CN110109116A - 一种海洋表面流场值的确定方法、确定装置、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋表面流场值的确定方法、确定装置、设备和介质，包括：接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量；根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值；根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
Description
技术领域
本申请涉及海洋表面流场领域，尤其涉及一种海洋表面流场值的确定方法、确定装置、设备和介质。
背景技术
随着社会的进步，人类的活动的范围越来越大，海洋成为了人类的另一个重要活动领域，为了保证人类的人身安全，需要通过多个海洋动力环境参数来对海洋天气进行预测。海洋动力环境参数包括海洋表面风场和海洋表面流场等。其中，海洋表面流场对海洋中多种物理过程、化学过程、生物过程和地质过程，以及气候和天气的形成及变化，都有影响和制约的作用。在渔民进行捕鱼的过程中，通过观测海洋表面流场，可以知道鱼群在哪，提高鱼的产量，也可以知道潮汐流或大洋环流的区域，提高作业安全。
但是，海洋表面风场与海洋表面流场之间是相互作用的，在计算海洋表面流场的过程中，容易受到海洋表面风场的影响，使得工作人员无法准确的计算出海洋表面流场的值。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供了一种海洋表面流场值的确定方法、确定装置、设备和介质，以解决现有技术中无法准确计算海洋表面流场值的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种海洋表面流场值的确定方法，包括：
接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；
根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值；
根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
可选的，在所述根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值之后，还包括：
步骤1，若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，根据所述第二海洋表面流场值，确定海洋表面流场的平均偏差；
步骤2，通过所述第二海洋表面流场值与所述海洋表面流场的平均偏差的差，确定第三海洋表面流场值；
步骤3，将所述第二海洋表面流场值替换所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值替换所述第二海洋表面流场值；
步骤4，确定当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
步骤5，判断第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值是否小于预设阈值；若是，则确定所述第二海洋表面流场值为所述海洋表面流场值；若否，则重新顺序执行上述所有步骤。
可选的，所述根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值，包括：
使用如下公式，根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
其中，为第i方位角下的观测参数中的角度值，σi为第i方位角下的观测参数中的后向散射系数，fi为第i方位角下的观测参数中的多普勒频移，GMFσ为后向散射系数GMF模型，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，Kpi为第i方位角的后向散射系数测量误差，Vpi为第i方位角的多普勒频移测量误差，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，J(Uwind,φwind)为在海洋表面风场的风速Uwind和海洋表面风场的风向φwind时，计算得到的最大似然估计值。
可选的，所述针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量，包括：
使用如下公式，根据所述第一方位角所对应的观测参数中的多普勒频移量、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第一方位角下的观测参数中的角度值，f1为第一方位角下的观测参数中的多普勒频移量，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
使用如下公式，根据所述第二方位角所对应的观测参数中的多普勒频移量、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第二方位角下的观测参数中的角度值，f2为第二方位角下的观测参数中的多普勒频移量，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量。
可选的，所述根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值，包括：
使用如下公式，根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值：
其中，为第一方位角度值，为第二方位角度值，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，λ为真实孔径雷达的电磁波长，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向。
可选的，所述根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值，包括：
使用如下公式，根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
其中，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向，为第一海洋表面流场值中的流速的系统误差，为第一海洋表面流场值中的流向的系统误差，σx为顺轨向的流速分量标准差理论值，σy为交轨向的流速分量标准差理论值，bx为顺轨向的流速分量平均偏差理论值，by为交轨向的流速分量平均偏差理论值，为第二海洋表面流场值中的流速，为第二海洋表面流场值中的流向。
第二方面，本申请实施例提供了一种海洋表面流场值的确定装置，包括：
接收模块，用于接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；
第一确定模块，用于根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
第一计算模块，用于针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
第二计算模块，用于根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值；
第三计算模块，用于根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
第二确定模块，用于若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
可选的，还包括：去偏差模块；所述去偏差模块用于：
若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，根据所述第二海洋表面流场值，确定海洋表面流场的平均偏差；
通过所述第二海洋表面流场值与所述海洋表面流场的平均偏差的差，确定第三海洋表面流场值；
将所述第二海洋表面流场值替换所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值替换所述第二海洋表面流场值；
确定当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
判断第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值是否小于预设阈值；若是，则确定所述第二海洋表面流场值为所述海洋表面流场值；若否，则重新顺序执行上述所有步骤。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述的方法的步骤。
本申请提供的海洋表面流场值的确定方法，通过接收到的第一方位角下的观测参数和第二观测角下的观测参数，来确定海洋表面风场值，进而，在计算海洋表面流场值的过程中通过海洋表面风场值来去除海洋表面风场的影响，最后通过预设阈值来确定精确的海洋表面风场值。本申请通过计算海洋表面风场值，并在计算海洋表面流场值的过程中减去海洋表面风场值的影响，提高了计算海洋表面流场值的准确度。通过预设阈值来确定海洋表面流场值，提高了计算得到的海洋表面流场值的精准度。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种海洋表面流场值的确定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的真实孔径雷达在不同位置扫描到目标时形成方位角的示意图；
图3为本申请实施例提供的海洋表面风场值的准确度的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种海洋表面流场值的确定装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种计算机设备500的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中，真实孔径雷达设置在卫星上，该卫星的轨道是极地轨道。真实孔径雷达的系统简单，分辨率低，但是对观测海洋表面来说，真实孔径雷达的分辨率已经足够了。真实孔径雷达具有较宽的观测刈幅，可以覆盖较大面积的海洋表面。为了扩大真实孔径雷达的覆盖面积，真实孔径雷达与垂直于地面的方向存在夹角。并且，真实孔径雷达采用笔形波束圆锥扫描体制，在不同方位角下对一个位置观测两次。
如图1所示，本申请实施例提供了一种海洋表面流场值的确定方法，包括：
S101，接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；
S102，根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
S103，针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移；
S104，根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移，计算第一海洋表面流场值；
S105，根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
S106，若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
在上述步骤101中，当真实孔径雷达与目标之间的距离为真实孔径雷达的扫描半径，并且真实孔径雷达扫描到目标时，在真实孔径雷达与目标之间做出虚拟连线，该虚拟连线与真实孔径雷达所在的卫星的航向之间的夹角为第一方位角；卫星携带真实孔径雷达沿着航向移动，当真实孔径雷达与目标之间的距离为真实孔径雷达的扫描半径，并且真实孔径雷达再次扫描到目标时，在真实孔径雷达与目标之间做出虚拟连线，该虚拟连线与真实孔径雷达所在的卫星的航向之间的夹角为第一方位角。其中，第一方位角和第二方位角之间为互补关系。观测参数包括：方位角度、后向散射系数、多普勒频移量。
具体的，设置在卫星上的真实孔径雷达检测第一方位角的观测参数和第二方位角的观测参数，并将检测到的观测参数发送至地面的计算机，计算机根据接收到的观测参数进行海洋表面流场值的计算。
如图2所示，卫星从左向右移动，在位置1处，卫星上的真实孔径雷达第一次观测到目标，此时目标到位置1处的连线与卫星轨道的夹角为第一方位角在卫星沿卫星轨道继续运动，卫星在运动到位置2处，卫星上的真实孔径雷达第二次观测到目标，此时目标到位置1处的连线与卫星轨道的夹角为第一方位角
在上述步骤102中，海洋表面风场值包括海洋表面风场的风速和风向。
具体的，工作人员测试多组海洋表面风场值，对每一组海洋表面风场值进行最大似然估计值计算，得到每一组海洋表面风场值对应的最大似然估计值，遍历所有的最大似然估计值，筛选出值最小的最大似然估计值，该值对应的一组海洋表面风场值为最准确的海洋表面风场值。
在上述步骤103中，海洋表面流场多普勒频移量是表征海洋表面流场的多普勒频移量。
具体的，利用真实孔径雷达观测到的每个方位角的多普勒频移量是综合值，该综合值包括海洋表面风场的多普勒频移量、真实孔径雷达的多普勒频移量和海洋表面流场的多普勒频移量。因此，一个方位角对应的海洋表面流场的多普勒频移量为该方位角对应的多普勒偏移观测量与该方位角对应的海洋表面风场的多普勒频移量、真实孔径雷达的多普勒频移量的差。其中，海洋表面风场的多普勒频移量是根据步骤101中计算得到的海洋表面风场值计算得到的，真实孔径雷达的多普勒频移量是真实孔径雷达本身具有的参数。
在上述步骤104中，根据步骤103计算得到的第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量、第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量、真实孔径雷达的雷达电磁波长，以及每个方位角的方位角度，计算第一海洋表面流场值。通过步骤104计算得到的第一海洋表面流场值是估计值，该估计值与海洋表面流场值的真实值之间存在系统误差，因此，第一海洋表面流场值不能确定为海洋表面流场值。
在上述步骤105中，根据第一海洋表面流场值计算系统误差，其中，系统误差包括海洋表面流场的流速的系统误差和海洋表面流场的流向的系统误差。第一海洋表面流场值与上述系统误差的差为第二海洋表面流场值。
在上述步骤106中，其中，预设阈值是预先设置好的，海洋表面流场值的流速的预设阈值为0.5cm/s等，海洋表面流场值的流向的预设阈值为1°等，上述预设阈值可以根据实际情况而定。
计算第二海洋表面流场值与第一海洋表面流场值的差的绝对值，如果该绝对值小于预设阈值，说明第二海洋表面流场值符合海洋表面流场值的精度要求，则确定第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
通过上述六个步骤，在确定海洋表面流场值的过程中，通过计算出了海洋表面风场值，进而消除了海洋表面风场对海洋表面流场值的影响，并通过两个方位角对应海洋表面流场多普勒频移量计算出第一海洋表面流场值，通过第一海洋表面流场值计算第二海洋表面流场值，并通过预设阈值确定海洋表面流场值，提高了确定海洋表面流场值的精度。
在本申请中，除了上述步骤106中描述的第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值的情况外，还包括第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值的情况。在第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值的情况下，确定海洋表面流场值的方法包括以下步骤：
步骤1，若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，根据所述第二海洋表面流场值，确定海洋表面流场的系统误差；
步骤2，通过所述第二海洋表面流场值与所述海洋表面流场的系统误差的差，确定第三海洋表面流场值；
步骤3，将所述第二海洋表面流场值作为所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值作为所述第二海洋表面流场值；
步骤4，确定当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
步骤5，判断第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值是否小于预设阈值；若是，则确定所述第二海洋表面流场值为所述海洋表面流场值；若否，则重新顺序执行上述所有步骤。
在上述步骤1中，如果第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，说明第二海洋表面流场值与海洋表面流场值的真实值之间存在较大的系统误差，因此，需要计算第二海洋表面流场值对应的系统误差。
通过如下公式，根据第二海洋表面流场值计算第二海洋表面流场值对应的系统误差；
其中，为第二海洋表面流场值中的流速，为第二海洋表面流场值中的流向，为第二海洋表面流场值的流速的系统误差，为第二海洋表面流场值的流向的系统误差，σx为顺轨向的流速分量标准差理论值，σy为交轨向的流速分量标准差理论值，bx为顺轨向的流速分量平均偏差理论值，by为交轨向的流速分量平均偏差理论值。σx，σy和bx，by通过真实孔径雷达系统参数仿真得到。
在上述步骤2中，通过第二海洋表面流场值与第二海洋表面流场值对应的系统误差的差计算第三海洋表面流场值；
使用如下公式，根据第二海洋表面流场值与第二海洋表面流场值对应的系统误差计算第三海洋表面流场值；
其中，为第二海洋表面流场值中的流速，为第二海洋表面流场值中的流向，为第二海洋表面流场值的流速的系统误差，为第二海洋表面流场值的流向的系统误差，为第三海洋表面流场值中的流速，为第三海洋表面流场值中的流向。
在上述步骤3中，重新调整第一海洋表面流场值和第二海洋表面流场值，将所述第二海洋表面流场值作为所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值作为所述第二海洋表面流场值。
在上述步骤4中，使用如下公式，计算当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
其中，为当前第一海洋表面流场值中的流速，为当前第一海洋表面流场值中的流向，为当前第二海洋表面流场值中的流速，为当前第二海洋表面流场值中的流向，U′当前第一海洋表面流场值的流速与当前第二海洋表面流场值的流速的差的绝对值，φ'当前第一海洋表面流场值的流向与当前第二海洋表面流场值的流向的差的绝对值。
在上述步骤5中，判断上述步骤4中计算得到的当前第一海洋表面流场值的流速与当前第二海洋表面流场值的流速的差的绝对值、当前第一海洋表面流场值的流向与当前第二海洋表面流场值的流向的差的绝对值是否小于预设阈值。
在当前第一海洋表面流场值的流速与当前第二海洋表面流场值的流速的差的绝对值、当前第一海洋表面流场值的流向与当前第二海洋表面流场值的流向的差的绝对值大于或等于预设阈值的情况下，重复执行步骤1-5，直至当前第一海洋表面流场值的流速与当前第二海洋表面流场值的流速的差的绝对值、当前第一海洋表面流场值的流向与当前第二海洋表面流场值的流向的差的绝对值小于预设阈值，确定当前的第二海洋表面流场值的流速和流向为海洋表面流场值。
通过上述步骤，可以逐步的消除系统误差带来的影响，使得最终得到的海洋表面流场值是符合精度要求的，保证了海洋表面流场值的精确度。
为了更准确的计算海洋表面流场值，消除海洋表面风场的影响，就需要计算出海洋表面风场值，步骤101，包括：
步骤1011，使用如下公式，根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
其中，为第i方位角下的观测参数中的角度值，σi为第i方位角下的观测参数中的后向散射系数，fi为第i方位角下的观测参数中的多普勒频移，GMFσ为后向散射系数GMF模型，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，Kpi为第i方位角的后向散射系数测量误差，Vpi为第i方位角的多普勒频移测量误差，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，J(Uwind,φwind)为在海洋表面风场的风速Uwind和海洋表面风场的风向φwind时，计算得到的最大似然估计值。
具体的，将真实孔径雷达观测的观测参数输入到上述公式中对应的参数中，将多组海洋表面风场值分别输入到上述公式中，得到每组海洋表面风场值对应的最大似然估计值。如图3所示，每组海洋表面风场值都有该海洋表面风场值对应的最大似然估计值。遍历所有的最大似然估计值，筛选出值最小的最大似然估计值，该最大似然估计值对应的海洋表面风场值为最准确的海洋表面风场值，在图3中，最大似然估计值最小时，对应的风速和风向是最准确的海洋表面风场值。
通过上述步骤，在计算各海洋表面风场值对应的最大似然估计值后，根据最大似然估计值来确定最准确的海洋表面风场值。
在计算海洋表面流场值时，需要用到海洋表面流场值对应的海洋表面流场多普勒频移量，但是，通过真实孔径雷达检测到的多普勒频移量是一个综合值，需要去除海面风场的多普勒频移量、真实孔径雷达的多普勒频移量，才能得到海洋表面流场多普勒频移量。步骤103，计算海洋表面流场多普勒频移量的方法包括：
步骤1031，使用如下公式，根据所述第一方位角所对应的观测参数中的多普勒频移量、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第一方位角下的观测参数中的角度值，f1为第一方位角下的观测参数中的多普勒频移量，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
步骤1032，使用如下公式，根据所述第二方位角所对应的观测参数中的多普勒频移量、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第二方位角下的观测参数中的角度值，f2为第二方位角下的观测参数中的多普勒频移，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒分量，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量。
在上述步骤1031中，第一方位角对应的海洋表面流场多普勒频移量为真实孔径雷达在第一方位角观测到的多普勒频移量与真实孔径雷达的多普勒频移量、该方位角对应的海洋表面风场值对应的多普勒频移量的差。
其中，海洋表面风场值对应的多普勒频移量是通过风浪多普勒频移GMF模型计算得到的。
在上述步骤1032中，第二方位角对应的海洋表面流场多普勒频移量为真实孔径雷达在第二方位角观测到的多普勒频移量与真实孔径雷达的多普勒频移量、该方位角对应的海洋表面风场值对应的多普勒频移量的差。
其中，海洋表面风场值对应的多普勒频移量是通过风浪多普勒频移GMF模型计算得到的。
通过上述两个步骤，可以计算得到两个方位角分别对应的海洋表面流场多普勒偏移量，并且得到的上述海洋表面流场多普勒偏移量消除了海洋表面风场的影响和真实孔径雷达平台的影响，使得通过海洋表面流场多普勒偏移量计算海洋表面流场值时，计算结果更准确。
经过以上步骤计算得到海洋表面流场多普勒偏移量后，就可以根据该海洋表面流场多普勒偏移量计算第一海洋表面流场值，步骤104，包括：
步骤1041，使用如下公式，根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移，计算第一海洋表面流场值：
其中，为第一方位角度值，为第二方位角度值，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，λ为真实孔径雷达的电磁波长，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向。
具体的，将步骤1031计算得到的第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量和步骤1032计算得到的第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量输入到上述公式中，可以分别得到第一海洋表面流场值的流速和流向。
因为系统误差的影响，通过步骤104的计算得到的第一海洋表面流场值是有偏估计值，没有达到工作人员所需要的海洋表面流场值的精度，因此，需要在第一海洋表面流场值的基础上减去系统误差的影响。步骤105，包括：
使用如下公式，根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
其中，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向，为第一海洋表面流场值的流速的系统误差，为第一海洋表面流场值的流向的系统误差，σx为顺轨向的流速分量标准差理论值，σy为交轨向的流速分量标准差理论值，bx为顺轨向的流速分量平均偏差理论值，by为交轨向的流速分量平均偏差理论值，为第二海洋表面流场值中的流速，为第二海洋表面流场值中的流向。
通过公式1和公式2分别计算第一海洋表面流场值对应的流速的系统误差和第一海洋表面流场值对应的流向的系统误差，如公式3所示，第一海洋表面流场值对应的流速与第一海洋表面流场值对应的流速的系统误差的差值为第二海洋表面流场值的流速，如公式4所示，第一海洋表面流场值对应的流向与第一海洋表面流场值对应的流向的系统误差的差值为第二海洋表面流场值的流向，第二海洋表面流场值的流速和第二海洋表面流场值的流向组成第二海洋表面流场值。
通过上述步骤，可以消除第一海洋表面流场值对应的系统误差，使得得到的海洋表面流场值更准确。
通过以上步骤计算得到的海洋表面流场值可用于全球气候变化研究和海洋环境预报，还可以是对保障海上航行和海上工程安全时的参考条件。
本申请中，卫星上的真实孔径雷达设置有一个天线，通过上述方法就可以计算得到海洋表面流场值。但是，在真实孔径雷达上设置两个天线，得到四个方位角的观测参数，通过上述方法也可以计算得到海洋表面流场值。
如图4所示，本申请提供了一种海洋表面流场值的确定装置，包括：
接收模块401，用于接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；
第一确定模块402，用于根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
第一计算模块403，用于针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
第二计算模块404，用于根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值；
第三计算模块405，用于根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
第二确定模块406，用于若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
所述海洋表面流场值的确定装置还包括：去偏差模块407；所述去偏差模块407用于：
若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，根据所述第二海洋表面流场值，确定海洋表面流场的平均偏差；
通过所述第二海洋表面流场值与所述海洋表面流场的平均偏差的差，确定第三海洋表面流场值；
将所述第二海洋表面流场值替换所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值替换所述第二海洋表面流场值；
确定当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
判断第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值是否小于预设阈值；若是，则确定所述第二海洋表面流场值为所述海洋表面流场值；若否，则重新顺序执行上述所有步骤。
所述第一确定模块402具体用于：
使用如下公式，根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
其中，为第i方位角下的观测参数中的角度值，σi为第i方位角下的观测参数中的后向散射系数，fi为第i方位角下的观测参数中的多普勒频移量，GMFσ为后向散射系数GMF模型，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，Kpi为第i方位角的后向散射系数测量误差，Vpi为第i方位角的多普勒频移测量误差，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，J(Uwind,φwind)为在海洋表面风场的风速Uwind和海洋表面风场的风向φwind时，计算得到的最大似然估计值。
所述第一计算模块403具体用于：
使用如下公式，根据所述第一方位角所对应的观测参数中的多普勒频移、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第一方位角下的观测参数中的角度值，f1为第一方位角下的观测参数中的多普勒频移量，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
使用如下公式，根据所述第二方位角所对应的观测参数中的多普勒频移量、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第二方位角下的观测参数中的角度值，f2为第二方位角下的观测参数中的多普勒频移，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量。
所述第二计算模块404具体用于：
使用如下公式，根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值：
其中，为第一方位角度值，为第二方位角度值，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移，λ为真实孔径雷达的电磁波长，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向。
所述第三计算模块405具体用于：
使用如下公式，根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
其中，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向，为海洋表面流速的平均偏差，为海洋表面流向的平均偏差，σx为顺轨向的流速分量标准差理论值，σy为交轨向的流速分量标准差理论值，bx为顺轨向的流速分量平均偏差理论值，by为交轨向的流速分量平均偏差理论值，为第二海洋表面流场值中的流速，为第二海洋表面流场值中的流向。
对应于图1中的海洋表面流场值的确定方法，本申请实施例还提供了一种计算机设备500，如图5所示，该设备包括存储器501、处理器502及存储在该存储器501上并可在该处理器502上运行的计算机程序，其中，上述处理器502执行上述计算机程序时实现上述海洋表面流场值的确定方法的步骤。
具体地，上述存储器501和处理器502能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器502运行存储器501存储的计算机程序时，能够执行上述海洋表面流场值的确定方法，用于解决现有技术中无法准确计算海洋表面流场值的问题，通过接收到的第一方位角下的观测参数和第二观测角下的观测参数，来确定海洋表面风场值，进而，在计算海洋表面流场值的过程中通过海洋表面风场值来去除海洋表面风场的影响，最后通过预设阈值来确定精确的海洋表面风场值。本申请通过计算海洋表面风场值，并在计算海洋表面流场值的过程中减去海洋表面风场值的影响，提高了计算海洋表面流场值的准确度。通过预设阈值来确定海洋表面流场值，提高了计算得到的海洋表面流场值的精准度。
对应于图1中的海洋表面流场值的确定方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述海洋表面流场值的确定方法的步骤。
具体地，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述海洋表面流场值的确定方法，用于解决现有技术中无法准确计算海洋表面流场值的问题，通过接收到的第一方位角下的观测参数和第二观测角下的观测参数，来确定海洋表面风场值，进而，在计算海洋表面流场值的过程中通过海洋表面风场值来去除海洋表面风场的影响，最后通过预设阈值来确定精确的海洋表面风场值。本申请通过计算海洋表面风场值，并在计算海洋表面流场值的过程中减去海洋表面风场值的影响，提高了计算海洋表面流场值的准确度。通过预设阈值来确定海洋表面流场值，提高了计算得到的海洋表面流场值的精准度。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种海洋表面流场值的确定方法，其特征在于，包括：
接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；
根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值；
根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，在所述根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值之后，还包括：
步骤1，若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，根据所述第二海洋表面流场值，确定海洋表面流场的系统误差；
步骤2，通过所述第二海洋表面流场值与所述海洋表面流场的系统误差的差，确定第三海洋表面流场值；
步骤3，将所述第二海洋表面流场值作为所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值作为所述第二海洋表面流场值；
步骤4，确定当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
步骤5，判断第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值是否小于预设阈值；若是，则确定所述第二海洋表面流场值为所述海洋表面流场值；若否，则重新执行步骤1-5。
3.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值，包括：
使用如下公式，根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
其中，为第i方位角下的观测参数中的角度值，σi为第i方位角下的观测参数中的后向散射系数，fi为第i方位角下的观测参数中的多普勒频移量，GMFσ为后向散射系数GMF模型，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，Kpi为第i方位角的后向散射系数测量误差，Vpi为第i方位角的多普勒频移测量误差，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，J(Uwind,φwind)为在海洋表面风场的风速Uwind和海洋表面风场的风向φwind时，计算得到的最大似然估计值。
4.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量，包括：
使用如下公式，根据所述第一方位角所对应的观测参数中的多普勒频移、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第一方位角下的观测参数中的角度值，f1为第一方位角下的观测参数中的多普勒频移量，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
使用如下公式，根据所述第二方位角所对应的观测参数中的多普勒频移量、所述真实孔径雷达的多普勒频移量，以及所述海洋表面风场值对应的多普勒频移量，计算所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
其中，为第二方位角下的观测参数中的角度值，f2为第二方位角下的观测参数中的多普勒频移，Uwind为海洋表面风场的风速，φwind为海洋表面风场的风向，GMFf为风浪多普勒频移GMF模型，fplatform为真实孔径雷达多普勒频移量，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量。
5.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值，包括：
使用如下公式，根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值：
其中，为第一方位角度值，为第二方位角度值，fresidue1为第一方位角的海洋表面流场多普勒频移，fresidue2为第二方位角的海洋表面流场多普勒频移，λ为真实孔径雷达的电磁波长，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向。
6.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值，包括：
使用如下公式，根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
其中，为第一海洋表面流场值中的流速，为第一海洋表面流场值中的流向，为第一海洋表面流场值中的流速的系统误差，为第一海洋表面流场值中的流向的系统误差，σx为顺轨向的流速分量标准差理论值，σy为交轨向的流速分量标准差理论值，bx为顺轨向的流速分量平均偏差理论值，by为交轨向的流速分量平均偏差理论值，为第二海洋表面流场值中的流速，为第二海洋表面流场值中的流向。
7.一种海洋表面流场值的确定装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收真实孔径雷达对海面进行观测所得到的第一方位角下的观测参数和第二方位角下的观测参数；
第一确定模块，用于根据所述第一方位角下的观测参数和所述第二方位角下的观测参数，确定海洋表面风场值；
第一计算模块，用于针对每一个方位角，根据该方位角所对应的观测参数，计算该方位角的海洋表面流场多普勒频移量；
第二计算模块，用于根据所述第一方位角和所述第二方位角的海洋表面流场多普勒频移量，计算第一海洋表面流场值；
第三计算模块，用于根据所述第一海洋表面流场值，计算第二海洋表面流场值；
第二确定模块，用于若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值小于预设阈值，则确定所述第二海洋表面流场值为海洋表面流场值。
8.如权利要求7所述的确定装置，其特征在于，还包括：去偏差模块；所述去偏差模块用于：
若所述第一海洋表面流场值与所述第二海洋表面流场值的差的绝对值大于或等于预设阈值，根据所述第二海洋表面流场值，确定海洋表面流场的平均偏差；
通过所述第二海洋表面流场值与所述海洋表面流场的平均偏差的差，确定第三海洋表面流场值；
将所述第二海洋表面流场值替换所述第一海洋表面流场值、将所述第三海洋表面流场值替换所述第二海洋表面流场值；
确定当前第一海洋表面流场值与当前第二海洋表面流场值的差的绝对值；
判断第一海洋表面流场值与第二海洋表面流场值的差的绝对值是否小于预设阈值；若是，则确定所述第二海洋表面流场值为所述海洋表面流场值；若否，则重新顺序执行上述所有步骤。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1-6中任一项所述的方法的步骤。
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| CN110554377A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-12-10 | 中国科学院电子学研究所 | 基于多普勒中心偏移的单通道sar二维流场反演方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110109116B (zh) | 2021-03-30 |
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