基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，采用將待測(cè)極區(qū)劃分為預(yù)設(shè)大小的面元；獲取與海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)面元；將后向散射系數(shù)匹配到相應(yīng)面元，并記錄匹配結(jié)果對(duì)應(yīng)的幾何觀測(cè)信息(入射角和方位角)，并據(jù)此計(jì)算參考閾值(包括：面元后向散射系數(shù)的最小值、面元極化比和面元方差)；將參考閾值的計(jì)算結(jié)果與面元后向散射系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行對(duì)比，完成對(duì)每個(gè)面元是否為海冰的識(shí)別的技術(shù)方案，其采用洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)探測(cè)極地區(qū)域，其覆蓋范圍不受黑天及云層的影響，觀測(cè)范圍廣，并且本發(fā)明結(jié)合海冰識(shí)別算法和海冰濾波算法，提高了海冰識(shí)別的可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋微波遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射 計(jì)的極地海冰識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 極地海冰作為全球氣候系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其通過(guò)影響海洋表面的輻射 平衡、物質(zhì)平衡、能量平衡、大洋溫、鹽流的形成和循環(huán)而影響全球氣候變化。極地海冰帶是 海氣交界面具有熱力絕緣效應(yīng)的區(qū)域，在海氣相互作用方面，因?yàn)楹１姆凑章史答?、熱?屏障等一系列海冰的作用與影響而區(qū)別于其它無(wú)冰海域。
[0003] 海冰通過(guò)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及在時(shí)空上的反饋機(jī)制對(duì)各個(gè)地區(qū)乃至全球的氣 候狀態(tài)和變化起著極其重要的作用，在對(duì)海冰研究和認(rèn)識(shí)的過(guò)程中，它的作用和重要意義 日趨得到體現(xiàn)。海冰亦是全球大氣和海洋環(huán)流變異的預(yù)警平臺(tái)，準(zhǔn)確采集和獲取南極海冰 變化信息，是預(yù)測(cè)全球變暖趨勢(shì)及其效應(yīng)的關(guān)鍵，因此，在進(jìn)行預(yù)測(cè)全球變暖趨勢(shì)及其效應(yīng) 的工作中，需要對(duì)海冰進(jìn)行識(shí)別和確認(rèn)，以便準(zhǔn)確采集和獲取南極海冰變化信息。
[0004] 隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，使用衛(wèi)星對(duì)地球表面進(jìn)行觀測(cè)已經(jīng)是發(fā)展了多年的技術(shù)， 使用的地球表面觀測(cè)衛(wèi)星包括地球資源衛(wèi)星、軍事偵察衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和測(cè)地衛(wèi)星等。其中 的氣象衛(wèi)星是從太空對(duì)地球及其大氣層進(jìn)行氣象觀測(cè)的人造地球衛(wèi)星，其搭載各種氣象遙 感器（也可以是傳感器），接收和測(cè)量地球及其大氣層的可見(jiàn)光、紅外和微波輻射，并將其 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給地面站。地面站將衛(wèi)星傳來(lái)的電信號(hào)復(fù)原，繪制成各種云層、地表和海 面圖片，再經(jīng)進(jìn)一步處理和計(jì)算，得出各種氣象資料，并根據(jù)這些資料分析氣象衛(wèi)星的紅外 線(xiàn)采集的圖象，進(jìn)而確定云的高度和類(lèi)型、計(jì)算地面和水面的溫度，確定海面的污染、潮汐 和海流，確定地面或海面的溫度及進(jìn)行海冰識(shí)別。
[0005] 其中，氣象衛(wèi)星主要分為極軌氣象衛(wèi)星和同步氣象衛(wèi)星，①極軌氣象衛(wèi)星。飛行高 度約為600?1500千米，衛(wèi)星的軌道平面和太陽(yáng)始終保持相對(duì)固定的交角，這樣的衛(wèi)星每 天在固定時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)同一地區(qū)2次，因而每隔12小時(shí)就可獲得一份全球的氣象資料。② 同步氣象衛(wèi)星。運(yùn)行高度約35800千米，其軌道平面與地球的赤道平面相重合。從地球上 看，衛(wèi)星靜止在赤道某個(gè)經(jīng)度的上空。一顆同步衛(wèi)星的觀測(cè)范圍為100個(gè)經(jīng)度跨距，從南緯 50°到北緯50°，100個(gè)緯度跨距，因而5顆這樣的衛(wèi)星就可形成覆蓋全球中、低緯度地區(qū) 的觀測(cè)網(wǎng)。
[0006] 相關(guān)技術(shù)中提供了一種海冰識(shí)別技術(shù)，得到的極地海冰衛(wèi)星觀測(cè)資料是根據(jù) TIROS、NMBUS和NOAA系列的極軌氣象衛(wèi)星獲得的可見(jiàn)光和紅外通道數(shù)據(jù)制作的，即通過(guò) 極軌氣象衛(wèi)星搭載的各種遙感器，接收和測(cè)量地球及其大氣層的可見(jiàn)光、紅外和微波輻射， 并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給地面站。地面站將衛(wèi)星傳來(lái)的電信號(hào)復(fù)原，繪制成各種云層、地 表和海面影像數(shù)據(jù)，再經(jīng)進(jìn)一步處理和計(jì)算，得出各種資料，進(jìn)而根據(jù)這些資料進(jìn)行海冰識(shí) 別。
[0007] 發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中使用極軌衛(wèi)星搭載的紅外和可見(jiàn)光遙感器識(shí)別 海冰的方式在云層遮蔽的情況下無(wú)法進(jìn)行海冰觀測(cè)，并且該類(lèi)傳感器不能提供海冰密集度 和冰型的準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其 覆蓋范圍不受黑天及云層的影響，且其結(jié)合海冰識(shí)別算法和海冰濾波算法，提高了海冰識(shí) 別的可靠性。
[0009] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí) 別方法，包括：
[0010] 將待測(cè)極區(qū)劃分為預(yù)設(shè)大小的面元；
[0011] 獲取與海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)面元；
[0012] 將后向散射系數(shù)匹配到相應(yīng)面元；
[0013] 記錄匹配結(jié)果對(duì)應(yīng)的幾何觀測(cè)信息，幾何觀測(cè)信息包括入射角和方位角；
[0014] 根據(jù)幾何觀測(cè)信息，計(jì)算參考閾值，參考閾值包括：面元后向散射系數(shù)的最小值、 面元極化比和面元方差；
[0015] 將參考閾值的計(jì)算結(jié)果與面元后向散射系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行對(duì)比，完成對(duì)每個(gè)面 元是否為海冰的識(shí)別。
[0016] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，基 于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法中，將后向散射系數(shù)匹配到相應(yīng)面元，包 括：
[0017] 獲取海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)的數(shù)據(jù)列表；
[0018] 遍歷數(shù)據(jù)列表中的數(shù)據(jù)，并以預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)時(shí)間為單位將數(shù)據(jù)與相應(yīng)面元進(jìn)行匹配， 其中，數(shù)據(jù)是海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)基于地理坐標(biāo)而獲取的。
[0019] 結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種 可能的實(shí)施方式，其中，基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法中，將數(shù)據(jù)與相 應(yīng)面元進(jìn)行匹配，包括：
[0020] 讀取海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的數(shù)據(jù)列表中每個(gè)后向散射系數(shù)的地理坐標(biāo)，地理 坐標(biāo)包括緯度和經(jīng)度；
[0021] 根據(jù)極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算地理坐標(biāo)對(duì) 應(yīng)面元的極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J);
[0022] 獲取極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J)對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)、觀測(cè)入射角和觀測(cè) 方位角；
[0023] 將后向散射系數(shù)、觀測(cè)入射角和觀測(cè)方位角匹配到地理坐標(biāo)信息對(duì)應(yīng)的面元。
[0024] 結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種 可能的實(shí)施方式，其中，基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法中，讀取海洋二 號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的數(shù)據(jù)列表中每個(gè)后向散射系數(shù)的地理坐標(biāo)，包括：
[0025] 根據(jù)公式 ANGl = 0 = (90° -ABS (PNTLAT))/2 計(jì)算 ANGl ;
[0026] 根據(jù)公式POLDIS = SCALE*Tan (ANGl)，計(jì)算極方位立體投影平面上的點(diǎn)到極點(diǎn)的 距離，極點(diǎn)為待測(cè)極區(qū)的極點(diǎn)；

【權(quán)利要求】
1. 一種基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征在于，包括： 將待測(cè)極區(qū)劃分為預(yù)設(shè)大小的面元； 獲取與海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)面元； 將所述后向散射系數(shù)匹配到所述相應(yīng)面元； 記錄匹配結(jié)果對(duì)應(yīng)的幾何觀測(cè)信息，所述幾何觀測(cè)信息包括入射角和方位角； 根據(jù)所述幾何觀測(cè)信息，計(jì)算參考閾值，所述參考閾值包括：面元后向散射系數(shù)的最小 值、面元極化比和面元方差； 將所述參考閾值的計(jì)算結(jié)果與所述面元后向散射系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行對(duì)比，完成對(duì)每 個(gè)面元是否為海冰的識(shí)別。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征 在于，所述將所述后向散射系數(shù)匹配到所述相應(yīng)面元，包括： 獲取海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)的數(shù)據(jù)列表； 遍歷所述數(shù)據(jù)列表中的數(shù)據(jù)，并以預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)時(shí)間為單位將所述數(shù)據(jù)與所述相應(yīng)面元進(jìn) 行匹配，其中，所述數(shù)據(jù)是所述海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)基于地理坐標(biāo)而獲取的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征 在于，所述將所述數(shù)據(jù)與所述相應(yīng)面元進(jìn)行匹配，包括： 讀取所述海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的數(shù)據(jù)列表中每個(gè)后向散射系數(shù)的地理坐標(biāo)，所述 地理坐標(biāo)包括緯度和經(jīng)度； 根據(jù)極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算所述地理坐標(biāo)對(duì) 應(yīng)面元的極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J); 獲取所述極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J)對(duì)應(yīng)的后向散射系數(shù)、觀測(cè)入射角和觀測(cè) 方位角； 將所述后向散射系數(shù)、觀測(cè)入射角和觀測(cè)方位角匹配到所述地理坐標(biāo)信息對(duì)應(yīng)的面 JLi〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特 征在于，所述讀取所述海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的數(shù)據(jù)列表中每個(gè)后向散射系數(shù)的地理坐 標(biāo)，包括： 根據(jù)公式ANG1= 0 = (90° -ABS(PNTLAT))/2 計(jì)算ANG1; 根據(jù)公式POLDIS=SCALE*Tan(ANGl)，計(jì)算極方位立體投影平面上的點(diǎn)到極點(diǎn)的距 離，所述極點(diǎn)為待測(cè)極區(qū)的極點(diǎn)； 根據(jù)公式
，計(jì)算所述地理坐標(biāo) 的緯度； 根據(jù)公式
計(jì)算ANG2 ; 根據(jù)公式PNTLON=PRMLON-ANG2,計(jì)算所述地理坐標(biāo)的經(jīng)度； 其中，PRMLON為極方位立體投影坐標(biāo)系的基準(zhǔn)經(jīng)度，所述基準(zhǔn)經(jīng)度有效值為180°W到180°E;SCALE為極點(diǎn)到赤道之間的尺度大小；CENTI、CENTJ為極點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平面點(diǎn)坐標(biāo)； RI、RJ為經(jīng)緯度坐標(biāo)經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到對(duì)應(yīng)的平面點(diǎn)坐標(biāo)（I、J)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征 在于，所述極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，包括： 根據(jù)如下公式，進(jìn)行極方位立體投影平面點(diǎn)坐標(biāo)（I，J)與地理坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換：
POLDIS=SCALE*Tan(ANGl) ANG2 =PRMLON-PNTLON I=CentI+P0LDIS*SIN(ANG2) J=CentJ+P0LDIS*C0S(ANG2);其中，所述CentI和所述CentJ分別對(duì)應(yīng)所述PNTLON和所述PNTLAT。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征 在于，所述根據(jù)所述幾何觀測(cè)信息，計(jì)算面元后向散射系數(shù)的最小值，包括： 對(duì)所有面元進(jìn)行遍歷，獲取對(duì)匹配到單個(gè)面元的后向散射系數(shù)的觀測(cè)結(jié)果； 根據(jù)所述觀測(cè)入射角，將所述觀測(cè)結(jié)果分為內(nèi)波束觀測(cè)結(jié)果和外波束觀測(cè)結(jié)果； 分別計(jì)算并記錄所述內(nèi)波束觀測(cè)結(jié)果和外波束觀測(cè)結(jié)果的最小值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別 方法，其特征在于，根據(jù)所述幾何觀測(cè)信息，計(jì)算面元極化比，包括 ： 對(duì)所有面元進(jìn)行遍歷； 按照公式APR= (〇CIH-〇(lvV(〇CIH+〇(lv)計(jì)算每個(gè)遍歷到的面元對(duì)應(yīng)的極化比；其中， 0 對(duì)應(yīng)內(nèi)波束觀測(cè)結(jié)果，0w對(duì)應(yīng)外波束觀測(cè)結(jié)果。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征 在于，所述根據(jù)所述幾何觀測(cè)信息，計(jì)算面元方差，包括： 對(duì)所有面元進(jìn)行遍歷，獲取匹配到單個(gè)面元的后向散射系數(shù)的觀測(cè)結(jié)果； 根據(jù)入射角，將所述觀測(cè)結(jié)果分為內(nèi)波束觀測(cè)結(jié)果和外波束觀測(cè)結(jié)果； 分別計(jì)算并記錄所述內(nèi)波束觀測(cè)結(jié)果和外波束觀測(cè)結(jié)果的方差。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特征 在于，還包括： 對(duì)位于陸地的面元，使用預(yù)設(shè)的陸地標(biāo)識(shí)將該面元標(biāo)識(shí)為陸地。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于海洋二號(hào)衛(wèi)星微波散射計(jì)的極地海冰識(shí)別方法，其特 征在于，所述面元后向散射系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)閾值包括：內(nèi)波束后向散射系數(shù)觀測(cè)閾值、外波束后 向散射系數(shù)觀測(cè)閾值和極化比后向散射系數(shù)觀測(cè)閾值； 所述將所述參考閾值的計(jì)算結(jié)果與所述面元后向散射系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行對(duì)比，完成 對(duì)每個(gè)面元是否為海冰的識(shí)別，包括： 對(duì)于未標(biāo)記為陸地的面元，預(yù)設(shè)所述內(nèi)波束后向散射系數(shù)觀測(cè)閾值為-19dB、所述外波 束后向散射系數(shù)觀測(cè)閾值為_(kāi)21dB以及極化比后向散射系數(shù)觀測(cè)閾值為0. 06 ; 在面元內(nèi)波束后向散射系數(shù)觀測(cè)結(jié)果的最小值大于_19dB，外波束后向散射系數(shù)觀測(cè) 結(jié)果的最小值大于_21dB時(shí)，確定所述面元為海冰。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK104407338SQ201410769017
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】鄒巨洪, 曾韜, 郭茂華, 鄒斌, 林明森 申請(qǐng)人:國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心