12~15μm），盐藻（直径7~8μm），金藻（5μm）和经过4.7μm孔径的聚碳酸酯滤膜过滤过的悬浮泥沙为研究对象。
通过实验室培养藻种，和配比不同浓度的悬浮泥沙的方法得到试验需要的样品。
利用光照培养箱中扩培7d后的藻类，和配比后的悬浮泥沙，选取0.2μm的聚碳酸酯滤膜（whatman），过滤5ml的小球藻，盐藻，和悬浮泥沙。
在过滤藻类的时候，真空泵的压力控制在667Pa下，防止压力过大对细胞造成损害，实验前准备一个12cm×12cm厚度为0.5cm的铝块，放在液氮罐中冷冻，等过滤完后，把滤膜放在一个干净的载玻片上，载玻杨安安，等：基于FTF/T-R法的水体后向散射系数测量方法研究第2期(1)(2)23海洋技术第30卷片上滴有一滴5μl 的纯净水，使得过滤后的滤膜颗粒物朝下的一面完全和载玻片接触，中间没有任何空气，取出冷冻后的铝块，把载玻片放在铝块上，观察滤膜的冷冻状态，几秒种后取下载玻片，快速仔细地把滤膜和载玻片分离，这时颗粒物被冷冻在载玻片上，使用盖玻片覆盖在颗粒物的上方得到试验需要的样品。