本发明属于气溶胶测量，具体涉及基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法及装置。
背景技术：
1、地气系统中广泛存在的气溶胶，对地球气候和人类生存环境变化有着重要的作用。一方面，气溶胶对太阳辐射和地面长波辐射的吸收和散射作用引起的辐射强迫效应是当前气候变化评估中最大不确定性的来源之一；另一方面，酸雨形成、雾霾天气出现、臭氧层破坏都与气溶胶自身的污染有害特征密切相关。大气中气溶胶含量的增加会导致大气能见度降低、环境污染问题加剧、人类身体健康受到侵害等问题。然而，气溶胶来源多变，成分复杂，时空分布不均，导致其气候效应及环境效应的定量评估极其困难。
2、卫星遥感是当前最为高效、最有应用前景的获取全球长时间序列大气空间分布信息的方法。然而，由于大气在垂直方向上变化连续、地表和大气遥感信息的耦合等因素的存在，从卫星数据中反演大气参数时，所求的未知数数量往往多于根据遥感观测信息所能建立的方程数，这种反演的病态性制约了大气产品的反演精度。不同传感器在探测模式、波段配置、扫描方式和空间分辨率等诸多方面均存在差异，因此，利用多遥感器的协同探测数据可以提供更多的遥感观测信息，从而降低反演的病态性，有效提升大气产品反演的精度。考虑到气溶胶类型复杂多变，从遥感信息中提取气溶胶信息难度更大。
3、现有的气溶胶遥感探测手段主要包括被动式和主动式两大类。被动探测载荷包括多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪、多角度偏振探测仪等，主要利用光学传感器中可见波段的探测信息获取大范围的气溶胶分布情况；主动探测载荷主要为大气激光雷达，可基于气溶胶在不同高度层上的后向散射信息反演气溶胶的消光剖面特性。同时，考虑到大气粒子散射的偏振特性中包含粒子的相态及辐射特性，当前的气溶胶探测器中往往会引入偏振观测。
4、然而，基于被动探测载荷的气溶胶参数反演过程高度依赖气溶胶模型的预设，这对气溶胶光学厚度、细粒子气溶胶光学厚度等参数的反演带来较大误差，要获得高精度的气溶胶产品必须要优化气溶胶模型的预设。
5、考虑到主动探测载荷大气激光雷达大气信号弱且信噪比较低的现状，导致大气激光雷达的辐射定标精度较低，从而影响气溶胶消光系数廓线反演的精度。需要在反演过程中引入其他约束，弱化载荷定标引入的误差。
6、现有技术中不同载荷探测大气气溶胶参数的方法各有优势及侧重，未有针对主被动协同探测数据的约束关系构建的气溶胶反演算法。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法及装置。该方法针对主被动载荷协同探测的气溶胶信息，基于协同探测数据在辐射/偏振/空间特性上的约束关系，实现气溶胶光学厚度、消光系数廓线等信息的高精度反演。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，包括如下步骤：
4、步骤s1：对主、被动探测载荷观测数据进行空间匹配，提取被动探测载荷观测数据与主动探测载荷观测数据匹配的像素点信息，获得空间匹配的被动探测载荷观测数据；所述主动探测载荷包括大气激光雷达载荷，所述被动探测载荷包括多角度偏振探测仪、多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪的任意一种；
5、步骤s2：基于主动探测载荷观测数据，界定气溶胶所在目标层范围，识别目标层气溶胶类型；
6、步骤s3：确定被动探测载荷观测数据的气溶胶反演通道；当被动探测载荷为多角度偏振探测仪时，基于匹配的像素点信息，在用于气溶胶反演的标量查找表和偏振查找表中获取模拟的表观反射率以及表观偏振反射率，基于主动探测载荷观测数据识别的目标层气溶胶类型信息，以表观反射率、表观偏振反射率的残差为评价指标，反演获取气溶胶模型、气溶胶光学厚度、细粒子气溶胶光学厚度及细粒子比；当被动探测载荷为多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪的任一种时，基于匹配的像素点信息，在用于气溶胶反演的标量查找表中获取模拟的表观反射率，基于主动探测载荷观测数据识别的目标层气溶胶类型信息，以表观反射率的残差为评价指标，反演获取气溶胶模型、气溶胶光学厚度。
7、步骤s4：基于主动探测载荷观测数据的目标层气溶胶类型识别结果及气溶胶模型评估结果，获取各目标层气溶胶对应的激光雷达比，以被动探测载荷观测数据反演的气溶胶光学厚度为约束，利用fernald反演方法反演获取气溶胶消光系数廓线。
8、另一方面，本发明提供一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演装置，包括：
9、观测数据匹配单元，用于对主、被动探测载荷观测数据进行空间匹配，提取被动探测载荷观测数据与主动探测载荷观测数据匹配的像素点信息，获得空间匹配的被动探测载荷观测数据；所述主动探测载荷包括大气激光雷达载荷，所述被动探测载荷包括多角度偏振探测仪、多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪的任意一种；
10、目标层气溶胶类型识别单元，用于基于主动探测载荷观测数据，界定气溶胶所在目标层范围，识别目标层气溶胶类型；
11、气溶胶参数反演单元，用于确定被动探测载荷观测数据的气溶胶反演通道；当被动探测载荷为多角度偏振探测仪时，基于匹配的像素点信息，在用于气溶胶反演的标量查找表和偏振查找表中获取模拟的表观反射率以及表观偏振反射率，基于主动探测载荷观测数据识别的目标层气溶胶类型信息，以表观反射率、表观偏振反射率的残差为评价指标，反演获取气溶胶模型、气溶胶光学厚度、细粒子气溶胶光学厚度及细粒子比；当被动探测载荷为多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪的任一种时，基于匹配的像素点信息，在用于气溶胶反演的标量查找表中获取模拟的表观反射率，基于主动探测载荷观测数据识别的目标层气溶胶类型信息，以表观反射率的残差为评价指标，反演获取气溶胶模型、气溶胶光学厚度；
12、还用于基于主动探测载荷观测数据的目标层气溶胶类型识别结果及气溶胶模型评估结果，获取各目标层气溶胶对应的激光雷达比，以被动探测载荷观测数据反演的气溶胶光学厚度为约束，利用fernald反演方法反演获取气溶胶消光系数廓线。
13、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；其中，当一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现前述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法。
14、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时能够使处理器实现前述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法。
15、本发明的有益效果在于：
16、本发明提出的方法考虑了主被动协同探测数据在辐射/偏振/空间特性上的约束关系，提高了气溶胶参数反演的信息总量；与传统反演方法相比，利用主被动协同探测数据，弱化了载荷定标误差及气溶胶模型预设偏差，提高了参数反演精度。
1.一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1：对主、被动探测载荷观测数据进行空间匹配，提取被动探测载荷观测数据与主动探测载荷观测数据匹配的像素点信息，获得空间匹配的被动探测载荷观测数据；所述主动探测载荷包括大气激光雷达载荷，所述被动探测载荷包括多角度偏振探测仪、多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪的任意一种；
2.根据权利要求1所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述s2中气溶胶所在目标层界定方法包括：计算实际大气衰减后向散射系数，结合模拟的晴空模式下大气衰减后向散射系数及大气激光雷达噪声信息建立阈值，当超过预设高度连续点的衰减散射比系数超过阈值时，将连续点的高度范围选为目标层。
4.根据权利要求2所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s2中识别目标层气溶胶类型包括：基于主动探测载荷观测数据所得的退偏比、大气衰减后向散射系数比和下垫面类型对气溶胶类型进行识别。
5.根据权利要求1所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s3中标量查找表和偏振查找表均采用6sv矢量辐射传输模型进行构建，所述标量查找表的变量包括光谱波长、气溶胶模型、气溶胶光学厚度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角；所述偏振查找表的变量包括光谱波长、气溶胶模型、细粒子气溶胶光学厚度、太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角。
6.根据权利要求5所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s3中当被动探测载荷为多角度偏振探测仪时，在用于气溶胶反演的标量查找表和偏振查找表中获取模拟的表观反射率以及表观偏振反射率包括：
7.根据权利要求5所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s3中当被动探测载荷为多通道成像光谱仪、高光谱成像仪、多角度成像光谱仪的任一种时，基于匹配的像素点信息，在用于气溶胶反演的标量查找表中获取模拟的表观反射率包括：
8.根据权利要求5所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s3中所述细粒子比表示为反演所得的气溶胶细粒子光学厚度和气溶胶光学厚度之比。
9.根据权利要求1所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s4中各目标层气溶胶激光雷达比根据识别的目标层气溶胶类型信息获得。
10.根据权利要求8所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法，其特征在于，所述步骤s4中所述利用fernald反演方法反演获取气溶胶消光系数廓线包括：选取对流层顶预设范围内的清洁大气所在位置对应的气溶胶后向散射系数作为反演的边界值；基于气溶胶激光雷达比和反演的边界值，采用fernald法进行反演，得到初步的气溶胶消光系数廓线和气溶胶光学厚度初值；比较反演所得的气溶胶光学厚度初值与基于被动探测载荷匹配的像素点所得的气溶胶光学厚度，对得到的初步的气溶胶消光系数廓线反演结果进行优化。
11.一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演装置，其特征在于，包括：
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时能够使处理器实现权利要求1-10任一项所述的一种基于主被动协同探测数据的气溶胶参数反演方法。
