基于视场可调节激光雷达探测海洋光学特性多参数垂直结构的关键问题研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61505221
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0510.空间、大气、海洋与环境光学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The advantage of Lidar is that it can obtain the high-resolution vertical structure of optical properties efficiently in the subsurface water. However, according to the Lidar theory, conventional Lidar can only measure a single parameter of optical properties, i.e. the absorption coefficient, the scattering coefficient or the diffuse attenuation coefficient, owing to the limitation of single field-of-view (FOV) and the inhomogeneous structure of water. There is still no relevant report on an oceanographic Lidar that can be utilized to measure multiple parameters of optical properties in multi-band. Thus, the main objective of this project is to address how to retrieve multiple optical parameters of seawater at multiple detection wavelengths by using backscattering of laser radiation and fluorescence received from multiple FOVs regarding multiple scattering. The study includes the following four aspects. 1) Based on multiple scattering distribution function, experiments will be implemented to study the quantitative relationship of FOVs with optical properties of a homogeneous water medium. 2) By comparing the measured data of seawater optical properties and the results of inversion model, the accuracy of multiple scattering model applied to oceanographic Lidar will be analyzed. 3) In an inhomogeneous water medium which can be considered as a mixture of homogeneous water layers, the scattering effect in adjacent layers will be used to retrieve optical properties by a recursive method. 4) After a deconvolution for removing the domain superposition of fluorescence, attenuation characteristics of fluorescence will be analyzed to retrieve seawater optical properties at fluorescence wavelengths. This project will contribute to understanding the mechanism for detecting the seawater optical properties by Lidar, and then this theoretical study is very important to oceanographic Lidar applications.
激光雷达的优势在于可快速遥感测量高分辨率的表层海水光学特性垂直结构,但受视场和非均匀水体的影响,根据海洋激光雷达理论仅实现了激光波长处单一参数的测量,多波长处多个海洋光学特征参数的激光雷达探测方法尚无报道。本项目采用视场可调节的探测方式,基于多次散射理论,结合弹性散射和荧光机制,研究激光及其诱导荧光在海水中的衰减特性,目的反演多波长处表层海水光学特征参数(吸收、散射和漫射衰减系数)的垂直分布。研究内容包括:基于多次散射分布函数,实验研究均匀水体情况下激光雷达视场和反演参数间的定量关系;通过实测和模型反演结果的对比,分析反演方法中准确的多次散射模型形式;分析非均匀水体中相邻水层间的散射影响,利用递推数值模型反演非均匀水体光学特性;通过退卷积去除水体荧光寿命造成的时域信号叠加影响,利用荧光衰减特性反演荧光波长处海水光学特征参数。本研究将丰富激光雷达探测的海水光学特征参数,为其应用奠定理论基础。

结项摘要

海洋光学特性,是海洋生态环境、渔业资源开发和水文灾害预警等方面的重要研究对象。目前,被动海洋光学遥感已无法满足人类社会活动对获取水表以下水体剖面上各种参数的需求。激光雷达的优势在于能够高效探测表层海水的后向散射回波,但存在探测波长较少的不足,因此,本项目基于多次散射理论,结合了激光与海水作用的弹性和非弹性散射机制,研究了多波长处表层海水光学特征参数的垂直分布反演方法。研究内容包括:基于多次散射分布函数,实验研究均匀水体情况下激光雷达视场和反演参数间的定量关系;通过实测和模型反演结果的对比,分析反演方法中准确的多次散射模型形式;分析非均匀水体中相邻水层间的散射影响,利用递推数值模型反演非均匀水体光学特性;通过退卷积去除水体荧光寿命造成的时域信号叠加影响,利用荧光衰减特性反演荧光波长处海水光学特征参数。.研究首先基于辐射传输理论,模拟水下光场的多次散射分布情况,并结合均匀水体的实验测量,分析激光雷达接收结构因子和反演参数间的定量关系。其次,对比涉及视场的多次散射模型和多次前向-单次后向散射模型,分析了这两种模型中多次散射因子的等效性,讨论了利用这两个模型反演水体光学特性参数的异同。另外,假设非均匀水体中相邻水层间的后向散射函数一致,利用递推数值模型反演非均匀水体光学特性剖面。最后,结合水体荧光信号退卷积方法,利用荧光衰减特性反演荧光波长处海水光学特征参数。本项目研究结果表明:对于固定水体的测量,海洋激光雷达衰减系数的变化与接收结构因子相关,利用涉及多次散射分布的物理模型,能够通过海洋激光雷达衰减系数反演水体的光学特性垂直分布,进一步结合激光诱导荧光机制,可拓展荧光波长处水体光学特性垂直分布的反演。本项目成果可以用于海洋光学卫星的辐射定标和数据检验、以及海洋环境的理化特征研究,能够为海洋光学研究中多个波长处海水光学特性的获取提供新的尝试,也为主动光学遥感探测海水光学特征参数的研究探索了一种新的方法。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(3)
基于PCA的时间分辨油荧光光谱分析及优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    光学精密工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李杰;李晓龙;唐秋华;赵朝方;王炯炯
  • 通讯作者:
    王炯炯
基于浊度计和ADCP的悬沙浓度估计与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    海洋科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓龙;陈永华;姜静波;倪作涛;刘庆奎;徐永平;涂登志;李思忍
  • 通讯作者:
    李思忍
Enhance field water-color measurements with a Secchi disk and its implication for fusion of active and passive ocean-color remote sensing
使用 Secchi 盘增强现场水彩测量及其对主动和被动海洋颜色遥感融合的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    APPLIED OPTICS
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Lee Zhongping;Shang Shaoling;Du Keping;Liu Bingyi;Lin Gong;Wei Jianwei;Li Xiaolong
  • 通讯作者:
    Li Xiaolong
海洋激光雷达水体光学特性参数反演模型对比及分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓龙;陈永华;于非;姜静波;贺岩;陈卫标;李杰
  • 通讯作者:
    李杰
激光雷达探测水体光学特征参数的方法分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    大气与环境光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓龙;李杰;张冰;陈永华;赵朝方;刘智深
  • 通讯作者:
    刘智深

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其他文献

碳纤维增强复合材料杉木夹芯梁受弯性能试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓龙;刘伟庆;方海
  • 通讯作者:
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高速列车车轮磨耗引起的轮轨接触非对称问题研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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大型风电齿轮箱的失效问题及其设计制造技术的国内外现状分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    李晓龙;王罡;向东;融亦鸣
  • 通讯作者:
    融亦鸣
格构腹板增强复合材料泡沫夹芯板侧压性能试验与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    南京工业大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓龙;刘伟庆;方海;史慧媛
  • 通讯作者:
    史慧媛
仓储企业质量体系初探
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    仓储管理与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓龙
  • 通讯作者:
    李晓龙

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李晓龙的其他基金

基于形态学的海洋激光雷达探测浮游植物优势类群垂直分布的探索研究
  • 批准号:
    42076200
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    2020
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    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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