CN108983313A - 一种定量探测海面风场的方法 - Google Patents
一种定量探测海面风场的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108983313A CN108983313A CN201810409828.0A CN201810409828A CN108983313A CN 108983313 A CN108983313 A CN 108983313A CN 201810409828 A CN201810409828 A CN 201810409828A CN 108983313 A CN108983313 A CN 108983313A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- backscattering coefficient
- wind
- vector
- field
- observation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/08—Adaptations of balloons, missiles, or aircraft for meteorological purposes; Radiosondes
Landscapes
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
本发明公开了一种定量探测海面风场的方法,所述方法包括:步骤1)使用扇形波束旋转扫描散射计获取后向散射系数测量值,并得到观测值在风单元中的分布;步骤2)对落入风单元中的后向散射系数测量值,对每一组后向散射系数按照入射角和方位角分别进行划分和排序,得到后向散射系数观测向量;步骤3)对风单元内的后向散射系数观测向量进行主分量变换,求取每个向量对应的特征值,按照特征值大小,挑选最大特征值对应的q个后向散射观测向量,反演计算风场。本发明的方法有效利用扇形波束旋转扫描散射计提供的信息,实现海面风场的高效、快速反演。
Description
技术领域
本发明涉及地球科学、遥感和气象领域,具体涉及一种定量探测海面风场的方法。
背景技术
海面风场准确的定量测量值具有重要的应用价值。高效快速的风场估算,由观测值得到实时的风场数据,这对于航海、渔业等有重要应用价值。此外,准确的海面风场数据还是重要的关键环境变量,对研究气候变化和短、长期的预测有重要意义。
现有的海面风场获取方法主要包括使用浮标、数值模型、和遥感的方法。浮标数据受到时空的限制较大;数值模型无法提供实时的测量。遥感方式中测风常用的方法是使用散射计观测数据进行反演。这种方法可以获取海面大面积的观测,但常规散射计的测量只有有限个风单元(反演风场的网格单元)的观测数据,这会限制反演的精度。扇形波束旋转扫描散射计的观测能解决这个问题。但在观测过程中获取的数据量也比常规散射计大,使用常规方法无法快速有效提取信息,影响这种新型散射计的功效。对于星载扇形旋转扫描散射计而言,也无法实现算法的扩展,从而影响实现星上的实时处理的应用扩展。目前尚无针对星载扇形旋转扫描散射计进行风场反演的方法。因此需要针对这种新型散射计发展新的风场反演方法,进行风场反演,实现使用这种散射计的观测量:后向散射系数快速高效的海面风场探测。
发明内容
本发明的目的在于克服目前海面风场探测存在的上述问题,基于目前新型的扇形波束旋转扫描散射计比常规散射计能提供海面风场的更多信息,能够实现海面风场更高精度的反演;提出了使用扇形波束旋转扫描散射计后向散射系数快速定量探测海面风场的方法,该方法能实现海面风场快速而有效的反演。
为了实现上述目的,本发明提供了一种定量探测海面风场的方法,所述方法包括:
步骤1)使用扇形波束旋转扫描散射计获取后向散射系数测量值,并得到观测值在风单元中的分布;
步骤2)对落入风单元中的后向散射系数测量值,对每一组后向散射系数按照入射角和方位角分别进行划分和排序,得到后向散射系数观测向量;
步骤3)对风单元内的后向散射系数观测向量进行主分量变换,求取每个向量对应的特征值,按照特征值大小,挑选最大特征值对应的q个后向散射观测向量,反演计算风场。
作为上述方法的一种改进,所述步骤2)具体包括:
步骤2-1)对风单元进行圆周方向的划分,以k度为间隔进行划分,每个间隔内的后向散射系数为一组;
步骤2-2)对每一组后向散射系数按照入射角进行排序,组成向量;
步骤2-3)入射角按照观测可能的入射角排序,以m度进行划分;方位角间隔内每m度入射角范围的后向散射系数,选取指定n个,组成n维向量;得到设定间隔划分范围内小于等于360/k个的m×n维后向散射系数观测向量。
作为上述方法的一种改进,如果存在不满足条件的后向散射系数,则不使用该范围内的后向散射系数;此时后向散射系数观测向量为360°/k个的p×n维,其中p为不大于m的自然数。
作为上述方法的一种改进,所述步骤2)中的k,m,n,p和q的取值根据所需的运算速度和结果精度进行设定。
本发明的优势在于:
1、本发明的方法有效利用扇形波束旋转扫描散射计提供的信息,克服由于数据量比常规散射计多,无法实现高效的反演的问题,实现海面风场的高效、快速反演;
2、本发明的方法在实现海面风场的反演过程中对误差大的数据进行剔除,风场反演的质量控制。
附图说明
图1为本发明的定量探测海面风场的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示,一种定量探测海面风场的方法,所述方法包括:
步骤1)使用扇形波束旋转扫描散射计获取后向散射系数测量值,并得到观测值在风单元中的分布;
散射计反演风场是以风单元为单位进行。以星载散射计为例,风单元是以卫星运行轨迹投影为中心而划分的一系列规则网格。散射计观测过程中有不同方位向的观测落入风单元中。
步骤2)对落入风单元中的后向散射系数测量值,对每一组后向散射系数按照入射角和方位角分别进行划分和排序,得到后向散射系数观测向量;
对风单元进行圆周方向的划分,以一定度数,例如k度为间隔进行划分。每个间隔内的后向散射系数为一组。对每一组后向散射系数按照入射角进行排序,组成向量。入射角按照观测可能的入射角排序,一定度数进行划分,例如m度。方位角间隔内每m度入射角范围的后向散射系数,选取指定个数n个,组成n维向量。得到设定间隔划分范围内小于等于360/k个的m×n维后向散射系数观测向量。如果不存在满足条件的后向散射系数,则不使用该范围内的后向散射系数。此时向量为360°/k个的p×n维,其中p为不大于m的自然数。可以根据卫星的轨道参数,计算将获得的每个风单元内的这种向量的组合方式。
步骤3)以每设定间隔划分内的n维向量为将要选取的特征,对风单元内的向量进行主分量变换,求取每个向量对应的特征值,按照特征值大小,挑选最大特征值对应的q个后向散射观测向量,使用常规的风场反演方法,反演解算风场。
上述步骤中的字母具体的数值根据所需的运算速度和结果精度进行设定。
本发明的创新点在于:
对散射计数据通过权值进行分析和信息提取、筛选。实现了扇形波束旋转扫描散射计的海面风场快速有效的反演。创新在于对风单元中的观测数据进行向量划分,并使用主分量变换进一步确定所参与反演的观测值。实验表明这样得到的结果对随机误差敏感性也大大低于直接进行反演的普通风场反演方法。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种定量探测海面风场的方法,所述方法包括:
步骤1)使用扇形波束旋转扫描散射计获取后向散射系数测量值,并得到观测值在风单元中的分布;
步骤2)对落入风单元中的后向散射系数测量值,对每一组后向散射系数按照入射角和方位角分别进行划分和排序,得到后向散射系数观测向量;
步骤3)对风单元内的后向散射系数观测向量进行主分量变换,求取每个向量对应的特征值,按照特征值大小,挑选最大特征值对应的q个后向散射观测向量,反演计算风场。
2.根据权利要求1所述的定量探测海面风场的方法,其特征在于,所述步骤2)具体包括:
步骤2-1)对风单元进行圆周方向的划分,以k度为间隔进行划分,每个间隔内的后向散射系数为一组;
步骤2-2)对每一组后向散射系数按照入射角进行排序,组成向量;
步骤2-3)入射角按照观测可能的入射角排序,以m度进行划分;方位角间隔内每m度入射角范围的后向散射系数,选取指定n个,组成n维向量;得到设定间隔划分范围内小于等于360/k个的m×n维后向散射系数观测向量。
3.根据权利要求2所述的定量探测海面风场的方法,其特征在于,如果存在不满足条件的后向散射系数,则不使用该范围内的后向散射系数;此时后向散射系数观测向量为360°/k个的p×n维,其中p为不大于m的自然数。
4.根据权利要求3所述的定量探测海面风场的方法,其特征在于,所述步骤2)中的k,m,n,p和q的取值根据所需的运算速度和结果精度进行设定。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810409828.0A CN108983313B (zh) | 2018-05-02 | 2018-05-02 | 一种定量探测海面风场的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810409828.0A CN108983313B (zh) | 2018-05-02 | 2018-05-02 | 一种定量探测海面风场的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108983313A true CN108983313A (zh) | 2018-12-11 |
CN108983313B CN108983313B (zh) | 2020-10-23 |
Family
ID=64542412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810409828.0A Active CN108983313B (zh) | 2018-05-02 | 2018-05-02 | 一种定量探测海面风场的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108983313B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110764087A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-02-07 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种基于干涉成像高度计的海面风向反加权反演方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101363913A (zh) * | 2008-09-27 | 2009-02-11 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五〇四研究所 | 扇形波束圆锥扫描微波散射计信号处理方法 |
CN101853335A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-10-06 | 国家卫星海洋应用中心 | 一种海面风场反演的点方式反演方法 |
CN103698750A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-04-02 | 国家卫星海洋应用中心 | 海洋二号卫星散射计海面风场反演方法和装置 |
CN104407338A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-11 | 国家卫星海洋应用中心 | 基于海洋二号卫星微波散射计的极地海冰识别方法 |
CN104537719A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-04-22 | 广州中海达卫星导航技术股份有限公司 | SeaWinds散射计星下点风矢量反演的象元筛选、滤波方法和系统 |
CN106021864A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-10-12 | 国家卫星海洋应用中心 | 星载散射计后向散射系数的检验方法和装置 |
US20170153327A1 (en) * | 2014-06-10 | 2017-06-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser radar device |
DE102015122201A1 (de) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Leibniz-Institut Für Atmosphärenphysik E.V. An Der Universität Rostock | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit |
CN107748360A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-03-02 | 浙江海洋大学 | 海表风场反演方法及装置 |
-
2018
- 2018-05-02 CN CN201810409828.0A patent/CN108983313B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101363913A (zh) * | 2008-09-27 | 2009-02-11 | 中国航天科技集团公司第五研究院第五〇四研究所 | 扇形波束圆锥扫描微波散射计信号处理方法 |
CN101853335A (zh) * | 2010-06-01 | 2010-10-06 | 国家卫星海洋应用中心 | 一种海面风场反演的点方式反演方法 |
CN103698750A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-04-02 | 国家卫星海洋应用中心 | 海洋二号卫星散射计海面风场反演方法和装置 |
US20170153327A1 (en) * | 2014-06-10 | 2017-06-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser radar device |
CN104407338A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-11 | 国家卫星海洋应用中心 | 基于海洋二号卫星微波散射计的极地海冰识别方法 |
CN104537719A (zh) * | 2015-01-12 | 2015-04-22 | 广州中海达卫星导航技术股份有限公司 | SeaWinds散射计星下点风矢量反演的象元筛选、滤波方法和系统 |
DE102015122201A1 (de) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | Leibniz-Institut Für Atmosphärenphysik E.V. An Der Universität Rostock | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit |
CN106021864A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-10-12 | 国家卫星海洋应用中心 | 星载散射计后向散射系数的检验方法和装置 |
CN107748360A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-03-02 | 浙江海洋大学 | 海表风场反演方法及装置 |
Non-Patent Citations (7)
Title |
---|
CHUNG-CHI LIN 等: "An analysis of a rotating, range-gated, fanbeam spaceborne scatterometer concept", 《IEEE》 * |
CHUNG-CHI LIN 等: "Wind retrieval capability of rotating range-gated fanbeam spaceborne scatterometer", 《SPIE》 * |
ZHOU XUAN 等: "Estimation of tropical cyclone parameters and wind fields from SAR images", 《SCIENCE CHINA》 * |
李海南: "基于空间分割的电力系统风险评估方法研究及其软件实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 * |
林文明 等: "不同增益天线旋转扫描扇形波束散射计的风场反演仿真", 《电子学报》 * |
邹巨洪 等: "海洋二号卫星微波散射计面元匹配", 《遥感学报》 * |
陈坤堂 等: "微波散射计反演海面风场的神经网络方法研究", 《遥感技术与应用》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110764087A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-02-07 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种基于干涉成像高度计的海面风向反加权反演方法 |
CN110764087B (zh) * | 2019-10-15 | 2021-08-31 | 中国科学院国家空间科学中心 | 一种基于干涉成像高度计的海面风向反加权反演方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108983313B (zh) | 2020-10-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhou et al. | Forecasting different types of convective weather: A deep learning approach | |
Bentamy et al. | Characterization of ASCAT measurements based on buoy and QuikSCAT wind vector observations | |
Schmitt et al. | The dimensional characteristics of ice crystal aggregates from fractal geometry | |
Peters et al. | Mesoscale convective systems and critical clusters | |
Cummings et al. | Ocean data impacts in global HYCOM | |
CN106021864B (zh) | 星载散射计后向散射系数的检验方法和装置 | |
Carvalho et al. | Comparison between CCMP, QuikSCAT and buoy winds along the Iberian Peninsula coast | |
Jiang et al. | What can we conclude about the real aspect ratios of ice particle aggregates from two-dimensional images? | |
Song et al. | Improving multi-model ensemble forecasts of tropical cyclone intensity using Bayesian model averaging | |
Bell et al. | A solo-based automated quality control algorithm for airborne tail Doppler radar data | |
Raupach et al. | Retrieval of the raindrop size distribution from polarimetric radar data using double-moment normalisation | |
Lai et al. | Submesoscale eddies in the Taiwan strait observed by high-frequency radars: Detection algorithms and eddy properties | |
Raupach et al. | Small-scale variability of the raindrop size distribution and its effect on areal rainfall retrieval | |
Anderson et al. | Analysis of ASCAT ocean backscatter measurement noise | |
Zou et al. | A method of radar echo extrapolation based on TREC and Barnes filter | |
Przybylo et al. | The Ice Particle and Aggregate Simulator (IPAS). Part I: Extracting dimensional properties of ice–ice aggregates for microphysical parameterization | |
Portabella et al. | Characterization of residual information for SeaWinds quality control | |
Beaucage et al. | Synthetic aperture radar satellite data for offshore wind assessment: A strategic sampling approach | |
Bell et al. | Objective tropical cyclone center tracking using single-Doppler radar | |
Husnoo et al. | A neural network quality-control scheme for improved quantitative precipitation estimation accuracy on the UK weather radar network | |
Yan et al. | Sea ice concentration estimation from TechDemoSat-1 data using support vector regression | |
CN108983313A (zh) | 一种定量探测海面风场的方法 | |
Starzec et al. | Using radar reflectivity to evaluate the vertical structure of forecast convection | |
CN105046707B (zh) | 基于n阶多项式函数拟合海杂波的SAR图像船只检测方法 | |
Sun et al. | A subjective and objective evaluation of model forecasts of Sumatra squall events |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |