CN114779192B - Sar无场定标方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Sar无场定标方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种SAR无场定标方法，应用于海洋遥感技术领域，包括：确定理想海洋定标场，获取长时间序列海洋微波传感器探测到的海洋微波散射测量数据，基于该长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型，将该理想海洋定标场的海况参数带入该散射模型，得到海面后散射系数与海况参数的经验关系对，根据该经验关系对，对预设角度范围内的SAR图像海面后散射系进行标定。本发明还提供了一种SAR无场定标装置、电子设备及存储介质，解决现有技术中传统SAR定标手段耗时久、工作量大且只适用于高信噪比的技术问题。

Description

SAR无场定标方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及海洋遥感技术领域，尤其涉及一种SAR无场定标方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
传统辐射定标工作一般仅围绕单一大卫星进行，然而随着我国SAR卫星的快速发展，现有基于有限定标场布设人工定标器进行辐射定标的方法难以满足需求，具体表现为：1) 卫星对于特定定标场的重访周期长(极轨卫星为几十天量级)，难以满足在轨测试对定标场布设的人工定标器进行不同模式、高频次成像的要求；2) 人工定标器的研制、运输、安装、长期野外运行维护等工作的人力物力耗费极大，难以满足整个SAR运行寿命期内定标数量频次的需求；3) 高分宽幅SAR和地球同步轨道SAR卫星幅宽达百千公里，在幅宽内布设大量人工定标器的难度巨大。4）海洋为低信噪比对象，传统的定标方法为高信噪比，适用性有待商榷。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种SAR无场定标方法、装置、电子设备及存储介质，旨在解决现有技术中传统SAR定标手段耗时久、工作量大且只适用于高信噪比的技术问题。
为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种SAR无场定标方法，包括：
确定理想海洋定标场；
获取长时间序列海洋微波传感器探测到的长时间序列海洋微波散射测量数据；
基于所述长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型；
将所述理想海洋定标场的海况参数带入所述散射模型，得到海面后散射系数与海况参数的经验关系对；
根据所述经验关系对，对预设角度范围内的SAR图像海面后散射系数进行标定。
在本发明一实施例中，所述确定理想海洋定标场包括：
获取多个待确定的海洋定标场的典型海洋水文参数，所述典型海洋水文参数包括海域风速、海域风向、浪高；
根据所述典型海洋水文参数，从所述多个待确定的海洋定标场中选取所述理想海洋定标场。
在本发明一实施例中，所述长时间序列海洋微波散射测量数据包括散射计数据、波谱仪数据、高度计数据、SAR数据。
在本发明一实施例中，所述散射模型：
Figure 669825DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 771773DEST_PATH_IMAGE002
表示海面后向散射系数，
Figure 747819DEST_PATH_IMAGE003
表示小入射角下准镜面散射分量，
Figure 944314DEST_PATH_IMAGE004
表 示中等入射角下布拉格散射分量，p表示布拉格散射对海面总体散射的贡献权重。
在本发明一实施例中，所述方法还包括：
基于定标后的所述预设角度范围内的海面后向散射系数与海况参数的经验关系对，对SAR图像进行标定，得到定标后的SAR图像；
利用定标后的图像和预设的SAR海洋参数反演模型进行所述典型海洋水文参数的反演，得到反演结果；
将所述反演结果与现场观测结果进行对比，得到定标精度评价结果。
在本发明一实施例中，所述理想海洋定标场的风速范围在5-20 m/s。
在本发明一实施例中，所述预设角度范围内的SAR图像海面后散射系为10-60°范围内的海面后向散射系数。
本申请实施例第二方面提供一种SAR无场定标装置，包括：
确定模块，用于确定理想海洋定标场；
获取模块，用于获取长时间序列海洋微波传感器探测到的长时间序列海洋微波散射测量数据；
构建模块，用于基于所述长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型；
计算模块，用于将所述理想海洋定标场的海况参数带入所述散射模型，得到海面后散射系数与海况的经验关系对；
标定模块，用于根据所述的经验关系对，对预设角度范围内的海面后散射系数进行标定。
本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括：
存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本申请实施例第一方面提供的SAR无场定标方法。
本申请实施例第四方面提供了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本申请实施例第一方面提供的SAR无场定标方法。
从上述本申请实施例可知，本申请提供的SAR无场定标方法、装置、电子设备及存储介质，一方面实现大幅宽下SAR定标，减少传统定标的工作量，提高效率，又一方面面向海洋探测需求，提高低信噪比下的海洋定标精度，进一步利用实测数据进行了验证。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。
图1为本申请一实施例提供的SAR无场定标方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例提供的SAR无场定标装置的结构示意图；
图3示出了一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，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，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动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。
请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的SAR无场定标方法的流程示意图，该方法可应用于电子设备中，电子设备包括：手机、平板电脑、手提电脑、智能手表、智能眼镜等可在移动中进行数据处理的电子设备以及台式计算机、一体机、智能电视机等非可在移动中进行数据处理的电子设备，该方法主要包括以下步骤：
S101、确定理想海洋定标场。
S102、获取长时间序列海洋微波传感器探测到的长时间序列海洋微波散射测量数据。
S103、基于该长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型。
S104、将该理想海洋定标场的海况参数带入该散射模型，得到海面后散射系数与海况参数的经验关系对。
S105、根据该经验关系对，对预设角度范围内的SAR图像海面后散射系数进行标定。
在本发明一实施例中，该确定理想海洋定标场包括：获取多个待确定的海洋定标场的典型海洋水文参数，该典型海洋水文参数包括海域风速、海域风向、浪高，根据该典型海洋水文参数，从该多个待确定的海洋定标场中选取该理想海洋定标场。
在本发明一实施例中，该理想海洋定标场的风速范围在5-20 m/s。
在本发明中，根据卫星轨道、观测角度和影像幅宽，同时，结合历史海洋再分析数据，对海域风速、海域风向、浪高等典型海洋水文参数进行历史统计，对海洋时空特性进行分析，选择常年稳定且风速范围5-20 m/s、无明显降雨天气的区域作为理想海洋定标场。
在本发明一实施例中，该长时间序列海洋微波传感器包括散射计、波谱仪、高度计、SAR，该长时间序列海洋微波散射测量数据包括散射计数据、波谱仪数据、高度计数据、SAR数据。
在本发明中，考虑到大幅宽SAR覆盖波位多，近地点到远地点观测角度从小入射角扩展至大入射角，本发明利用长时间序列海洋微波传感器（包括散射计、波谱仪、高度计、SAR）等微波数据，构建散射模型。
在本发明一实施例中，该散射模型：
Figure 56626DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 126214DEST_PATH_IMAGE002
表示海面后向散射系数，
Figure 71780DEST_PATH_IMAGE003
表示小入射角下准镜面散射分量，
Figure 822698DEST_PATH_IMAGE004
表 示中等入射角下布拉格散射分量，p表示布拉格散射对海面总体散射的贡献权重。
在本发明一实施例中，该预设角度范围内的海面后散射系为10-60°范围内的海面后向散射系数。
在本发明中，根据大宽幅SAR载荷参数设计，并结合理想海洋定标场典型海洋水文参数（风速、风向、浪高等）带入构建的散射模型，计算海面后向散射系数，并对10-60°范围内的海面后向散射系数进行标定。
在本发明一实施例中，该方法还包括：基于定标后的该预设角度范围内的海面后向散射系数与海况参数的经验关系对，对SAR图像进行标定，得到定标后的SAR图像，利用定标后的SAR图像和预设的SAR海洋参数反演模型进行该典型海洋水文参数的反演，得到反演结果，将该反演结果与现场观测结果进行对比，得到定标精度评价结果。
在本发明中，利用定标后的SAR图像，利用已有的海洋参数反演模型进行典型海洋水文参数（例如风速、风向等）反演，并与实际的浮标观测结果进行对比，验证本发明的定标精度。
请参阅图2，图2是本申请一实施例提供的SAR无场定标装置的结构示意图，该装置可内置于电子设备中，该装置主要包括：
确定模块210，用于确定理想海洋定标场。
获取模块220，用于获取长时间序列海洋微波传感器探测到的长时间序列海洋微波散射测量数据。
构建模块230，用于基于该长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型。
计算模块240，用于将该理想海洋定标场的海况参数带入该散射模型，得到海面后散射系数与海况参数的经验关系对。
标定模块250，用于根据该经验关系对，对预设角度范围内的SAR图像海面后散射系数进行标定。
在本发明一实施例中，该确定模块210包括：获取模块，用于获取多个待确定的海洋定标场的典型海洋水文参数，该典型海洋水文参数包括海域风速、海域风向、浪高；选取模块，用于根据该典型海洋水文参数，从该多个待确定的海洋定标场中选取该理想海洋定标场。
在本发明一实施例中，该理想海洋定标场的风速范围在5-20 m/s。
在本发明中，根据卫星轨道、观测角度和影像幅宽，同时，结合历史海洋再分析数据，对海域风速、海域风向、浪高等典型海洋水文参数进行历史统计，对海洋时空特性进行分析，选择常年稳定且风速范围5-20 m/s、无明显降雨天气的区域作为理想海洋定标场。
在本发明一实施例中，该长时间序列海洋微波传感器包括散射计、波谱仪、高度计、SAR，该长时间序列海洋微波散射测量数据包括散射计数据、波谱仪数据、高度计数据、SAR数据。
在本发明中，考虑到大幅宽SAR覆盖波位多，近地点到远地点观测角度从小入射角扩展至大入射角，本发明利用长时间序列海洋微波传感器（包括散射计、波谱仪、高度计、SAR）等微波散射测量数据，构建散射模型。
在本发明一实施例中，该散射模型：
Figure 55096DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 544852DEST_PATH_IMAGE002
表示海面后向散射系数，
Figure 167594DEST_PATH_IMAGE003
表示小入射角下准镜面散射分量，
Figure 518941DEST_PATH_IMAGE004
表 示中等入射角下布拉格散射分量，p表示布拉格散射对海面总体散射的贡献权重。
在本发明一实施例中，该预设角度范围内的SAR图像海面后散射系为10-60°范围内的海面后向散射系数。
在本发明中，根据大宽幅SAR载荷参数设计，并结合理想海洋定标场典型海洋水文参数（风速、风向、浪高等）带入构建的散射模型，计算海面后向散射系数，并对10-60°范围内的海面后向散射系数进行标定。
在本发明一实施例中，该装置还包括：获取模块，用于基于定标后的该预设角度范围内的海面后向散射系数与海况参数的经验关系对，对SAR图像进行标定，得到定标后的SAR图像；反演模块，用于利用定标后的SAR图像和预设的SAR海洋参数反演模型进行该典型海洋水文参数的反演，得到反演结果；对比模块，用于将该反演结果与现场观测结果进行对比，得到定标精度评价结果。
在本发明中，利用定标后的宽幅SAR图像，利用已有的海洋参数反演模型进行典型海洋水文参数（例如风速、风向等）反演，并与实际的浮标观测结果进行对比，验证本发明的定标精度。
请参见图3，图3示出了一种电子设备的硬件结构图。
本实施例中所描述的电子设备，包括：
存储器41、处理器42及存储在存储器41上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行该程序时实现前述图1所示实施例中描述的SAR无场定标方法。
进一步地，该电子设备还包括：
至少一个输入设备43；至少一个输出设备44。
上述存储器41、处理器42输入设备43和输出设备44通过总线45连接。
其中，输入设备43具体可为摄像头、触控面板、物理按键或者鼠标等等。输出设备44具体可为显示屏。
存储器41可以是高速随机存取记忆体（RAM，Random Access Memory）存储器，也可为非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器41用于存储一组可执行程序代码，处理器42与存储器41耦合。
进一步地，本发明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可以是设置于上述各实施例中的电子设备中，该计算机可读存储介质可以是前述图3所示实施例中的电子设备。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述图1所示实施例中描述的SAR无场定标方法。进一步地，该计算机可存储介质还可以是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。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
该集成的模块如果以软件功能模块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，本发明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全部或部分可以以软件产品的形式体现出来。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种SAR无场定标方法、装置、电子设备及可读存储介质的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种SAR无场定标方法，其特征在于，包括：
确定理想海洋定标场；
获取长时间序列海洋微波传感器探测到的长时间序列海洋微波散射测量数据；
基于所述长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型；
将所述理想海洋定标场的海况参数带入所述散射模型，得到海面后散射系数与海况参数的经验关系对；
根据所述经验关系对，对预设角度范围内的SAR图像海面后散射系数进行标定。
2.根据权利要求1所述的SAR无场定标方法，其特征在于，所述确定理想海洋定标场包括：
获取多个待确定的海洋定标场的典型海洋水文参数，所述典型海洋水文参数包括海域风速、海域风向、浪高；
根据所述典型海洋水文参数，从所述多个待确定的海洋定标场中选取所述理想海洋定标场。
3.根据权利要求1所述的SAR无场定标方法，其特征在于，
所述长时间序列海洋微波散射测量数据包括散射计数据、波谱仪数据、高度计数据、SAR数据。
4.根据权利要求1所述的SAR无场定标方法，其特征在于，所述散射模型：
Figure 10000152114697
其中，
Figure 389427DEST_PATH_IMAGE004
表示海面后向散射系数，
Figure 638006DEST_PATH_IMAGE006
表示小入射角下准镜面散射分量，
Figure 33215DEST_PATH_IMAGE008
表示中等入 射角下布拉格散射分量，p表示布拉格散射对海面总体散射的贡献权重。
5.根据权利要求2所述的SAR无场定标方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于定标后的所述预设角度范围内的海面后向散射系数与海况参数的经验关系对，对SAR图像进行标定，得到定标后的SAR图像；
利用定标后的SAR图像和预设的SAR海洋参数反演模型进行所述典型海洋水文参数的反演，得到反演结果；
将所述反演结果与现场观测结果进行对比，得到定标精度评价结果。
6.根据权利要求1所述的SAR无场定标方法，其特征在于，所述理想海洋定标场的风速范围为5-20 m/s。
7.根据权利要求1所述的SAR无场定标方法，其特征在于，所述预设角度范围内的SAR图像海面后向散射系为10-60°范围内的海面后向散射系数。
8.一种SAR无场定标装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定理想海洋定标场；
获取模块，用于获取长时间序列海洋微波传感器探测到的长时间序列海洋微波散射测量数据；
构建模块，用于基于所述长时间序列海洋微波散射测量数据，构建散射模型；
计算模块，用于将所述理想海洋定标场的海况参数带入所述散射模型，得到海面后散射系数与海况参数的经验关系对；
标定模块，用于根据所述经验关系对，对预设角度范围内的SAR图像海面后散射系数进行标定。
9.一种电子设备，包括：存储器，处理器及存储在存储器上并可在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，实现权利要求1至7中的任一项所述的SAR无场定标方法中的各个步骤。
10.一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至7中的任一项所述的SAR无场定标方法中的各个步骤。
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