SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選、濾波方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋遙感領(lǐng)域,特別是涉及一種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演 的象元篩選、濾波方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 海風(fēng)是作用在海洋表層的重要?jiǎng)恿σ蜃?,?qū)動(dòng)著海洋從海面波到深層洋流系統(tǒng)的 各種尺度的海洋運(yùn)動(dòng),小則形成海洋波浪,大則推動(dòng)洋流發(fā)展。海風(fēng)通過調(diào)節(jié)海水與大氣之 間的熱量、水汽和化學(xué)物質(zhì)的交換,來調(diào)整海-氣禪合作用,維持全球和區(qū)域氣候模式,該 禪合作用對(duì)全球和區(qū)域氣候有重要影響,甚至能引起全球環(huán)境的變化,如厄爾尼諾現(xiàn)象。而 且,海風(fēng)可W納入到區(qū)域或全球的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng),提高天氣預(yù)報(bào)的能力。因此,獲得高 精度、高時(shí)空分辨率的海風(fēng)數(shù)據(jù)對(duì)于海洋動(dòng)力學(xué)、氣象、氣候?qū)W研究和人類合理利用風(fēng)能資 源具有十分重要的科研價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 海面風(fēng)場的常規(guī)觀測系統(tǒng)主要通過船舶、海上浮標(biāo)及沿岸站等。對(duì)于覆蓋全球面 積70%的海洋而言,常規(guī)手段獲得的風(fēng)場資料十分有限而且花費(fèi)巨大。衛(wèi)星遙感技術(shù)為海 面風(fēng)場的測量提供了一個(gè)全新的手段,它具有覆蓋面廣、觀測連續(xù)、受天氣影響小等優(yōu)點(diǎn), 已經(jīng)進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行。能夠提供全球海面風(fēng)場信息的星載傳感器包括散射計(jì)、微波福射計(jì)、 合成孔徑雷達(dá)(SAR)、衛(wèi)星高度計(jì),但只有散射計(jì)能大范圍同時(shí)提供包括風(fēng)速大小和風(fēng)向在 內(nèi)的完整的風(fēng)矢量信息。
[0004] 散射計(jì)反演風(fēng)場分為H個(gè)個(gè)步驟;第一步,建立地球物理模型函數(shù)(geo地ysical model化nction,GMF),第二步,由地球物理模型函數(shù)反演得到2-4個(gè)模糊解,第H步,采用 圓中數(shù)濾波方法去除模糊解,得到唯一的真解。圓中數(shù)濾波算法有效運(yùn)行的前提條件是濾 波窗口中的風(fēng)矢量誤差比較大(風(fēng)向反演誤差大于45度)的象元數(shù)目不能超過一半。由于 SeaWinds散射計(jì)的觀測特點(diǎn)(圓盤天線旋轉(zhuǎn)式掃描),使得該散射計(jì)星下點(diǎn)區(qū)域模糊解的 反演誤差(反演步驟中的第二步)整體較大,因而在使用圓中數(shù)濾波算法時(shí),濾波窗口中反 演誤差較大的象元數(shù)目往往超過一半,使得圓中數(shù)濾波效果不佳,使得最終反演誤差偏高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選 方法和系統(tǒng),可W有助于提高風(fēng)矢量反演精度。
[0006] 本發(fā)明的該一目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007] -種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選方法,包括如下步驟:
[0008] 確定SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演中的象元的各模糊解W及各所述模糊解 的總灰度值;
[0009] 將各所述模糊解與數(shù)值風(fēng)場數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,找出與數(shù)值風(fēng)場數(shù)據(jù)最接近的目標(biāo)模 糊解;
[0010] 判斷所述目標(biāo)模糊解的總灰度值是否大于預(yù)設(shè)的灰度闊值;
[0011] 若是,對(duì)所述象元作一標(biāo)記。
[0012] -種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選系統(tǒng),包括:
[0013] 處理模塊,用于確定SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演中的象元的各模糊解W 及各所述模糊解的總灰度值;
[0014] 對(duì)比模塊,用于將各所述模糊解與數(shù)值風(fēng)場數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,找出與數(shù)值風(fēng)場數(shù)據(jù) 最接近的目標(biāo)模糊解;
[0015] 第一判斷模塊,用于判斷所述目標(biāo)模糊解的總灰度值是否大于預(yù)設(shè)的灰度闊值;
[0016] 標(biāo)記模塊,用于在所述第一判斷模塊的判斷結(jié)果為是時(shí),對(duì)所述象元作一標(biāo)記。
[0017] 根據(jù)上述本發(fā)明的方案,其是首先確定象元的各模糊解及其相應(yīng)的總灰度值,再 通過將各模糊解與數(shù)值風(fēng)場數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比獲得目標(biāo)模糊解,判斷該目標(biāo)模糊解的總灰度值 是否大于預(yù)設(shè)的灰度闊值,若是,對(duì)象元作一標(biāo)記,SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演中的 各象元都可W按照該種方式進(jìn)行篩選,最后得到的有標(biāo)記的象元即為篩選出的反演誤差較 小的象元,可W基于該些象元進(jìn)行圓中數(shù)濾波,由于篩選過程可有效剔除風(fēng)矢量反演誤差 較大的象元,從而較大程度地提高了圓中數(shù)濾波算法的精度,即,提高了最終的風(fēng)矢量反演 精度。
[0018] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的濾波方法 和系統(tǒng),可W有助于提高風(fēng)矢量反演精度。
[0019] 本發(fā)明的該一目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0020] -種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的濾波方法,包括如下步驟:
[0021] 采用如上所述的SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選方法對(duì)SeaWinds 散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演中的象元進(jìn)行篩選;
[0022] 選取濾波窗口,獲取該濾波窗口中的有標(biāo)記的象元數(shù)目;
[0023] 判斷所述象元數(shù)目是否大于預(yù)設(shè)的象元數(shù)闊值;
[0024] 若是,則對(duì)濾波窗口中的有標(biāo)記的象元進(jìn)行圓中數(shù)濾波,獲得所述濾波窗口的風(fēng) 矢量;
[002引若否,則根據(jù)L2B數(shù)據(jù)的獲得所述濾波窗口的風(fēng)矢量。
[0026] -種SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的濾波系統(tǒng),包括如上所述的SeaWinds 散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選系統(tǒng),還包括:
[0027] 選取模塊,用于選取濾波窗口,獲取該濾波窗口中的有標(biāo)記的象元數(shù)目;
[0028] 第二判斷模塊,用于判斷所述象元數(shù)目是否大于預(yù)設(shè)的象元數(shù)闊值;
[0029] 濾波模塊,用于在所述第二判斷模塊的判斷結(jié)果為是時(shí),對(duì)濾波窗口中的有標(biāo)記 的象元進(jìn)行圓中數(shù)濾波,獲得所述濾波窗口的風(fēng)矢量,在所述第二判斷模塊的判斷結(jié)果為 否時(shí),根據(jù)L2B數(shù)據(jù)的獲得所述濾波窗口的風(fēng)矢量。
[0030] 根據(jù)上述本發(fā)明的方案,其是首先采用如上所述的SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢 量反演的象元篩選方法對(duì)SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演中的象元進(jìn)行篩選,再選取 濾波窗口,獲取該濾波窗口中的有標(biāo)記的象元數(shù)目,判斷所述象元數(shù)目是否大于預(yù)設(shè)的象 元數(shù)闊值,若是,則對(duì)濾波窗口中的有標(biāo)記的象元進(jìn)行圓中數(shù)濾波,獲得所述濾波窗口的風(fēng) 矢量,若否,則根據(jù)L2B數(shù)據(jù)的獲得所述濾波窗口的風(fēng)矢量,由于篩選過程可有效剔除濾波 窗口中的風(fēng)矢量反演誤差較大的象元,從而較大程度地提高了圓中數(shù)濾波算法的精度,即, 提高了最終的風(fēng)矢量反演精度。
【附圖說明】
[0031] 圖1為SeaWinds散射計(jì)地球物理模型函數(shù)的W雷達(dá)后向散射系數(shù)和相對(duì)方位角 為坐標(biāo)的模型表;
[0032] 圖2為同一象元觀測值在風(fēng)矢量解空間中的圖譜示意圖;
[0033] 圖3為本發(fā)明的SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選方法實(shí)施例的流 程示意圖;
[0034] 圖4為模糊解區(qū)域交點(diǎn)分布示意圖;
[0035] 圖5為確定模糊解的總灰度值的方式在其中一個(gè)實(shí)施例中的流程示意圖;
[0036] 圖6為圖譜算法風(fēng)矢量反演誤差與總灰度關(guān)系示意圖;
[0037] 圖7為本發(fā)明的SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的濾波方法實(shí)施例的流程示 意圖;
[0038] 圖8為本發(fā)明的SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的象元篩選系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖;
[0039] 圖9為圖8中的處理模塊在其中一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0040] 圖10為本發(fā)明的SeaWinds散射計(jì)星下點(diǎn)風(fēng)矢量反演的濾波系統(tǒng)實(shí)施例的流程示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,W下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅僅用W解釋本發(fā)明, 并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0042] 為了便于理解本發(fā)明的方案,W下首先對(duì)傳統(tǒng)的散射計(jì)風(fēng)場反演方式進(jìn)行說明。
[0043] 1)傳統(tǒng)風(fēng)場反散射計(jì)風(fēng)場反演方式的一般步驟
[0044] 傳統(tǒng)風(fēng)場反散射計(jì)風(fēng)場反演方式可分為H個(gè)步驟:建立地球物理模型函數(shù),風(fēng)矢 量解搜索(反演算法)W及風(fēng)矢量模糊解去除。從1978年第一顆??谟糜诤Q筮b感的衛(wèi)星 SEASAT-A發(fā)射到現(xiàn)在,國外學(xué)者提出了多種用于散射計(jì)海面風(fēng)場遙感的模型函數(shù)及反演算 法。由于地球物理模型函數(shù)的雙調(diào)和特性W及觀測中存在的誤差,使得風(fēng)矢量搜索的結(jié)果 不唯一,而是存在1-4個(gè)極小值,稱為模糊解。由于從單一象元很難獲得足夠的信息將其排 除,因而需要一個(gè)獨(dú)立的模糊解去除程序,將其排除W便獲得唯一的真解。
[0045] 2)散射計(jì)工作的基本原理
[0046] 散射計(jì)是一種特殊的主動(dòng)微波傳感器,主要是用來獲取海面雷達(dá)截面積等多個(gè)測 量數(shù)據(jù)。通過向地表發(fā)射一定波長的微波,將那些在同一地面單元具有不同幾何觀測參數(shù) 的測量數(shù)據(jù)結(jié)合起來,經(jīng)過一定處理而獲得該單元海面風(fēng)速和風(fēng)向。散射計(jì)對(duì)海面風(fēng)矢量 的測量是一種間接關(guān)系。
[0047] 海面微波散射主要有兩種機(jī)制;當(dāng)入射角小于20°時(shí),微波回向散射主要是鏡面 反射;當(dāng)入射角大于20°時(shí),微波回向散射主要是布拉格散射。而散射計(jì)的入射角一般大 于20°,如SeaWinds散射計(jì)內(nèi)外兩波束的入射角分別為46°和54°,所W散射計(jì)工作時(shí), 海面微波散射W布拉格散射為主。在入射波長為微波的條件下,能引起布拉格散射的只能 是疊加于海浪上的厘米波或毛細(xì)波,而且布拉格散射與厘米波波峰與雷達(dá)視線之間的夾角 有很大的相關(guān)性。
[0048] 風(fēng)從大氣向海面?zhèn)鬟f動(dòng)量時(shí),會(huì)使海面變得粗趟,形成小尺度的厘米波,厘米波數(shù) 量與海面上的磨擦風(fēng)速成正比相關(guān),而厘米波波峰方向?qū)︼L(fēng)向敏感,所W能通過對(duì)微米波 的觀測來反推出海面的風(fēng)矢量與風(fēng)向。散射計(jì)就是測量海面的后向散射能量大小,并估算 標(biāo)準(zhǔn)化的海面雷達(dá)截面積 NRCS(Normalized Radar Cross Section)。
[0049] 3)海面風(fēng)場反演的地球物理模型函數(shù)
[0050] 利用散射計(jì)在不同的參數(shù)條件下(入射角和極化方式)測得的海面后徑雷達(dá)散射 截面積進(jìn)行風(fēng)場反演,需要知道海面雷達(dá)后向散射截面積(NRC巧和風(fēng)速、相對(duì)方位角(風(fēng) 向與雷達(dá)觀測方向之間的夾角)、入射角W及極化方式等幾個(gè)變量之間的關(guān)系。模型函數(shù)的 目的就是準(zhǔn)確描述雷達(dá)后向散射截面積(NRC巧與海面環(huán)境參數(shù)和