CN114910661A - 海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备 - Google Patents

海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备 Download PDF

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Abstract

本发明的实施方式提供了一种海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备。该方法包括：获取第一观测数据和第二观测数据；第一观测数据通过微波散射计采集得到；第二观测数据通过星载GNSS‑R接收机采集得到；确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；根据第一观测数据、第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。本发明能够通过融合多种传感器的观测数据，实现反演海面风速的观测次数的提升，从而提升了海面风速的反演精度。

Description

海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备
技术领域
本发明的实施方式涉及海洋观测技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备。
背景技术
台风作为目前最具破坏性的自然灾害之一，需要及时地对海面上产生的台风进行预警，此时，需要对全球范围海面的风速进行观测，以及时根据观测到的台风的路径和强度的近实时观测结果进行台风预警。
目前，可以使用多个微波散射计观测全球范围内不同海面的风速，具体可以利用机载或模拟观测数据构建地球物理模式函数(Geophysical Model Function，GMF)，并通过微波散射计得到当前观测区域的实际观测数据，最终根据GMF和实际观测数据确定出当前观测区域的海面风速，将得到的各个观测区域的海面风速进行融合，可以得到全球范围内的海面风速。
此外，还可以利用星载GNSS-R(Global Navigation Satellite System-Reflectometry，全球导航卫星系统-反射信号测量)在高风速场景下实现高精度的观测，得到全球范围内的海面风速。然而，在实践中发现，微波散射计在高风速场景下的观测精度较差，甚至无法使用；星载GNSS-R观测随机，需要发射多颗小卫星以建立覆盖全球的观测星座，且现有传感器无法将微波散射计的观测数据与星载GNSS-R的观测数据进行融合，因此，仅利用微波散射计的观测数据或星载GNSS-R的观测数据对海面风速进行反演，得到的海面风速的反演精度较差。
发明内容
在本上下文中，本发明的实施方式期望提供一种海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备。
在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种海面风速的反演方法，包括：
获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；
确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；
根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；
逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；
根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。
在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种海面风速的反演装置，包括：
获取单元，用于获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；
处理单元，用于确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；
计算单元，用于根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；
所述处理单元，还用于逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；
所述处理单元，还用于根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。
在本发明实施方式的第三方面中，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时能够实现第一方面中任一项所述的方法。
在本发明实施方式的第四方面中，提供了一种计算设备，所述计算设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于执行第一方面中任一项所述的方法。
根据本发明实施方式的海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备，能够通过微波散射计采集到海面的第一观测数据，并且可以通过星载GNSS-R接收机采集到海面的第二观测数据，以及可以将第一观测数据和第二观测数据与模拟海风信息和模拟海风信息对应的模拟观测数据共同进行计算，得到精度符合要求的海风信息，通过星载GNSS-R接收机可以在高风速应用场景下采集到海面的第二观测数据，因此，能够通过融合多种传感器的观测数据，实现反演海面风速的观测次数的提升，从而提升了海面风速的反演精度。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1为本发明一实施例提供的海面风速的反演方法的流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的海面风速的反演方法的流程示意图；
图3为本发明又一实施例提供的海面风速的反演方法的流程示意图；
图4为本发明一实施例提供的海面风速的反演装置的结构示意图；
图5示意性地示出了本发明实施例的一种介质的结构示意图；
图6示意性地示出了本发明实施例的一种计算设备的结构示意图。
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
根据本发明的实施方式，提出了一种海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备。
在本文中，需要理解的是，附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
示例性方法
下面参考图1，图1为本发明一实施例提供的海面风速的反演方法的流程示意图。需要注意的是，本发明的实施方式可以应用于适用的任何场景。
图1所示的本发明一实施例提供的海面风速的反演方法的流程，包括：
步骤S101，获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同。
本发明实施例中，微波散射计(Scatterometer)可以用于对全球大尺度海面风速进行监测，可以根据对于某一区域的多次实际观测得到的观测数据，通过最大似然等方法确定该区域的风速结果。第一观测数据可以为微波散射计对海面的某一采集区域进行观测得到的观测数据，第一观测数据可以包括但不限于入射角(Incident Angle)、观测方位角、散射截面积(Radar Cross Section，RCS)以及观测经纬度等数据。
本发明实施例中，星载GNSS-R接收机可以在高风速场景下对海面的某一区域实现高精度的观测，得到观测数据，并且可以根据观测数据确定该区域的风速结果。第二观测数据可以为星载GNSS-R接收机对海面的某一采集区域进行观测得到的观测数据，第二观测数据可以包括但不限于入射角、域分解法(Domain Decomposition Method，DDM)特征值、前沿导数斜率(Leading Edge Slope，LES)、后沿导数斜率(Trailing Edge Slope，TES)以及观测经纬度等数据。除星载GNSS-R接收机，还可以使用地基GNSS-R接收机或空基GNSS-R接收机在高风速场景下对海面的某一区域实现高精度的观测，得到观测数据。
其中，DDM特征值可以包括但不限于DDM均值(DDM Average，DDMA)、LES以及TES等，定义在DDM域上的特征值有两类，第一类DDM特征值定义在整个DDM域上，此类代表性的DDM特征值有DDMA和DDM均方根误差(DDM variance，DDMV)，其中，DDMA代表经过时延观测后星载GNSS-R接收机中的双基雷达截面积功率峰值的均值，而DDMV反映了DDM镜面区附近波形的不均匀程度。第二类DDM特征值定义在时延累积波形(Integrated Delay Waveform,IDW)上，IDW由DDM沿着多普勒轴向积分得到，LES和TES是经典的第二类DDM特征值。
步骤S102，确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据。
本发明实施例中，多个模拟海风信息可以为微波散射计的采集区域的海面风速和/或海面风向等信息，以及星载GNSS-R接收机的采集区域的海面风速和/或海面风向等信息，且微波散射计的采集区域与星载GNSS-R接收机的采集区域是相同的，由于模拟海风信息是根据微波散射计或星载GNSS-R接收机采集到的观测数据计算得到的，因此每个模拟海风信息都可以有对应模拟观测数据，模拟观测数据可以为微波散射计或星载GNSS-R接收机采集到的观测数据，即根据模拟观测数据可以计算得到与模拟观测数据对应的模拟海风信息。
本发明另一实施例中，如图2所示，上述步骤S102可以由以下步骤S201～步骤S203代替：
步骤S201，确定第一数据表；所述第一数据表中包括在不同入射角和/或不同极化方式下，所述微波散射计采集的观测数据与所述微波散射计的采集区域的海风信息的对应关系信息。
步骤S202，确定第二数据表；所述第二数据表中包括在不同入射角下，所述星载GNSS-R接收机采集的观测数据与所述星载GNSS-R接收机的采集区域的海风信息的对应关系信息。
步骤S203，根据所述第一数据表和所述第二数据表确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据。
实施上述的步骤S201～步骤S203，可以确定出表示微波散射计采集的观测数据与海风信息之间关系的第一数据表，并确定出表示星载GNSS-R接收机采集的观测数据与海风信息之间关系的第二数据表，根据第一数据表和第二数据表可以确定出多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，以使得到的模拟海风信息和模拟观测数据与真实值更加相似。
本发明实施例中，第一数据表中包括的微波散射计的采集区域的海风信息可以根据微波散射计在采集区域采集到的观测数据计算得到，观测数据可以在不同入射角和/或不同极化方式下通过微波散射计采集得到，得到多个模拟海风信息的方式具体可以为：根据微波散射计在采集区域采集到的观测数据构建微波散射计对应的地球物理模式函数(Geophysical Model Function，GMF)；并且可以根据构建的微波散射计对应的GMF以及最大似然法确定多个模拟海风信息。
可选的，构建微波散射计对应的GMF的公式可以为：
Figure BDA0003643223390000061
其中，谐波系数Bk,P(W)取决于地面风速W和极化方式P，极化方式可以为垂直发射垂直接收VV、水平发射水平接收HH、水平发射垂直接收HV或垂直发射水平接收VH；k可以为0、1或2；φr表示相对风速(即观测方位角与风速的夹角)，其中，谐波系数Bk,P(W)表示为：
Figure BDA0003643223390000071
其中，bki,P的值可以根据历史数据计算得到，进而可以计算得到Bk,P(W)；
可选的，根据构建的微波散射计对应的GMF以及最大似然法确定模拟风速的方式可以为：
Figure BDA0003643223390000072
其中，i为不同的观测方向(如前向观测、后向观测)以及观测模式(如HH极化、HV极化、VV极化、VH极化、L波段以及C波段等)，
Figure BDA0003643223390000073
为观测到的RCS，σoi为GMF模拟的雷达截面积，δi为对雷达截面积测量不确定度的标准差。例如，对观测到的多组不同频段的HH极化σ0，在对应的GMF中进行搜索迭代矢量风场，建立目标函数J(|U|，φ)，并通过约束优化得到最小化目标函数，最终得到反演的风场。
本发明实施例中，第二数据表中包括的星载GNSS-R接收机的采集区域的海风信息可以根据星载GNSS-R接收机在采集区域采集到的观测数据计算得到，观测数据可以在不同入射角下通过星载GNSS-R接收机采集得到，得到多个模拟海风信息的方式具体可以为：根据星载GNSS-R接收机在采集区域采集到的观测数据构建星载GNSS-R接收机对应的GMF；并且可以根据构建的星载GNSS-R接收机对应的GMF以及最大似然法确定多个模拟海风信息。
步骤S103，根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值。
步骤S104，逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值。
本发明实施例中，根据多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，可以利用预设的目标函数计算得到多个目标函数值；并且可以从多个目标函数值中选取数值最小的目标函数值，并获取数值最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息。
本发明实施例中，预设步长可以通过预先设置的方式确定，也可以通过随机生成的方式确定，预设步长可以用于实现风速搜索，即模拟海风信息中可以包括模拟海面风速和/或模拟海面风向等信息，举例来说，当模拟海风信息为模拟海面风速时，且预设步长可以小于最大的模拟海面风速与最小的模拟海面风速之差的绝对值，从而可以根据预设步长从模拟海面风速中确定出多个模拟海风信息。
作为一种可选的实施方式，步骤S203根据所述第一数据表和所述第二数据表确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据的方式可以包括以下步骤：
根据所述第一数据表和所述第二数据表，确定模拟区间；
根据所述预设步长，从所述模拟区间中确定多个模拟海风信息；
从所述第一数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第一模拟观测数据；
从所述第二数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第二模拟观测数据。
其中，实施这种实施方式，可以根据第一数据表和第二数据表确定出模拟区间，并根据预设步长从模拟区间中确定多个模拟海风信息，以及可以从第一数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第一模拟观测数据，以及从第二数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第二模拟观测数据，以使得到的第一模拟观测数据和第二模拟观测数据更加准确。
本发明实施例中，模拟海风信息可以为模拟风速，可以根据第一数据表和第二数据表中存储的采集区域的模拟风速确定出最大风速和最小风速，并根据最大风速和最小风速确定出风速的模拟区间，该模拟区间可包括最大风速和最小风速。
以及，确定多个模拟风速之后，可以从第一数据表中获取与各个模拟风速分别对应的第一模拟观测数据，还可以从第二数据表中获取与各个模拟风速分别对应的第二模拟观测数据；其中，第一模拟观测数据可以为第一数据表中与第一模拟观测数据对应的微波散射计采集到的观测数据；第二模拟观测数据可以为第二数据表中与第二模拟观测数据对应的星载GNSS-R接收机采集到的观测数据。
作为一种可选的实施方式，步骤S103根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值的方式可以包括以下步骤：
获取所述微波散射计对应的第一误差值和第一权重以及所述星载GNSS-R接收机对应的第二误差值和第二权重；
根据所述第一观测数据、所述任意一个模拟海风信息对应的第一模拟观测数据以及所述第一误差值，计算得到所述任意一个模拟海风信息对应的第一误差比值；
根据所述第二观测数据、所述任意一个模拟海风信息对应的第二模拟观测数据以及所述第二误差值，计算得到所述任意一个模拟海风信息对应的第二误差比值；
根据所述第一误差比值、所述第一权重、所述第二误差比值以及所述第二权重，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值。
其中，实施这种实施方式，可以根据第一观测数据、第二观测数据、微波散射计的第一权重、星载GNSS-R接收机的第二权重、第一模拟观测数据以及第二模拟观测数据，共同计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，提升了计算各个模拟海风信息对应的目标函数值的准确性。
本发明实施例中，微波散射计对应的第一误差值可以为微波散射计测量的RCS与实际的RCS之间的误差值；星载GNSS-R接收机对应的第二误差值可以为星载GNSS-R接收机采集到的DDM特征值与实际DDM特征值之间的误差值；第一观测数据为微波散射计采集到的观测数据，第一观测数据包括的数据类型与第一模拟观测数据包括的数据类型相同，即第一观测数据可以包括入射角、观测方位角、RCS以及观测经纬度等数据，第一模拟观测数据也可以包括入射角、观测方位角、RCS以及观测经纬度等数据，第一观测数据与第一模拟观测数据之间存在误差，例如，在实际的海风信息与模拟海风信息越接近的情况下，实际的海风信息对应的第一观测数据与模拟海风信息对应的第一模拟观测数据之间的误差越小，并且，由于微波散射计对应的第一误差值是不变的，因此，第一观测数据与第一模拟观测数据之间的误差与第一误差值计算得到的第一误差比值也就越小，可见，第一误差比值越小，第一模拟观测数据对应的模拟海风信息越接近第一观测数据对应的实际的海风信息。
以及，第二观测数据为星载GNSS-R接收机采集到的观测数据，第二观测数据包括的数据类型与第二模拟观测数据包括的数据类型相同，即第二观测数据可以包括入射角、DDM特征值以及观测经纬度等数据，第二模拟观测数据也可以包括入射角、DDM特征值以及观测经纬度等数据，第二观测数据与第二模拟观测数据之间存在误差，如果实际的海风信息与模拟海风信息越接近，则实际的海风信息对应的第二观测数据与模拟海风信息对应的第二模拟观测数据之间的误差越小，并且，由于星载GNSS-R接收机对应的第二误差值是不变的，因此，第二观测数据与第二模拟观测数据之间的误差与第二误差值计算得到的第二误差比值也就越小，可见，第二误差比值越小，第二模拟观测数据对应的模拟海风信息越接近第二观测数据对应的实际的海风信息。
综上所述，可以根据第一误差比值、第一权重、第二误差比值以及第二权重，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，该目标函数值可以认为是综合考虑第一观测数据与第一模拟观测数据之间的误差以及第二观测数据与第二模拟观测数据之间的误差得到的综合的误差比值，可见，目标函数值越小，目标函数值对应的模拟海风信息越接近实际的海风信息。
本发明实施例中，目标函数值J的计算方式可以为：
Figure BDA0003643223390000101
其中，δj可以为微波散射计对应的第一误差值，k2可以为微波散射计对应的第一权重，
Figure BDA0003643223390000102
可以为星载GNSS-R接收机对应的第二误差值，k1可以为星载GNSS-R接收机对应的第二权重，
Figure BDA0003643223390000103
可以为第一误差比值，
Figure BDA0003643223390000104
可以为第二误差比值，DDM特征值的数量可以为M，可以依次计算每一个DDM特征值对应的误差比值，并将每一个DDM特征值对应的误差比值相加，得到该DDM特征值对应的模拟风速的第二误差比值；
Figure BDA0003643223390000111
可以为第二模拟观测数据中的第i个DDM特征值，DDMi可以为实际观测到的第二观测数据中的第i个DDM特征值(例如DDM特征值包括①DDMA、②LES以及③TES，当i＝1时，
Figure BDA0003643223390000112
可以表示DDMA的模拟观测数据，DDMi可以表示实际观测到的DDMA的数据)；N表示在同一采集区域的同一时刻微波散射计在N个不同位置采集到的观测数据；σoj可以为第一模拟观测数据中在第j个位置通过GMF模拟的雷达截面积，
Figure BDA0003643223390000113
可以为第一观测数据中在第j个位置的实际观测到的RCS。以及，第一误差比值与第一权重相乘可以得到第一乘积，第二误差比值与第二权重相乘可以得到第二乘积，第一乘积和第二乘积相加可以得到目标函数值，权重，第一权重和第二权重的取值可以预先设置，本发明实施例不做限定。
步骤S105，根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。
本发明另一实施例中，如图3所示，当所述目标模拟海风信息的精度数值大于等于所述预设精度阈值时，所述方法还可以包括以下步骤：
步骤S301，根据所述目标模拟海风信息对所述多个模拟海风信息进行更新，得到更新后的多个模拟海风信息；
步骤S302，确定各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，并执行步骤S103～步骤S105。
实施上述的步骤S301～步骤S302，可以在计算得到的目标模拟海风信息的精度未达到标准时，根据目标模拟海风信息对多个模拟海风信息进行更新，并确定各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，能够及时地对模拟海风信息和模拟观测数据进行更新，以使计算得到的目标模拟海风信息的精度更大。
举例来说，目标模拟海风信息可以为目标模拟风速，模拟海风信息可以为模拟风速，目标模拟风速的精度数值可以与预设步长相同，精度数值越小，可以认为目标模拟风速的精确度越大，例如，当预设步长为0.01时，目标模拟风速的精度数值也为0.01，若预设精度阈值为0.02，则目标模拟风速的精度数值小于预设精度阈值，此时，可以将目标模拟风速确定为海面风速；若预设精度阈值为0.001，则目标模拟风速的精度数值大于预设精度阈值，此时，可以认为得到的目标模拟风速的精度不够准确，需要再次计算目标模拟风速，因此，需要对多个模拟风速进行更新，并确定各个模拟风速分别对应的模拟观测数据，以及执行步骤S103～步骤S105。
作为一种可选的实施方式，所述模拟海风信息可以为模拟风速，所述目标模拟海风信息可以为目标模拟风速，所述模拟区间可以为模拟风速区间，步骤S301根据所述目标模拟海风信息对所述多个模拟海风信息进行更新，得到更新后的多个模拟海风信息的方式可以包括以下步骤：
根据所述预设步长和所述目标模拟风速对所述模拟风速区间进行更新，得到更新后的模拟风速区间；其中，所述更新后的模拟风速区间的区间中点为所述目标模拟风速，所述更新后的模拟风速区间的区间起点距所述区间中点的距离的绝对值与所述预设步长相等，所述更新后的模拟风速区间的区间终点距所述区间中点的距离的绝对值与所述预设步长相等；
获取新步长；其中，所述新步长小于所述预设步长；
根据所述新步长，从所述更新后的模拟风速区间中确定多个待更新模拟风速；
利用多个待更新模拟风速对所述多个模拟风速进行更新，得到更新后的多个模拟风速。
其中，实施这种实施方式，可以根据预设步长和目标模拟风速对模拟风速区间进行更新，以缩小模拟风速区间的范围，并且可以更新步长，以使新步长小于原始步长，从而使得根据新步长，从更新后的模拟风速区间中确定的多个待更新模拟风速的精度越高，进一步可以提高更新的模拟风速的精度。
本发明实施例中，可以根据预设步长和目标模拟风速对模拟风速区间进行更新，可以将目标模拟风速设置为更新的模拟风速区间的中点，并且可以将目标模拟风速减去预设步长得到的差值确定为更新的模拟风速区间的起点，以及可以将目标模拟风速加预设步长得到的和确定为更新的模拟风速区间的终点。
举例来说，获取的新步长可以为0.1，更新的模拟风速区间可以为[10,11]，此时，更新的模拟风速区间的起点为10，终点为11，中点(即目标模拟风速)为10.5，根据新步长，从更新后的模拟风速区间中确定的多个待更新模拟风速可以为10、10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、10.7、10.8、10.9以及11；以及可以将多个待更新模拟风速确定为多个模拟风速，以实现对多个模拟风速的更新。
本发明另一实施例中，在上述步骤S105之后，还可以包括以下步骤：
获取所述采集区域之外的多个区域海面风速；
将所述海面风速与多个区域海面风速融合，得到全球海面风速。
其中，实施这种实施方式，可以将全球海面包括的多个区域的海面风速进行融合，得到全球海面风速，以使得到的全球海面风速更加精确且全面。
本发明能够通过融合多种传感器的观测数据，实现反演海面风速的观测次数的提升，从而提升了海面风速的反演精度。此外，本发明还可以使得到的模拟海风信息和模拟观测数据与真实值更加相似。此外，本发明还可以使得到的第一模拟观测数据和第二模拟观测数据更加准确。此外，本发明还可以提升计算各个模拟海风信息对应的目标函数值的准确性。此外，本发明还可以及时地对模拟海风信息和模拟观测数据进行更新，以使计算得到的目标模拟海风信息的精度更大。此外，本发明还可以提高更新的模拟风速的精度。此外，本发明还可以使得到的全球海面风速更加精确且全面。
示例性装置
在介绍了本发明示例性实施方式的方法之后，接下来，参考图4对本发明示例性实施方式的一种海面风速的反演装置进行说明，该装置包括：
获取单元401，用于获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；
处理单元402，用于确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；
计算单元403，用于根据获取单元401获取的所述第一观测数据、所述第二观测数据以及处理单元402确定的多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；
所述处理单元402，还用于逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的计算单元403得到的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；
所述处理单元402，还用于根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。
作为一种可选的实施方式，当所述目标模拟海风信息的精度数值大于等于所述预设精度阈值时，处理单元402还可以用于：
根据所述目标模拟海风信息对所述多个模拟海风信息进行更新，得到更新后的多个模拟海风信息；
确定各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，并执行所述的根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，以及逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值，以及根据所述目标模拟海风信息确定海面风速的步骤。
其中，实施这种实施方式，可以在计算得到的目标模拟海风信息的精度未达到标准时，根据目标模拟海风信息对多个模拟海风信息进行更新，并确定各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，能够及时地对模拟海风信息和模拟观测数据进行更新，以使计算得到的目标模拟海风信息的精度更大。
确定第一数据表；所述第一数据表中包括在不同入射角和/或不同极化方式下，所述微波散射计采集的观测数据与所述微波散射计的采集区域的海风信息的对应关系信息；
确定第二数据表；所述第二数据表中包括在不同入射角下，所述星载GNSS-R接收机采集的观测数据与所述星载GNSS-R接收机的采集区域的海风信息的对应关系信息；
根据所述第一数据表和所述第二数据表确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据。
其中，实施这种实施方式，可以确定出表示微波散射计采集的观测数据与海风信息之间关系的第一数据表，并确定出表示星载GNSS-R接收机采集的观测数据与海风信息之间关系的第二数据表，根据第一数据表和第二数据表可以确定出多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，以使得到的模拟海风信息和模拟观测数据与真实值更加相似。
作为一种可选的实施方式，处理单元402根据所述第一数据表和所述第二数据表确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据的方式具体为：
根据所述第一数据表和所述第二数据表，确定模拟区间；
根据所述预设步长，从所述模拟区间中确定多个模拟海风信息；
从所述第一数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第一模拟观测数据；
从所述第二数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第二模拟观测数据。
其中，实施这种实施方式，可以根据第一数据表和第二数据表确定出模拟区间，并根据预设步长从模拟区间中确定多个模拟海风信息，以及可以从第一数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第一模拟观测数据，以及从第二数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第二模拟观测数据，以使得到的第一模拟观测数据和第二模拟观测数据更加准确。
作为一种可选的实施方式，所述模拟海风信息为模拟风速，所述目标模拟海风信息为目标模拟风速，所述模拟区间为模拟风速区间，处理单元402根据所述目标模拟海风信息对所述多个模拟海风信息进行更新，得到更新后的多个模拟海风信息的方式具体为：
根据所述预设步长和所述目标模拟风速对所述模拟风速区间进行更新，得到更新后的模拟风速区间；其中，所述更新后的模拟风速区间的区间中点为所述目标模拟风速，所述更新后的模拟风速区间的区间起点距所述区间中点的距离的绝对值与所述预设步长相等，所述更新后的模拟风速区间的区间终点距所述区间中点的距离的绝对值与所述预设步长相等；
获取新步长；其中，所述新步长小于所述预设步长；
根据所述新步长，从所述更新后的模拟风速区间中确定多个待更新模拟风速；
利用多个待更新模拟风速对所述多个模拟风速进行更新，得到更新后的多个模拟风速。
其中，实施这种实施方式，可以根据预设步长和目标模拟风速对模拟风速区间进行更新，以缩小模拟风速区间的范围，并且可以更新步长，以使新步长小于原始步长，从而使得根据新步长，从更新后的模拟风速区间中确定的多个待更新模拟风速的精度越高，进一步可以提高更新的模拟风速的精度。
作为一种可选的实施方式，计算单元403根据获取单元401获取的所述第一观测数据、所述第二观测数据以及处理单元402确定的多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值的方式具体为：
获取所述微波散射计对应的第一误差值和第一权重以及所述星载GNSS-R接收机对应的第二误差值和第二权重；
根据所述第一观测数据、所述任意一个模拟海风信息对应的第一模拟观测数据以及所述第一误差值，计算得到所述任意一个模拟海风信息对应的第一误差比值；
根据所述第二观测数据、所述任意一个模拟海风信息对应的第二模拟观测数据以及所述第二误差值，计算得到所述任意一个模拟海风信息对应的第二误差比值；
根据所述第一误差比值、所述第一权重、所述第二误差比值以及所述第二权重，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值。
其中，实施这种实施方式，可以根据第一观测数据、第二观测数据、微波散射计的第一权重、星载GNSS-R接收机的第二权重、第一模拟观测数据以及第二模拟观测数据，共同计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，提升了计算各个模拟海风信息对应的目标函数值的准确性。
作为一种可选的实施方式，处理单元402还可以用于：
根据所述目标模拟海风信息确定海面风速之后，获取所述采集区域之外的多个区域海面风速；
将所述海面风速与多个区域海面风速融合，得到全球海面风速。
其中，实施这种实施方式，可以将全球海面包括的多个区域的海面风速进行融合，得到全球海面风速，以使得到的全球海面风速更加精确且全面。
示例性介质
在介绍了本发明示例性实施方式的方法和装置之后，接下来，参考图5对本发明示例性实施方式的计算机可读存储介质进行说明，请参考图5，其示出的计算机可读存储介质为光盘50，其上存储有计算机程序(即程序产品)，所述计算机程序在被处理器运行时，会实现上述方法实施方式中所记载的各步骤，例如，获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；根据第一观测数据、第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；根据所述目标模拟海风信息确定海面风速；各步骤的具体实现方式在此不再重复说明。
需要说明的是，所述计算机可读存储介质的例子还可以包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他光学、磁性存储介质，在此不再一一赘述。
示例性计算设备
在介绍了本发明示例性实施方式的方法、介质和装置之后，接下来，参考图6对本发明示例性实施方式的用于海面风速的反演的计算设备。
图6示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算设备60的框图，该计算设备60可以是计算机系统或服务器。图6显示的计算设备60仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图6所示，计算设备60的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元601，系统存储器602，连接不同系统组件(包括系统存储器602和处理单元601)的总线603。
计算设备60典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算设备60访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器602可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)6021和/或高速缓存存储器6022。计算设备60可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，ROM6023可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图6中未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管未在图6中示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线603相连。系统存储器602中可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块6024的程序/实用工具6025，可以存储在例如系统存储器602中，且这样的程序模块6024包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块6024通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算设备60也可以与一个或多个外部设备604(如键盘、指向设备、显示器等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口605进行。并且，计算设备60还可以通过网络适配器606与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图6所示，网络适配器606通过总线603与计算设备60的其它模块(如处理单元601等)通信。应当明白，尽管图6中未示出，可以结合计算设备60使用其它硬件和/或软件模块。
处理单元601通过运行存储在系统存储器602中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如，获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；根据第一观测数据、第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。各步骤的具体实现方式在此不再重复说明。应当注意，尽管在上文详细描述中提及了海面风速的反演装置的若干单元/模块或子单元/子模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、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，在本发明各个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，可以存储在一个处理器可执行的非易失的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)执行本发明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。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明揭露的技术范围内，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发明实施例技术方案的精神和范围，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所述以权利要求的保护范围为准。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

Claims (10)

1.一种海面风速的反演方法，包括：
获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；
确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；
根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；
逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；
根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。
2.根据权利要求1所述的海面风速的反演方法，当所述目标模拟海风信息的精度数值大于等于所述预设精度阈值时，所述方法还包括：
根据所述目标模拟海风信息对所述多个模拟海风信息进行更新，得到更新后的多个模拟海风信息；
确定各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，并执行所述的根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，以及逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值，以及根据所述目标模拟海风信息确定海面风速的步骤。
3.根据权利要求2所述的海面风速的反演方法，所述确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，包括：
确定第一数据表；所述第一数据表中包括在不同入射角和/或不同极化方式下，所述微波散射计采集的观测数据与所述微波散射计的采集区域的海风信息的对应关系信息；
确定第二数据表；所述第二数据表中包括在不同入射角下，所述星载GNSS-R接收机采集的观测数据与所述星载GNSS-R接收机的采集区域的海风信息的对应关系信息；
根据所述第一数据表和所述第二数据表确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据。
4.根据权利要求3所述的海面风速的反演方法，所述根据所述第一数据表和所述第二数据表确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据，包括：
根据所述第一数据表和所述第二数据表，确定模拟区间；
根据所述预设步长，从所述模拟区间中确定多个模拟海风信息；
从所述第一数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第一模拟观测数据；
从所述第二数据表中获取与各个模拟海风信息分别对应的第二模拟观测数据。
5.根据权利要求4所述的海面风速的反演方法，所述模拟海风信息为模拟风速，所述目标模拟海风信息为目标模拟风速，所述模拟区间为模拟风速区间，所述根据所述目标模拟海风信息对所述多个模拟海风信息进行更新，得到更新后的多个模拟海风信息，包括：
根据所述预设步长和所述目标模拟风速对所述模拟风速区间进行更新，得到更新后的模拟风速区间；其中，所述更新后的模拟风速区间的区间中点为所述目标模拟风速，所述更新后的模拟风速区间的区间起点距所述区间中点的距离的绝对值与所述预设步长相等，所述更新后的模拟风速区间的区间终点距所述区间中点的距离的绝对值与所述预设步长相等；
获取新步长；其中，所述新步长小于所述预设步长；
根据所述新步长，从所述更新后的模拟风速区间中确定多个待更新模拟风速；
利用多个待更新模拟风速对所述多个模拟风速进行更新，得到更新后的多个模拟风速。
6.根据权利要求4或5所述的海面风速的反演方法，所述根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值，包括：
获取所述微波散射计对应的第一误差值和第一权重以及所述星载GNSS-R接收机对应的第二误差值和第二权重；
根据所述第一观测数据、所述任意一个模拟海风信息对应的第一模拟观测数据以及所述第一误差值，计算得到所述任意一个模拟海风信息对应的第一误差比值；
根据所述第二观测数据、所述任意一个模拟海风信息对应的第二模拟观测数据以及所述第二误差值，计算得到所述任意一个模拟海风信息对应的第二误差比值；
根据所述第一误差比值、所述第一权重、所述第二误差比值以及所述第二权重，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值。
7.根据权利要求1～5任一项所述的海面风速的反演方法，所述根据所述目标模拟海风信息确定海面风速之后，所述方法还包括：
获取所述采集区域之外的多个区域海面风速；
将所述海面风速与多个区域海面风速融合，得到全球海面风速。
8.一种海面风速的反演装置，包括：
获取单元，用于获取第一观测数据和第二观测数据；其中，所述第一观测数据通过微波散射计采集得到；所述第二观测数据通过星载GNSS-R接收机采集得到；所述微波散射计的采集区域与所述星载GNSS-R接收机的采集区域相同；
处理单元，用于确定多个模拟海风信息以及各个模拟海风信息分别对应的模拟观测数据；
计算单元，用于根据所述第一观测数据、所述第二观测数据以及多个模拟观测数据，计算得到各个模拟海风信息分别对应的目标函数值；
所述处理单元，还用于逐步缩小风速搜索的预设步长，直至所述预设步长对应的多个目标函数值中最小的目标函数值对应的目标模拟海风信息的精度数值小于预设精度数值；
所述处理单元，还用于根据所述目标模拟海风信息确定海面风速。
9.一种计算机可读存储介质，其包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～7中的任一项所述的方法。
10.一种计算设备，所述计算设备包括：
至少一个处理器、存储器和输入输出单元；
其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述存储器中存储的计算机程序来执行如权利要求1～7中任一项所述的方法。
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