CN111736148B - 卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置，涉及海洋探测领域。该方法包括：获取卫星雷达高度计数据；卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差；利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；其中，雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的。本申请实施例的有益效果包括：能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度，从而有效提升卫星雷达高度计数据的应用价值。

Description

卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置
技术领域
本发明涉及海洋探测领域，具体而言，涉及一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置。
背景技术
海浪是海洋表面最为常见与重要的自然现象，也是影响海上船舶航行、海洋渔业等相关海上活动安全的最为重要的因素之一。因此，对海浪情况进行准确的观测(即，海浪观测)对于参与海上活动的人员生命安全及海洋经济发展均具有非常重要的意义。同时，海浪通过海气相互作用对大气状态也将产生不可忽略的影响，进而影响天气和全球气候。因此，无论对于海洋、大气等学术研究还是人类涉海活动来说，精确的海浪观测都是极为重要的。
浮标海浪观测是目前最为传统，也是被认为最为准确的海浪观测方法。但是受限于浮标的布设和维护成本，以及浮标本身是点观测的方式，使得若通过大量布设浮标来进行全球海洋的海浪观测是不现实的。因此，人们通过多年的研究发展，开展了许多基于卫星为平台的海浪遥感观测项目。该技术已经成为海浪观测中极为重要的组成部分之一。而通过卫星雷达高度计获取海浪有效波高又是卫星海浪遥感观测中最为主要的组成部分。
但是，目前通过卫星雷达高度计所获取的海浪有效波高，与传统的海浪观测方法(浮标海浪观测)所获取的海浪有效波高相比，仍存在一定的误差，将对其数据的应用带来不良影响。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置，其能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度，从而有效提高数据应用效果。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法，包括：
获取卫星雷达高度计数据；所述卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差；
利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对所述卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；
其中，所述雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的。
在可选的实施方式中，所述历史海浪有效波高、所述历史后向散射系数、所述历史后向散射系数标准差和所述历史浮标观测海浪有效波高是按照以下方式得到的：
获取卫星雷达高度计数据集；
获取浮标观测海浪有效波高数据集；
在所述卫星雷达高度计数据集和所述浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对；每个所述数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，所述历史卫星雷达高度计数据包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差。
在可选的实施方式中，在所述卫星雷达高度计数据集和所述浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对的步骤，还包括：
获取所述多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量；
根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数，使得任意两个所述有效波高范围内的数据对个数之间的差值小于预设值。
在可选的实施方式中，所述获取卫星雷达高度计数据集的步骤包括：
获取多个卫星雷达高度计数据；
在所述多个卫星雷达高度计数据中，将位置位于海洋且信噪比大于预设值的卫星雷达高度计数据加入至所述卫星雷达高度计数据集。
在可选的实施方式中，所述雷达高度计数据订正模型的训练过程包括：
将所述历史卫星雷达高度计数据作为训练样本、将所述历史浮标观测海浪有效波高作为标签，并采用预设的损失函数对预先建立的全连接深度神经网络进行训练，得到训练后的所述全连接深度神经网络；
将训练后的所述全连接深度神经网络作为所述雷达高度计数据订正模型。
第二方面，本发明实施例提供一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置，包括：
数据获取模块，用于获取卫星雷达高度计数据；所述卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差；
订正模块，用于利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对所述卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；
其中，所述雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的。
在可选的实施方式中，所述历史海浪有效波高、所述历史后向散射系数、所述历史后向散射系数标准差和所述历史浮标观测海浪有效波高是按照以下方式得到的：
所述数据获取模块，用于获取卫星雷达高度计数据集；
所述数据获取模块，还用于获取浮标观测海浪有效波高数据集；
所述数据获取模块，还用于在所述卫星雷达高度计数据集和所述浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对；每个所述数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，所述历史卫星雷达高度计数据包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差。
在可选的实施方式中，所述数据获取模块包括获取单元和数据预处理单元；
所述获取单元，用于获取所述多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量；
所述数据预处理单元，用于根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数，使得任意两个所述有效波高范围内的数据对个数之间的差值小于预设值。
在可选的实施方式中，所述数据获取模块，用于获取多个卫星雷达高度计数据；
所述数据获取模块，还用于在所述多个卫星雷达高度计数据中，将位置位于海洋且信噪比大于预设值的卫星雷达高度计数据加入至所述卫星雷达高度计数据集。
在可选的实施方式中，所述装置还包括雷达高度计数据订正模型训练模块；
所述雷达高度计数据订正模型训练模块，用于将所述历史卫星雷达高度计数据作为训练样本、将所述历史浮标观测海浪有效波高作为标签，并采用预设的损失函数对预先建立的全连接深度神经网络进行训练，得到训练后的所述全连接深度神经网络；
所述雷达高度计数据订正模型训练模块，还用于将训练后的所述全连接深度神经网络作为所述雷达高度计数据订正模型。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述实施方式中任一项所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现前述实施方式中任一项所述的方法。
在本申请实施例中，由于雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的，因此，该雷达高度计数据订正模型能够将输入的卫星雷达高度计数据订正为精度更高的数据。故，本申请实施例的有益效果包括：能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度，从而有效提升卫星雷达高度计数据的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本申请实施例所提供的历史数据的获取方式的流程图；
图2为本申请实施例所提供的图1所示历史数据的获取方式中S20的流程图；
图3为本申请实施例所提供的历史数据的获取方式的另一种流程图；
图4为本申请实施例所提供的雷达高度计数据订正模型的训练过程的流程图；
图5为本申请实施例所提供的全连接深度神经网络的模型结构示意图；
图6为本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法的一种流程图；
图7为本申请实施例所提供的本申请方法对于HY2B雷达高度计海浪有效波高进行订正前后的精度对比结果图；
图8为本申请实施例所提供的电子设备的一种结构框图；
图9为本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置的一种功能模块图；
图10为本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置的另一种功能模块图；
图11为本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置的又一种功能模块图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
在本申请实施例的实现过程中，本申请的发明人发现：
浮标海浪观测是海浪观测方法中最传统也是最准确的。但受限于其布设范围，浮标海浪观测难以满足对于观测空间覆盖率的需求。目前，基于卫星为平台的海浪遥感观测已经成为海浪观测中极为重要的组成部分之一。其中，通过卫星雷达高度计获取海浪有效波高又是卫星海浪遥感观测中最为主要的组成部分。卫星雷达高度计能够提供卫星星下点轨迹上的海浪有效波高。通过卫星雷达高度计的海浪遥感能够提供全球覆盖、全天候的海浪有效波高数据集，为海浪数值预报、物理海洋学以及气象气候学的研究提供重要的观测基础。
虽然卫星雷达高度计仅能够提供海浪有效波高这一描述海浪状态的统计量，但随着目前卫星雷达高度计的海浪有效波高反演技术的成熟，目前通过搭载雷达高度计的卫星进行海浪遥感观测已经具有一定的规模，成为海浪卫星遥感最为主要的手段，而雷达高度计海浪有效波高观测也通过数据同化技术，能够有效的提高海浪数值预报的精度。
而在精度方面，虽然卫星雷达高度计能够提供全球覆盖的海浪有效波高数据，但其数据的精度与浮标海浪观测数据的精度相比，仍存在一定的误差。若将其应用于海浪预警业务或其他海洋学研究中，则仍会导致结果出现偏差。而且，不同卫星的雷达高度计所观测的海浪有效波高的精度并不相同，即使同一雷达高度计在不同的海浪条件下，其海浪有效波高的反演精度也存在变化。换句话说，对于上述卫星雷达高度计所观测的有效波高，其在精度上的问题和特点将会对海浪数值预报精度以及其他科研或业务应用造成负面影响。
并且，由于卫星雷达高度计的精度特性各不相同，且在不同波浪等级下其精度也存在变化，因此对卫星雷达高度计观测的海浪有效波高数据进行订正是较为困难的。目前尚缺乏一种能够对卫星雷达高度计观测的海浪有效波高进行综合的、自适应的订正方法。同时由于应用卫星雷达高度计的卫星较多，其海浪遥感数据的应用已非常广泛，因此目前对于一种有效的订正算法的需求也将更加迫切。
换句话说，目前亟需一种方法，能够在使用卫星雷达高度计观测的海浪有效波高数据进行相关研究或数值预报同化之前，可以通过对卫星雷达高度计观测的海浪有效波高数据进行订正，以最大程度的降低其观测误差所导致的在后续应用中造成的错误以及损失。
为了改善上述现有技术中的种种缺陷，本申请实施例提出了一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置，其能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度。需要说明的是，基于上述现有技术中的种种缺陷，本申请实施例发明人的思路包括但不限于：
以历史浮标观测海浪有效波高为真值，使用对应的卫星雷达高度计-浮标观测数据集对深度神经网络进行训练，得到雷达高度计数据订正模型。将待订正的卫星雷达高度计数据进行质量控制后输入该雷达高度计数据订正模型，获得订正后的海浪有效波高，从而完成卫星雷达高度计数据的订正过程，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度。
其中，卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差。后向散射系数又称为sigma0，后向散射系数标准差又称为sigma0 STD。
需要说明的是，以上现有技术中的技术方案所存在的种种缺陷，均是发明人经过仔细的实践研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在实现本申请过程中对本申请做出的贡献。
在介绍本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法的可能实施方式之前，为了使得该卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法更加清楚，首先，本申请实施例提出了如何获取“历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高”(即，历史数据)的可行实施方式。下面将结合附图1-图3对该可行实施方式做解释说明。其中，需要说明的是，上述历史数据中的历史海浪有效波高可以指的是多个历史海浪有效波高组成的数据集；历史后向散射系数可以指的是多个历史后向散射系数组成的数据集；历史后向散射系数标准差可以指的是多个历史后向散射系数标准差组成的数据集；历史浮标观测海浪有效波高可以指的是多个历史浮标观测海浪有效波高组成的数据集。
请参照图1，为本申请实施例所提供的历史数据的获取方式的流程图，该历史数据的获取方式可以包括如下步骤：
S20，获取卫星雷达高度计数据集。
在本申请实施例中，所获取的卫星雷达高度计数据集可以包括多个历史卫星雷达高度计数据。每个历史卫星雷达高度计数据均包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差。
S21，获取浮标观测海浪有效波高数据集。
在本申请实施例中，所获取的浮标观测海浪有效波高数据集可以包括多个历史浮标观测海浪有效波高。
需要补充的是，在本申请实施例中，上述的卫星雷达高度计数据集可以是来自于海洋二号B卫星(HY2B，Hai Yang 2B)2019年的所观测的雷达高度计海浪有效波高数据。其中，HY2B卫星于2018年10月发射，是我国最新的也是目前在业务运行的海洋动力环境海洋卫星，搭载雷达高度计和微波散射计，能够提供海浪有效波高、海面风场等要素的观测。
上述的浮标观测海浪有效波高数据集可以是来自于美国国家浮标数据中心(NDBC，National Data Buoy Center)2019年浮标观测的海浪有效波高。当然，对于本申请所提供方法中的卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集，本申请对其来源并不作限定。
S22，在卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对；
其中，每个数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，历史卫星雷达高度计数据包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差。
可以理解的是，在获取到上述的两个数据集(卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集)之后，这两个数据集中的数据可能在时间和空间上并不是一一匹配的。这无法用于对雷达高度计数据订正模型进行正确有效的训练。
而为了实现对雷达高度计数据订正模型进行正确有效的训练，使得卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集中的数据在时间和空间上一一匹配，可以对这两个数据集中的数据在时间和空间上进行匹配，进而获取到多个数据对。
下面为本申请实施例所提供的一种在时间和空间上进行数据匹配的可能实施方式，该方式可以包括如下过程：
一，获取与上述的每个历史卫星雷达高度计数据对应的第一观测时间和第一经纬度；以及获取与上述的每个历史浮标观测海浪有效波高对应的第二观测时间和第二经纬度。其中，第一观测时间可以包括：历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差的观测时间；第二观测时间可以包括：历史浮标观测海浪有效波高的观测时间。
二，根据第一观测时间、第一经纬度、第二观测时间和第二经纬度，在卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集中，选出在时间与空间上相匹配的n个历史卫星雷达高度计数据和n个历史浮标观测海浪有效波高，进而得到n个数据对，每个数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高。
其中，对于如何“在时间与空间上相匹配的n个历史卫星雷达高度计数据和n个历史浮标观测海浪有效波高”，其可能的实施方式包括：遍历判断卫星雷达高度计数据集中的每个数据与浮标观测海浪有效波高数据集中的每个数据是否在时间与空间上相匹配，获取所有相匹配的数据，得到在时间与空间上相匹配的n个历史卫星雷达高度计数据和n个历史浮标观测海浪有效波高。
例如，在判断卫星雷达高度计数据集中的任一个历史卫星雷达高度计数据和浮标观测海浪有效波高数据集中的任一个历史浮标观测海浪有效波高是否在时间与空间上相匹配时，可以按以下“时间与空间匹配规则”进行判断：
对于在空间上的匹配，可以分别获取历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高对应的第一经纬度和第二经纬度，计算第一经纬度和第二经纬度之间的直线距离；若直线距离小于50km，则认为这两者在空间上匹配成功。对于在时间上的匹配，可以分别获取历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高对应的第一观测时间和第二观测时间，计算这两个观测时间的差值；若差值在1小时之内(无论正负)，则认为这两者在在时间上匹配成功。若历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高在时间和空间上均匹配成功，则认为该历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高在时间与空间上相匹配。
最后，在卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集中，根据上述“时间与空间匹配规则”，分别在这两个数据集中选出所有在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，即可实现上述的S22。
需要补充的是，在执行S22之后，可以得到多个数据对。而由于每个数据均对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高。也即是说，执行S22之后相当于可以得到多个历史卫星雷达高度计数据和多个历史浮标观测海浪有效波高，每个历史卫星雷达高度计数据包括有历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差。进而，可以得到多个历史海浪有效波高、多个历史后向散射系数和多个历史后向散射系数标准差以及多个历史浮标观测海浪有效波高。
进而，将这多个历史海浪有效波高组成的数据集作为上述的历史海浪有效波高；将这多个历史后向散射系数组成的数据集作为上述的历史后向散射系数；将这多个历史后向散射系数标准差组成的数据集作为上述的历史后向散射系数标准差；将这多个历史浮标观测海浪有效波高组成的数据集作为上述的历史浮标观测海浪有效波高，即可获取到“历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高”。
进一步的，在一些可能的实施方式中，对于如何“获取卫星雷达高度计数据集”，在图1的基础上，请参照图2，S20可以包括如下步骤：
S20A，获取多个卫星雷达高度计数据。
例如，获取HY2B于2019年的所观测的多个卫星雷达高度计数据。
S20B，在多个卫星雷达高度计数据中，将位置位于海洋且信噪比大于预设值的卫星雷达高度计数据加入至卫星雷达高度计数据集。
在一些可能的应用场景中，上述S20A获取的多个卫星雷达高度计数据可能存在质量缺陷，因此，在获取到多个卫星雷达高度计数据后，当其中的卫星雷达高度计数据存在质量缺陷时，可以对其进行质量控制。
例如，根据卫星雷达高度计数据对应的经纬度，对于S20A中获取到的多个卫星雷达高度计数据，将其中信噪比大于预设值、位于海洋上且距离陆地的距离大于或等于80km的数据加入至卫星雷达高度计数据集中，即可完成去除存在质量缺陷的数据，得到没有质量缺陷数据的卫星雷达高度计数据集。
此外，以卫星雷达高度计数据集来自于HY2B所观测的雷达高度计海浪有效波高数据为例，其获取的卫星雷达高度计数据集中每个数据可以对应表示质量缺陷的质量标识或表示质量正常的质量标识，因此，对卫星雷达高度计数据进行质量控制的过程也可以是：将卫星雷达高度计数据集中对应质量缺陷的质量标识的数据剔除即可。
进一步的，由于在一些可能的情况下，上述方法中所获取的“多个数据对”在多个有效波高范围内的数据量可能不均匀，这会对雷达高度计数据订正模型的训练造成影响。因此，为了使得多个数据对在多个有效波高范围内的数据量均匀，在S22之后，请参照图3，本申请实施例还可以通过以下步骤解决上述问题。
S23，获取多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量。
例如，假设预设的多个有效波高范围共计5组，分别为：(0，1m)，[1，1.5m)，[1.5，2m)，[2，4m)，[4m，+∞)。并且，假设多个数据对在(0，1m)内的数据量为99，在[1，1.5m)内的数据量为206，在[1.5，2m)内的数据量为141，在[2，4m)内的数据量为151，在[4m，+∞)内的数据量为8。则可以获取到多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量为：“99，206，141，151，8”。
其中，可以理解的是，由于每个数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，因此，多个数据对在某一个有效波高范围内的分布数据量实际上相当于多个数据对中的多个历史卫星雷达高度计数据或多个历史浮标观测海浪有效波高在该有效波高范围内的分布数据量。
例如，假设多个数据对中的多个历史卫星雷达高度计数据在(0，1m)内有99个，则可以确定多个数据对在(0，1m)内的数据量为99；假设多个数据对中的多个历史浮标观测海浪有效波高在(0，1m)内有80个，则可以确定多个数据对在(0，1m)内的数据量为88。
显然，由于相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高在有效波高的数值上可能是不一致的，因此，多个数据对中的多个历史卫星雷达高度计数据与多个历史浮标观测海浪有效波高在相同的有效波高范围内的数据量可能是不一致的。
进而为了正确地使得多个数据对在多个有效波高范围内的数据量均匀，在执行S23时，可以：对于多个数据对，将其中的多个历史浮标有效波高数据在预设的多个有效波高范围内的数据量，作为多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量；
S24，根据分布数据量调整每个有效波高范围内的数据对个数，使得任意两个有效波高范围内的数据对个数之间的差值小于预设值。
继续以S23中的假设为例，对于分布数据量：“99，206，141，151，8”，取其中最大值206，分别除以分布数据量中的每个数据量并在四舍五入后取整数，可以得到“2，1，2，2，26”。然后，可以将“2，1，2，2，26”作为上述5组有效波高范围的重复次数；按照该重复次数，将每个有效波高范围内的数据对复制相应的次数后，可以得到复制之后，上述的分布数据量变为“198，206，282，302，208”，进而使得多个数据对在多个有效波高范围内的数据量均匀。
还应理解，通过执行上述S23-S24，即可使得高度计-浮标数据集在多个有效波高范围内的数据量均匀，避免对雷达高度计数据订正模型的训练造成影响。
在获取到上述的“历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高”后，本申请实施例还提供了如何训练雷达高度计数据订正模型的可行过程。下面将结合附图4、图5对该可行过程做解释说明。
请参照图4，为本申请实施例所提供的雷达高度计数据订正模型的训练过程的流程图，该雷达高度计数据订正模型的训练过程可以包括如下步骤：
S30，将历史卫星雷达高度计数据作为训练样本、将历史浮标观测海浪有效波高作为标签，并采用预设的损失函数对预先建立的全连接深度神经网络进行训练，得到训练后的全连接深度神经网络。
在一些可能的实施例中，请参照图5，首先可以获取预先建立的全连接深度神经网络；然后将前述实施例中获取到的多个历史海浪有效波高、多个历史后向散射系数以及多个历史后向散射系数标准差作为该全连接深度神经网络的模型输入，将前述实施例中获取到的多个历史浮标观测海浪有效波高作为该全连接深度神经网络的模型输出；采用平均绝对误差(MAE)作为该全连接深度神经网络的损失函数，对该全连接深度神经网络进行训练，即可得到训练后的全连接深度神经网络。
其中，模型优化方法为自适应矩估计(Adam)。
S31，将训练后的全连接深度神经网络作为雷达高度计数据订正模型。
在将雷达高度计数据订正模型训练好后，下面将结合附图6、图7对本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法的可能实施方式的作阐述。
请参照图6，为本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法的一种流程图。该卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法可以应用于卫星、服务器、计算机等电子设备中，该卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法可以包括如下步骤：
S40，获取卫星雷达高度计数据；卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差。
例如，可以通过HY2B实时获取卫星雷达高度计数据。需要说明的是，在本申请所提供的方法中对于卫星雷达高度计数据的种类与来源并不作限定。
S41，利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；
其中，雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的。
可以理解的是，利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高，对雷达高度计数据订正模型进行训练的过程可以参照上述S30、S31，在此不再赘述。
应理解，在本申请实施例中，由于雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的，因此，该雷达高度计数据订正模型能够将输入的卫星雷达高度计数据订正为精度更高的数据。故，本申请实施例的有益效果包括：能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计海浪有效波高的精度，从而有效提升卫星雷达高度计数据的应用价值。
根据上述方法实施例，发明人还分别通过HY2B、NDBC获取历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高，并对雷达高度计数据订正模型进行训练，以及将训练好的雷达高度计数据订正模型用于对HY2B所获取的未订正的卫星雷达高度计数据进行订正，得到该卫星雷达高度计数据中订正后的海浪有效波高(即相应的实验数据)。下面，将结合该实验数据对上述方法实施例的有益效果作进一步解释。
具体的，发明人通过HY2B、NDBC获取数据的时间为2019年4月1日至2019年12月31日；其中随机选取85％的数据作为训练数据(训练集占75％，验证集占10％，随机抽取)，15％的数据作为独立检验数据，下面给出的涉及精度评估与改善的结论，均是基于这15％的独立检验数据得到的。
在独立检验数据上得到的订正前后的具体的精度评估如表1所示。从整体上可以看到，本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法显著地改善了HY2B雷达高度计有效波高的系统偏差，误差减少比例高达95.4％；对于平均绝对误差和均方根也有明显改善，改善比例分别达到31.9％和26.4％。
表1.测试集上订正前后卫星高度计有效波高精度及改善程度
Figure BDA0002558699150000161
进一步的，请参照图7，图7给出了本申请实施例的订正效果的进一步说明。其中图7中的子图a、子图b为HY2B高度计在应用本申请提供的订正方法前后，系统偏差和均方根误差(RMSE)在不同大小的有效波高区段上的变化情况。图7中的子图c、子图d为HY2B高度计有效波高在应用本申请提供的订正方法前后，系统偏差和均方根误差(RMSE)在不同大小的有效波高区段上的改善百分比。
可以看到，无论是对于系统偏差还均方根误差，本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法均有效地减少了原高度计有效波高的误差。对于系统偏差而言，本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法去除了大部分的负系统偏差，尤其是在有效波高1-3m以及4m以上的区间内，几乎完全消除了系统偏差。而对于均方根误差，本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法也能够获得非常有效的改善，尤其在有效波高1m以下以及4m以上的区间内，可以减少超过50％的均方根误差，而在其他有效波高的区间内也能看到对于有效波高均方根误差非常明显的改善。
基于上述实验数据可知，本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法能够基本消除HY2B高度计系统偏差，对有效波高均方根误差平均降低超过20％。因此，本申请实施例能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度。
参考本申请实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法，本申请实施例还提供了一种电子设备。下面，请参照图8，为本申请实施例所提供的电子设备100的一种结构框图。该电子设备100可以是卫星、服务器、计算机、智能手机、平板电脑等等，本申请对此不作限定。
该电子设备100可以包括存储器110、处理器120、总线130和通信接口140，该存储器110、处理器120和通信接口140相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条总线130或信号线实现电性连接。处理器120可以处理与卫星雷达高度计数据的订正有关的信息和/或数据，以执行本申请中描述的一个或多个功能。例如，处理器120可以获取卫星雷达高度计数据，并根据上述数据实现本申请提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法。
其中，存储器110可以是但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
处理器120可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
可以理解，图8所示的结构仅为示意，该电子设备100还可包括比图8中所示更多或者更少的组件，或者具有与图8所示不同的配置。图8中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置的实现方式，请参阅图9，图9示出了本申请实施例提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置的一种功能模块图。需要说明的是，本实施例所提供的卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置500，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。该卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置500可以包括：数据获取模块510、订正模块520。
可选地，上述模块可以软件或固件(Firmware)的形式存储于存储器中或固化于本申请提供的电子设备100的操作系统(Operating System，OS)中，并可由电子设备100中的处理器执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器中。
数据获取模块510，用于获取卫星雷达高度计数据；卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差。
可以理解的是，数据获取模块510可以用于支持电子设备100执行上述S40等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
订正模块520，用于利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的。
可以理解的是，订正模块520可以用于支持电子设备100执行上述S41等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
在可选的实施方式中，在获取历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高时，数据获取模块510，用于获取卫星雷达高度计数据集。
可以理解的是，数据获取模块510可以用于支持电子设备100执行上述S20等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
数据获取模块510，还用于获取浮标观测海浪有效波高数据集。
可以理解的是，数据获取模块510可以用于支持电子设备100执行上述S21等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
数据获取模块510，还用于在卫星雷达高度计数据集和浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对；每个所述数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，历史卫星雷达高度计数据包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差。
可以理解的是，数据获取模块510可以用于支持电子设备100执行上述S22等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
在可选的实施方式中，请参照图10，数据获取模块510包括获取单元510A和数据预处理单元510B；
获取单元510A，用于获取所述多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量。
可以理解的是，获取单元510A可以用于支持电子设备100执行上述S23等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
数据预处理单元510B，用于根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数，使得任意两个所述有效波高范围内的数据对个数之间的差值小于预设值。
可以理解的是，数据预处理单元510B可以用于支持电子设备100执行上述S24等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
在可选的实施方式中，数据获取模块510，用于获取多个卫星雷达高度计数据。
可以理解的是，数据获取模块510可以用于支持电子设备100执行上述S20A等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
数据获取模块510，还用于在多个卫星雷达高度计数据中，将位置位于海洋且信噪比大于预设值的卫星雷达高度计数据加入至卫星雷达高度计数据集。
可以理解的是，数据获取模块510可以用于支持电子设备100执行上述S20B等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
在可选的实施方式中，请参照图11，装置500还包括雷达高度计数据订正模型训练模块530；雷达高度计数据订正模型训练模块530，用于将历史卫星雷达高度计数据作为训练样本、将历史浮标观测海浪有效波高作为标签，并采用预设的损失函数对预先建立的全连接深度神经网络进行训练，得到训练后的全连接深度神经网络；
可以理解的是，雷达高度计数据订正模型训练模块530可以用于支持电子设备100执行上述S30等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
雷达高度计数据订正模型训练模块530，还用于将训练后的全连接深度神经网络作为雷达高度计数据订正模型。
可以理解的是，雷达高度计数据订正模型训练模块530可以用于支持电子设备100执行上述S31等，和/或用于本文所描述的技术的其他过程。
基于上述方法实施例，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卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法的步骤。
具体地，该存储介质可以为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述曝光调节方法，从而解决“目前通过卫星雷达高度计所获取的海浪有效波高，与传统的海浪观测方法(浮标海浪观测)所获取的海浪有效波高相比，仍存在一定误差”问题，实现能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计数据中海浪有效波高的精度的目的。
综上，本发明实施例提供了一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法及相关装置。其中，该方法包括：获取卫星雷达高度计数据；卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差；利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；其中，雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的。由于雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的，因此，该雷达高度计数据订正模型能够将输入的卫星雷达高度计数据订正为精度更高的数据。故，本申请实施例的有益效果包括：能够对卫星雷达高度计数据进行订正，提高卫星雷达高度计海浪有效波高的精度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正方法，其特征在于，包括：
获取卫星雷达高度计数据；所述卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差；
利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对所述卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；
其中，所述雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的；
所述历史海浪有效波高、所述历史后向散射系数、所述历史后向散射系数标准差和所述历史浮标观测海浪有效波高是按照以下方式得到的：
获取卫星雷达高度计数据集；
获取浮标观测海浪有效波高数据集；
在所述卫星雷达高度计数据集和所述浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对；每个所述数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，所述历史卫星雷达高度计数据包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差；
所述在所述卫星雷达高度计数据集和所述浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对的步骤，还包括：
获取所述多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量；
根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数，使得任意两个所述有效波高范围内的数据对个数之间的差值小于预设值；
所述根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数的步骤，包括：
分布数据量中的最大值分别除以分布数据量中的每个数据量并在四舍五入后取整数；
将每个有效波高范围内的数据对复制相应整数次后，以完成每个所述有效波高范围内的数据对个数的调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取卫星雷达高度计数据集的步骤包括：
获取多个卫星雷达高度计数据；
在所述多个卫星雷达高度计数据中，将位置位于海洋且信噪比大于预设值的卫星雷达高度计数据加入至所述卫星雷达高度计数据集。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达高度计数据订正模型的训练过程包括：
将所述历史卫星雷达高度计数据作为训练样本、将所述历史浮标观测海浪有效波高作为标签，并采用预设的损失函数对预先建立的全连接深度神经网络进行训练，得到训练后的所述全连接深度神经网络；
将训练后的所述全连接深度神经网络作为所述雷达高度计数据订正模型。
4.一种卫星雷达高度计海浪有效波高的订正装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取卫星雷达高度计数据；所述卫星雷达高度计数据包括海浪有效波高、后向散射系数和后向散射系数标准差；
订正模块，用于利用预先训练的雷达高度计数据订正模型对所述卫星雷达高度计数据进行订正，得到订正后的海浪有效波高；
其中，所述雷达高度计数据订正模型是利用历史海浪有效波高、历史后向散射系数、历史后向散射系数标准差和历史浮标观测海浪有效波高进行训练得到的；
所述历史海浪有效波高、所述历史后向散射系数、所述历史后向散射系数标准差和所述历史浮标观测海浪有效波高是按照以下方式得到的：
所述数据获取模块，用于获取卫星雷达高度计数据集；
所述数据获取模块，还用于获取浮标观测海浪有效波高数据集；
所述数据获取模块，还用于在所述卫星雷达高度计数据集和所述浮标观测海浪有效波高数据集中，获取多个数据对；每个所述数据对包括一对在时间与空间上相匹配的历史卫星雷达高度计数据和历史浮标观测海浪有效波高，所述历史卫星雷达高度计数据包括历史海浪有效波高、历史后向散射系数和历史后向散射系数标准差；
所述数据获取模块包括获取单元和数据预处理单元；
所述获取单元，用于获取所述多个数据对在预设的多个有效波高范围内的分布数据量；
所述数据预处理单元，用于根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数，使得任意两个所述有效波高范围内的数据对个数之间的差值小于预设值；
所述根据所述分布数据量调整每个所述有效波高范围内的数据对个数的步骤，包括：
分布数据量中的最大值分别除以分布数据量中的每个数据量并在四舍五入后取整数；
将每个有效波高范围内的数据对复制相应整数次后，以完成每个所述有效波高范围内的数据对个数的调整。
5.一种计算机可读存储介质，其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执行时实现权利要求1-3中任一项所述的方法。
6.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有机器可读指令，所述处理器用于执行所述机器可读指令，以实现权利要求1-3中任一项所述的方法。
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