CN112067140A - 用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法及系统，包括：将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；基于目标精度的红外海面温度遥感数据和映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；应用的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。本发明通过制冷红外探测器组件获取微波同时间、同空间和同路径的红外海面温度遥感数据，晴天获得微波误差分布规律，阴天应用规律标校海温产品，综合微波遥感全天时、全天候的探测优势和红外海面温度探测精度高，实现产品级海面温度标定，提高综合孔径海面温度微波遥感的探测精度和分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及海面温度，具体地，涉及一种用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置及方法。
背景技术
海面温度的获取方式主要通过传统的海表实测和卫星遥感数据的反演。传统的海面温度测量主要依靠轮船、浮标等，这些数据获取的时间跨度较长，测量精度相对较高，但分布离散且不均匀，不能够满足实际需求。
自20世纪70年代末首颗气象卫星发射以来，人们尝试通过遥感技术获得海面温度遥感数据。通过遥感方法获取海面温度遥感数据的方法主要包括热红外探测以及微波探测。利用红外探测海面温度，能够获得高分辨率高精度的海面温度信息，但是红外探测方法受到大气、云层等因素的影响。海洋表面辐射的热红外信息不能穿透云层，而云层的温度普遍偏低，这部分信息一般需要剔除，这导致了热红外反演的海面温度场往往存在较大区域的缺失，而且针对遥感数据的云检测算法并不能检测到所有的云层区域，特别是一些薄云区域，很容易导致部分区域反演结果出现较大的偏差。
微波频段则可以有效的穿透云层，并且基本不受大气等因素的影响，能够全天时全天候的获取大尺度下的海面温度信息，能够满足实际对海面温度的需求。但现有技术中并没有将微波遥感和红外遥感相结合，以获取高精度高分辨率的海面温度的方案。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置及方法，综合红外遥感和微波遥感的优势，采用红外遥感完成微波遥感产品级标定，从而完成多层次微波遥感定标，增强微波遥感的定标精度和分辨率，满足实际需求。
根据本发明提供的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，包括如下步骤：
步骤S1：将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；
步骤S2：基于目标精度的所述红外海面温度遥感数据和所述映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；
步骤S3：应用所述的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。
优选地，还包括如下步骤：
步骤S4：采用地面定标场数据与获取的海面温度遥感数据进行所述标校的效能进行评估。
优选地，在步骤S1之前还包括如下步骤：
对所述红外海面温度遥感数据和所述海面温度微波数据进行预处理以生成目标精度的所述红外海面温度遥感数据、所述海面温度微波数据，以用于建立映射关系。
优选地，在步骤S1中采用制冷红外探测器组件，获取与所述微波同时间、同空间和同路径的红外海面温度遥感数据。
优选地，在步骤S1中将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据匹配数据集作为训练数据集，对深度神经网络模型进行训练确定所述红外海面温度遥感数据和所述海面温度微波数据之间的映射关系。
优选地，在步骤S2中，将所述目标精度的所述红外海面温度遥感数据输入所述深度神经网络模型确定所述海面温度微波数据的误差分布规律。
优选地，还包括如下步骤：
-通过晴天时的红外海面温度遥感数据获得目标区域内各子单元的微波数据分布规律，从而在阴天时根据所述目标区域的平均海面温度微波数据和所述微波数据分布规律得到全天时全天候海面温度遥感数据。
根据本发明提供的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置，包括如下模块：
映射关系生成模块：用于将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；
温度数据预处理模块，用于根据红外和微波多谱段联合进行红外海面温度遥感数据的质量等级控制确定目标精度红外海面温度遥感数据；
误差分布规律生成模块，用于基于目标精度的所述红外海面温度遥感数据和所述映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；
目标海面温度遥感数据生成模块，用于应用所述的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过制冷红外探测器组件获取微波同时间、同空间和同路径的红外海面温度遥感数据，在轨实时修正系统固有误差，晴天获得微波误差分布规律，阴天应用规律标校海温产品，综合微波遥感全天时、全天候的探测优势和红外海面温度探测精度高的特点，实现产品级海面温度标定，提高综合孔径海面温度微波遥感的探测精度和分辨率；
本发明基于海面温度分布具有连续性的特点，通过晴天时高分辨率的红外海面温度遥感数据获得目标区域内各子单元微波数据的误差分布规律，从而在阴天时根据区域内的平均微波数据和误差分布规律得到全天时全天候海面温度遥感数据。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法的原理框图；
图3为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法的工作示意图；
图4为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置的模块示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法的步骤流程图，如图1所示，本发明提供的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，，包括如下步骤：
步骤S1：将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；
步骤S2：基于目标精度的所述红外海面温度遥感数据和所述映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；
步骤S3：应用所述的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。
本发明提供的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，还包括如下步骤：
步骤S4：采用地面定标场数据与获取的海面温度遥感数据进行所述标校的效能进行评估。
在本发明变形例中，在步骤S1之前还包括如下步骤：
对所述红外海面温度遥感数据和所述海面温度微波数据进行预处理以生成目标精度的所述红外海面温度遥感数据、所述海面温度微波数据，以用于建立映射关系。
所述目标精度的红外海面温度遥感数据的精度大于所述红外探测直接获得的红外海面温度遥感数据的精度；所述目标精度的海面温度微波数据的精度大于所述微波探测直接获得的海面温度微波数据的精度。
图2为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法的原理框图，图3为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法的工作示意图，如图2、图3所示，在步骤S1中采用制冷红外探测器组件，获取与微波同时间、同空间和同路径的红外海面温度遥感数据，便于处理由于分辨率、反演海面温度误差、插值误差等原因导致的两组数据在同一位置的海面温度值偏差，实现更好的数据质量控制，建立两组数据准确的映射关系。
在步骤S1中将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据匹配数据集作为训练数据集，对深度神经网络模型进行训练确定所述红外海面温度遥感数据和所述海面温度微波数据之间的映射关系。所述制冷红外探测器组件设置在幅相定标系统中，在轨实时能够修正系统固有误差。
如图2、图3所示，本发明实施例中，在可视度函数模块10、图像重构和反演算法模块20、产品级数据模块30对海面温度探测仪遥感数据进行全方位标定。通过与高精度的海表面温度遥感数据建立映射关系，针对红外和微波不同分辨率和质量的数据进行预处理40，以控制数据质量等级，进一步基于高精度的红外海面温度遥感数据，采用神经网络等数值算法工具获得海面温度微波数据的误差分布规律50，应用获得的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得高精度全天时全天候的海面温度产品60，提高综合孔径海面温度微波遥感的探测精度和分辨率。同时基于海面温度分布具有连续性的特点，通过晴天时高分辨率的红外海面温度遥感数据获得区域内各子单元的微波数据分布规律70，从而在阴天时根据区域平均数据和微波数据分布规律70得到全天时全天候海面温度遥感数据80。最后采用地面定标场数据90与获得的海面温度遥感数据进行所述定标的效能评估100。
在本发明实施例中，基于深度神经网络算法，将晴空海域的红外海面温度遥感数据与海面温度微波数据的匹配数据集作为训练数据，提取二者之间的映射关系，从而获取海面温度微波数据的误差分布规律。进一步对全天时的海面温度微波数据进行校正，提高海面温度微波数据的精度。
在本发明一实施例中，在可视度函数模块和产品级数据模块分别对海面温度探测仪遥感数据进行标定。通过相关/不相关噪声源标定可视度函数模块的误差，通过在高精度幅相定标系统中增加小型的制冷红外探测器组件，获取微波同时间、同空间和同路径的”三同”红外海面温度遥感数据，在轨实时修正系统固有误差，通过所述晴天获得的海面温度微波数据的误差分布规律，在阴天应用此规律标校海温产品，综合微波遥感全天时、全天候的探测优势和红外海面温度探测精度高的特点，实现产品级海面温度标定，提高综合孔径海面温度微波遥感的探测精度和分辨率。
在本发明实施例中，在步骤S2中，将所述目标精度的所述红外海面温度遥感数据输入所述深度神经网络模型确定所述海面温度微波数据的误差分布规律。
图4为本发明实施例中用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置的模块示意图，如图4所示，本发明提供的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置，包括如下模块：
映射关系生成模块101：用于将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；
误差分布规律生成模块102，用于基于目标精度的所述红外海面温度遥感数据和所述映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；
目标海面温度遥感数据生成模块103，用于应用所述的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。
本发明实施例中通过制冷红外探测器组件获取微波同时间、同空间和同路径的红外海面温度遥感数据，在轨实时修正系统固有误差，晴天获得微波误差分布规律，阴天应用规律标校海温产品，综合微波遥感全天时、全天候的探测优势和红外海面温度探测精度高的特点，实现产品级海面温度标定，提高综合孔径海面温度微波遥感的探测精度和分辨率；
本发明基于海面温度分布具有连续性的特点，通过晴天时高分辨率红外海面温度遥感数据获得目标区域内各子单元微波数据的误差分布规律，从而在阴天时根据区域内的平均微波数据和误差分布规律得到全天时全天候海面温度遥感数据。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；
步骤S2：基于目标精度的所述红外海面温度遥感数据和所述映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；
步骤S3：应用所述的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。
2.根据权利要求1所述的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤S4：采用地面定标场数据与获取的海面温度遥感数据进行所述标校的效能进行评估。
3.根据权利要求1所述的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括如下步骤：
对所述红外海面温度遥感数据和所述海面温度微波数据进行预处理以生成目标精度的所述红外海面温度遥感数据、所述海面温度微波数据，以用于建立映射关系。
4.根据权利要求1所述的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，在步骤S1中采用制冷红外探测器组件，获取与所述微波同时间、同空间和同路径的红外海面温度遥感数据。
5.根据权利要求1所述的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，在步骤S1中将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据匹配数据集作为训练数据集，对深度神经网络模型进行训练确定所述红外海面温度遥感数据和所述海面温度微波数据之间的映射关系。
6.根据权利要求4所述的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，在步骤S2中，将所述目标精度的所述红外海面温度遥感数据输入所述深度神经网络模型确定所述海面温度微波数据的误差分布规律。
7.根据权利要求1所述的用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标方法，其特征在于，还包括如下步骤：
-通过晴天时的红外海面温度遥感数据获得目标区域内各子单元的微波数据分布规律，从而在阴天时根据所述目标区域的平均海面温度微波数据和所述微波数据分布规律得到全天时全天候海面温度遥感数据。
8.一种用于海面温度探测的多层次微波综合孔径定标装置，其特征在于，包括如下模块：
映射关系生成模块：用于将通过红外探测获得的红外海面温度遥感数据和通过微波探测获得的海面温度微波数据之间建立映射关系；
温度数据预处理模块，用于根据红外和微波多谱段联合进行红外海面温度遥感数据的质量等级控制确定目标精度红外海面温度遥感数据；
误差分布规律生成模块，用于基于目标精度的所述红外海面温度遥感数据和所述映射关系，获得海面温度微波数据的误差分布规律；
目标海面温度遥感数据生成模块，用于应用所述的误差分布规律对海面温度微波数据进行标校，获得全天时全天候海面温度遥感数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201211 |
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