CN114993483B - 一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质，属于空间微波遥感技术领域，该方法包括：利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息；将海表温度及大气信息输入辐射传输模型获取海面亮温模拟值、海面发射率及大气透过率；对海面亮温观测值进行校正得到校正后的海面亮温观测值；对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值；将第一海面观测亮温值以及第二海面亮温观测值代入定标方程，确定定标系数的取值。通过采用上述星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质，解决了现有技术中星载微波辐射计的定标精度较低的问题。

Description

一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及空间微波遥感技术领域，具体而言，涉及一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
星载微波辐射计是进行海洋观测的主要传感器，我国星载微波辐射计最早搭载于气象卫星风云三号，海洋二号 A 星和海洋二号 B 星，不但可以对海表温度、海面风速、液态水总量等参数进行观测，还可以为海洋、减灾、农业、气象以及军事等多个行业和业务部门提供服务，是我国实施海洋资源开发、灾害防治和环境监测的重要技术支撑。目前，对于星载微波辐射计观测的亮温值的精度要求越来越高，星载微波辐射计的观测精度依赖于其定标精度，而定标精度的高低取决于定标系数的准确性，因此，需要精准地确定星载微波辐射计的定标系数。
目前，通常采用如下两种方式进行定标，一种是地面真空定标试验方法，另一种是卫星在轨冷空定标方法。采用地面真空定标试验方式时，是从馈源口面直接进行定标的，无法将天线口面的影响定标出来，这会造成定标精度低的问题。采用卫星在轨冷空定标方法时，由于卫星在轨工作后天线位置的变动、接收机通道的漂移等均会造成通道的一致性变化，也会导致定标精度低的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中星载微波辐射计的定标精度较低的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种星载微波辐射计外定标方法，包括：
利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，多种观测设备包括地基微波辐射计、大气微波辐射计、Foby浮标以及探空气球；
将海表温度以及大气信息输入至辐射传输模型，获取海面亮温模拟值、海面发射率以及大气透过率；
利用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值；
基于大气亮温观测值、大气透过率、海面发射率对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值；
将第一海面观测亮温值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程，确定星载微波辐射计的定标系数的取值。
可选地，利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，包括：确定目标时空位置，目标时空位置包括星载微波辐射计观测的目标区域以及观测时间；利用地基微波辐射计、大气微波辐射计以及Foby浮标分别获取目标时空位置对应的海面亮温观测值、大气亮温观测值以及海表温度；利用探空气球观测获得目标时空位置的大气信息，大气信息包括大气温度、大气湿度、气压、风速以及风向。
可选地，海面亮温模拟值包括多个，海面亮温观测值包括多个；利用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值，包括：将多个海面亮温模拟值的均值作为第一海面亮温参考值；将多个海面亮温观测值的均值作为海面亮温观测均值；计算海面亮温观测均值与第一海面亮温参考值之差，确定亮温偏差值；计算海面亮温观测值与亮温偏差值的差值，得到无偏差海面亮温观测值；对无偏差海面亮温观测值进行波动滤除处理，确定校正后的海面观测亮温值。
可选地，无偏差海面亮温观测值包括多个；对无偏差海面亮温观测值进行波动滤除处理，确定校正后的海面亮温观测值，包括：将多个无偏差海面亮温观测值的均值作为第二海面亮温参考值；将无偏差海面亮温观测值与第二海面亮温参考值的均方根误差作为波动阈值； 选取与第二海面亮温参考值之差小于三倍波动阈值的无偏差海面亮温观测值作为校正后的海面亮温观测值。
可选地，基于大气亮温观测值、大气透过率、海面发射率对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值，包括：将大气透过率、海面发射率以及校正后的海面观测亮温值三者的乘积作为第一路径转换值；计算大气透过率与冷空观测亮温值的乘积，将该乘积与大气下行亮温值之和作为大气亮温辐射值；基于海面发射率确定海面反射率；将大气透过率、大气亮温辐射值以及海面反射率三者的乘积作为第二路径转换值；将第一路径转换值、第二路径转换值以及大气亮温观测值三者之和，确定为第一海面亮温观测值。
可选地，定标方程包括第一定标方程以及第二定标方程；在将第一海面观测亮温值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程之前，还包括：将第一海面亮温观测值与亮温比例因子的乘积确定为第一观测值；将星载微波辐射计观测得到的冷空观测亮温值与定标系数的乘积确定为第二观测值；将第一观测值与第二观测值之和与第二海面亮温观测值建立等式关系确定第一定标方程，第二海面亮温观测值是星载微波辐射计观测的目标时空位置对应的海面亮温观测值；将亮温比例因子与定标系数之和与1建立等式关系确定第二定标方程。
可选地，在利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息之后，还包括：获取历史海面亮温观测值对应的数据筛选区间；将与海面亮温观测均值之差大于设定阈值的海面亮温观测值，或者，超出数据筛选区间的海面亮温观测值，或者，与海面亮温观测均值的均方根误差大于或者等于设定误差的海面亮温观测值剔除，获取经过数据预处理后的海面亮温观测值，以对经过数据预处理后的海面亮温观测值进行校正得到校正后的海面亮温观测值。
第二方面，本申请实施例还提供了一种星载微波辐射计外定标装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，多种观测设备包括地基微波辐射计、大气微波辐射计、Foby浮标以及探空气球；
数据计算模块，用于将海表温度以及大气信息输入至辐射传输模型，获取海面亮温模拟值、海面发射率以及大气透过率；
数据校正模块，用于利用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值；
路径转换模块，用于基于大气亮温观测值、大气透过率、海面发射率对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值；
定标模块，用于将第一海面观测亮温值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程，确定星载微波辐射计的定标系数的取值。
第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的星载微波辐射计外定标方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供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如上述的星载微波辐射计外定标方法的步骤。
本申请实施例带来了以下有益效果：
本申请实施例提供的一种星载微波辐射计外定标方法、装置、设备及存储介质，能够利用外部定标源更精确地获取海面观测数据，并利用计算得到的海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，进一步提高参考数据的精度，然后利用高精度的校正后的海面亮温观测值进行定标系数的计算，与现有技术中的星载微波辐射计外定标方法相比，可以提供卫星在轨后更精确的实时数据，干扰更少，还可以实现实时定标，从而修正星载微波辐射计工作时间过长后出现的定标系数精度变差问题，能够保障星载微波辐射计长时间连续稳定工作，解决了现有技术中星载微波辐射计的定标精度较低的问题。
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示出了本申请实施例所提供的星载微波辐射计外定标方法的流程图；
图2示出了本申请实施例所提供的地基微波辐射计的结构示意图；
图3示出了本申请实施例所提供的星载微波辐射计外定标装置的结构示意图；
图4示出了本申请实施例所提供的电子设备的结构示意图。
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每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。
值得注意的是，在本申请提出之前，星载微波辐射计是进行海洋观测的主要传感器，我国星载微波辐射计最早搭载于气象卫星风云三号，海洋二号 A 星和海洋二号 B 星，不但可以对海表温度、海面风速、液态水总量等参数进行观测，还可以为海洋、减灾、农业、气象以及军事等多个行业和业务部门提供服务，是我国实施海洋资源开发、灾害防治和环境监测的重要技术支撑。目前，对于星载微波辐射计观测的亮温值的精度要求越来越高，星载微波辐射计的观测精度依赖于其定标精度，而定标精度的高低取决于定标系数的准确性，因此，需要精准地确定星载微波辐射计的定标系数。目前，通常采用如下两种方式进行定标，一种是地面真空定标试验方法，另一种是卫星在轨冷空定标方法。采用地面真空定标试验方式时，是从馈源口面直接进行定标的，无法将天线口面的影响定标出来，这会造成定标精度低的问题。采用卫星在轨冷空定标方法时，由于卫星在轨工作后天线位置的变动、接收机通道的漂移等均会造成通道的一致性变化，也会导致定标精度低的问题。
基于此，本申请实施例提供了一种星载微波辐射计外定标方法，以提高星载微波辐射计的定标精度。
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种星载微波辐射计外定标方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的星载微波辐射计外定标方法，包括：
步骤S101，利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息。
该步骤中，多种观测设备可指用于外部定标的观测设备，多种观测设备是除星载微波辐射计之外的观测设备，多种观测设备用于同星载微波辐射计一起对目标时空位置进行同步观测。
多种观测设备包括地基微波辐射计、大气微波辐射计、Foby浮标以及探空气球。
地基微波辐射计用于获取海面亮温观测值。
下面参照图2来介绍地基微波辐射计。
图2示出了本申请实施例所提供的地基微波辐射计的结构示意图。
如图2所示，地基微波辐射包括C~Ka波段的馈源、C~Ka波段接收机、采集器和控制配电器。其中，C~Ka波段的馈源包括CX馈源、K1K2馈源以及Ka馈源，C、X波段的信号共用一个CX馈源，K1、K2波段的信号共用一个K1K2馈源，Ka波段的信号单独用一个CX馈源。遥感信号通过馈源接收后分成三组波段的信号送入共计10台接收机中，这10台接收机分别是6.9GHz接收机V、6.9GHz接收机H、10.7GHz接收机V、10.7GHz接收机H、18.7GHz接收机V、18.7GHz接收机H、23.8GHz接收机V、23.8GHz接收机H、36.5GHz接收机V、36.5GHz接收机H，接收机根据不同的频率选择接收不同的信号，相同频率的接收机有H、V两种极化方式，可以接收不同极化方式的信号。
大气微波辐射计用于获取大气亮温观测值。
大气微波辐射计包含两个频段，共计35个通道。其中，51~59GHz频段为氧气吸收带，包含14个通道，用于大气垂直温度廓线探测；22~30GHz为水汽吸收带，包含21个通道。系统在功能上分为4个分机开展设计，分别是：天线子系统、接收机子系统、信号采集与控制子系统、定标源子系统，其中，天线子系统包含天馈系统、极化栅网、扫描机构、伺服控制器，接收机子系统包括两个频段的接收机，定标源子系统包括源体和控制器。
Foby浮标用于获取海表温度。
探空气球可指把探空仪器带到高空进行温度、大气压力、湿度、风速风向等气象要素测量的气球，探空气球用于获取大气信息。
目标时空位置可指选取观测的目标区域以及针对该目标区域的观测时间区间。
大气亮温观测值可指大气亮温的观测值，大气亮温观测值是利用大气微波辐射计对大气进行观测时得到的亮温值，大气亮温观测值记作：
Figure M_220801103158893_893598001
。
海面亮温观测值可指海面亮温的观测值，海面亮温观测值是利用地基微波辐射计针对海面进行观测时得到的亮温值，海面亮温观测值记作：
Figure M_220801103159019_019001001
。
海表温度可指海水表面的水温，海表温度是利用Foby浮标对海面进行观测时得到的水温。
大气信息可指大气层不同高度的信息，大气信息是利用探空气球观测得到的。
在一可选实施例中，利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，包括：确定目标时空位置，目标时空位置包括星载微波辐射计观测的目标区域以及观测时间；利用地基微波辐射计、大气微波辐射计以及Foby浮标分别获取目标时空位置对应的海面亮温观测值、大气亮温观测值以及海表温度；利用探空气球观测获得目标时空位置的大气信息，大气信息包括大气温度、大气湿度、气压、风速以及风向。
具体的，确定卫星经过目标区域时对应的观测时间，在卫星进入目标区域时控制地基微波辐射计、大气微波辐射计同步开机工作，与卫星上的星载微波辐射计同步对目标区域进行观测，利用地基微波辐射计获取海面亮温观测值，利用大气微波辐射计获取大气亮温观测值，当卫星飞离目标区域后控制地基微波辐射计、大气微波辐射计关机停止工作，并将观测时间内同步观测得到的海面亮温观测值以及大气亮温观测值存储在服务器中。
在地基微波辐射计对海面进行观测时，通过控制配电器转动馈源，然后选择与星载微波辐射计一致的入射角度来对准海面进行观测，地基微波辐射计的10台接收机接收到不同频率的信号后送入采集器中，采集器进行量化处理，得到海面亮温观测值。其中，在观测时间内可获得多个海面亮温观测值，多个海面亮温观测值共同组成一个数组，即得到海面亮温观测值是一个数组，该数组内包括多个元素，每个元素就是观测时间内一个观测时刻一个海面亮温观测值，每个海面亮温观测值是海面亮温观测值数组中的一个元素。
在大气微波辐射计对大气进行观测时，大气微波辐射计天线主波束指向天空，天线收到大气辐射流量，引起天线视在温度的变化，天线视在温度就是大气亮温观测值。天线接收的信号经过放大、滤波、检波和再放大后以电压形式输出，通过输出电压与天线视在温度之间的对应关系，就可以确定大气亮温观测值。
Foby浮标放置于海面上，能够对目标区域的海表温度进行24小时不间断连续观测，确定观测时间后，可从24小时的观测数据中选取观测时间所对应的海表温度，并将观测时间内海表温度的平均值作为目标时空位置对应的海表温度。
探空气球是在观测时间开始前在目标区域内被放入空中的，探空气球在飞行过程中不断测量0至100米各高度层的大气信息，以获得目标时空位置的大气信息，这些大气信息包括不同高度层的大气温度、大气湿度、气压、风速以及风向。
在一可选实施例中，在利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息之后，还包括：获取历史海面亮温观测值对应的数据筛选区间；将与海面亮温观测均值之差大于设定阈值的海面亮温观测值，或者，超出数据筛选区间的海面亮温观测值，或者，与海面亮温观测均值的均方根误差大于或者等于设定误差的海面亮温观测值剔除，获取经过数据预处理后的海面亮温观测值，以对经过数据预处理后的海面亮温观测值进行校正得到校正后的海面亮温观测值。
具体的，在利用地基微波辐射计获取海面亮温观测值后，需要对海面亮温观测值进行质量控制，例如：剔除异常值，以保证海面亮温观测值的准确性。
这里，可将历史海面亮温观测值作为参考，确定历史海面亮温观测值的极大值和极小值，将历史海面亮温观测值的极大值与极小值之间的数值区间作为数据筛选区间，将超出数值筛选区间的海面亮温观测值剔除。同时，选取3K作为设定阈值，将与海面亮温观测均值之差大于3K海面亮温观测值剔除，得到经过数据预处理后的海面亮温观测值，其中，K为亮温的单位。另外，计算多个海面亮温观测值与海面亮温观测均值的均方根，针对每个海面亮温观测值，计算该海面亮温观测值与海面亮温观测均值之差，如果该差值大于或者等于设定误差则将该海面亮温观测值剔除，其中，设定误差可以取值为多个海面亮温观测值与海面亮温观测均值的均方根的三倍。
步骤S102，将海表温度以及大气信息输入至辐射传输模型，获取海面亮温模拟值、海面发射率以及大气透过率。
该步骤中，辐射传输模型包括大气吸收模型以及海面模型，辐射传输模型属于现有技术，这里不再赘述。
海面亮温模拟值可指海面亮温值的模拟数值，海面亮温模拟值是经由辐射传输模型计算得到的，而不是由设备直接观测得到的，海面亮温模拟值记作：
Figure M_220801103159050_050256001
。
海面发射率可指海水表面的发射率，海面发射率用于表征海面吸收和发射红外能量的能力，海面发射率记作：E。
大气透过率可指电磁波在大气中传播时，经大气衰减后的电磁辐射通量与入射时电磁辐射通量的比值。大气透过率是影响红外辐射传输的重要因素，大气透过率记作：τ。
步骤S103，利用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值。
该步骤中，由于地基微波辐射计观测得到的海面亮温观测值可能存在偏差以及波动，需要对海面亮温观测值进行校正。这里，可以用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正。
在一可选实施例中，海面亮温模拟值包括多个，海面亮温观测值包括多个；利用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值，包括：将多个海面亮温模拟值的均值作为第一海面亮温参考值；将多个海面亮温观测值的均值作为海面亮温观测均值；计算海面亮温观测均值与第一海面亮温参考值之差，确定亮温偏差值；计算海面亮温观测值与亮温偏差值的差值，得到无偏差海面亮温观测值；对无偏差海面亮温观测值进行波动滤除处理，确定校正后的海面观测亮温值。
具体的，海面亮温模拟值是一个数组，海面亮温观测值也是一个数组，该每个数组内均包括多个元素，在海面亮温模拟值对应的数组中每个元素即是一个海面亮温模拟值，在海面亮温观测值对应的数组中每个元素即是一个海面亮温观测值。计算多个海面亮温模拟值的均值得到第一海面亮温参考值，第一海面亮温参考值为一个定值，记作
Figure M_220801103159084_084494001
，计算多个海面亮温观测值的均值得到海面亮温观测均值，海面亮温观测均值为一个定值，记作
Figure M_220801103159116_116163002
。根据第一海面亮温参考值以及海面亮温观测均值
Figure M_220801103159147_147431003
，利用计算公式计算得到无偏差海面亮温观测值
Figure M_220801103159163_163046004
，计算公式如下：
Figure M_220801103159194_194320001
=
Figure M_220801103159225_225544002
-（
Figure M_220801103159241_241174003
-
Figure M_220801103159273_273365004
）。
上式中，
Figure M_220801103159289_289510001
表示无偏差海面亮温观测值，
Figure M_220801103159305_305139002
表示海面亮温观测值，
Figure M_220801103159336_336414003
海面亮温观测均值，
Figure M_220801103159351_351555004
表示第一海面亮温参考值。
在一可选实施例中，无偏差海面亮温观测值包括多个；对无偏差海面亮温观测值进行波动滤除处理，确定校正后的海面亮温观测值，包括：将多个无偏差海面亮温观测值的均值作为第二海面亮温参考值；将无偏差海面亮温观测值与第二海面亮温参考值的均方根误差作为波动阈值；选取与第二海面亮温参考值之差小于三倍波动阈值的无偏差海面亮温观测值作为校正后的海面亮温观测值。
具体的，无偏差海面亮温观测值也是一个数组，数组中包括多个无偏差海面亮温观测值，将多个无偏差海面亮温观测值的均值作为第二海面亮温参考值，记作：
Figure M_220801103159383_383285001
。然后，通过3
Figure M_220801103159398_398875002
准则滤除无偏差海面亮温观测值的波动。首先计算波动阈值，波动阈值记作：
Figure M_220801103159430_430140003
，可通过如下公式计算波动阈值：
Figure M_220801103159462_462802001
；
上式中，
Figure M_220801103159510_510214001
表示无偏差海面亮温观测值
Figure M_220801103159541_541466002
的数组长度，
Figure M_220801103159557_557097003
表示第
Figure M_220801103159588_588325004
个观测点。
最后，计算每个无偏差海面亮温观测值与第二海面亮温参考值
Figure M_220801103159635_635202001
之差，选取差值小于三倍波动阈值的无偏差海面亮温观测值作为校正后的海面亮温观测值，校正后的海面亮温观测值记作：
Figure M_220801103159650_650830002
。
步骤S104，基于大气亮温观测值、大气透过率、海面发射率对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值。
该步骤中，第一海面亮温观测值可指与星载微波辐射计的观测路径一致的校正后的海面亮温观测值，第一海面亮温观测值用于作为星载微波辐射计观测得到的第二海面亮温观测值的参考值。
由于地基微波辐射计是在海上平台对海面进行观测的，而星载微波辐射计是从太空中对海面进行观测的，显然两者的观测路径是不统一的，所以，需要将校正后的海面亮温观测值进行路径转换，以转换到星载微波辐射计的观测路径，得到相同观测路径下的海面亮温观测值。
在一可选实施例中，基于大气亮温观测值、大气透过率、海面发射率对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值，包括：将大气透过率、海面发射率以及校正后的海面观测亮温值三者的乘积作为第一路径转换值；计算大气透过率与冷空观测亮温值的乘积，将该乘积与大气下行亮温值之和作为大气亮温辐射值；基于海面发射率确定海面反射率；将大气透过率、大气亮温辐射值以及海面反射率三者的乘积作为第二路径转换值；将第一路径转换值、第二路径转换值以及大气亮温观测值三者之和，确定为第一海面亮温观测值。
具体的，海面反射率可以通过
Figure M_220801103159699_699167001
计算得到，第一海面亮温观测值可通过如下公式计算得到：
Figure M_220801103159730_730457001
；
上式中，
Figure M_220801103159777_777276001
代表第一海面亮温观测值，
Figure M_220801103159808_808576002
代表大气亮温观测值，
Figure M_220801103159839_839802003
代表第一路径转换值，
Figure M_220801103159855_855446004
代表海面发射率，
Figure M_220801103159873_873473005
代表大气下行亮温值，可以认为
Figure M_220801103159905_905238006
，
Figure M_220801103159936_936481007
为冷空观测亮温值，即，宇宙背景辐射经海面反射后经过大气衰减到达天线口面的亮温，取值为2.73K，
Figure M_220801103159967_967762008
为大气亮温辐射值，
Figure M_220801103159983_983404009
代表第二路径转换值，τ代表大气透过率，E代表海面发射率，
Figure M_220801103200045_045872010
代表校正后的海面亮温观测值。
由上式可知，第一海面亮温观测值包括了大气亮温观测值（大气上行亮温观测值）、经过海面反射后经过大气衰减被卫星接收到的大气下行亮温观测值、经过大气衰减被卫星接收到的校正后的海面亮温观测值、宇宙背景辐射经过海面反射后经过大气衰减被卫星接收到的天线口面的亮温值，可见，第一海面亮温观测值能够准确且全面地反映海面亮温的真实值。
步骤S105，将第一海面观测亮温值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程，确定星载微波辐射计的定标系数的取值。
该步骤中，第二海面亮温观测值可指在目标时空位置星载微波辐射计同步观测得到的海面亮温观测值，第二海面亮温观测值用于与第一海面亮温观测值一起作为定标方程的输入参数，以确定定标系数的取值。
第二海面亮温观测值是星载微波辐射计与地基微波辐射计、大气微波辐射计、Foby浮标以及探空气球是在相同观测时间内对同一个目标区域进行观测得到的。
定标方程可指包括定标参数的方程，定标方程用于确定定标系数的取值。
在一可选实施例中，定标方程包括第一定标方程以及第二定标方程；在将第一海面观测亮温值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程之前，还包括：将第一海面亮温观测值与亮温比例因子的乘积确定为第一观测值；将星载微波辐射计观测得到的冷空观测亮温值与定标系数的乘积确定为第二观测值；将第一观测值与第二观测值之和与第二海面亮温观测值建立等式关系确定第一定标方程，第二海面亮温观测值是星载微波辐射计观测的目标时空位置对应的海面亮温观测值；将亮温比例因子与定标系数之和与1建立等式关系确定第二定标方程。
具体的，为了确定定标系数的取值，首先需要建立定标方程，定标方程分为第一定标方程以及第二定标方程，第一定标方程如下所示：
Figure M_220801103200063_063894001
；
上式中，
Figure M_220801103200111_111292001
代表第一海面亮温观测值，
Figure M_220801103200126_126911002
为冷空观测亮温值，即，宇宙背景辐射经海面反射后经过大气衰减到达天线口面的亮温，取值为2.73K，
Figure M_220801103200158_158151003
代表第二海面亮温观测值，
Figure M_220801103200173_173795004
代表亮温比例因子，
Figure M_220801103200205_205069005
代表定标系数，即冷空溢出比例因子。
第二定标方程如下所示：
Figure M_220801103200220_220682001
；
上式中，
Figure M_220801103200251_251932001
代表亮温比例因子，
Figure M_220801103200286_286614002
代表定标系数，即冷空溢出比例因子。
具体的，由于第一海面亮温观测值
Figure M_220801103200302_302686001
和第二海面亮温观测值
Figure M_220801103200333_333959002
是已知的，冷空观测亮温值
Figure M_220801103200349_349584003
是常数2.73K，因此，将上述三个值代入第一定标方程和第二定标方程，可以计算得出亮温比例因子以及定标系数的取值。
假设，接收机共有3个频率，且每个频率对应H、V两种极化方式，则可得到如下的定标系数。
下面参见表1来介绍定标系数。
表1：定标系数取值表。
Figure S_220801103200396_396478001
如表1所示，不同频率不同极化方式对应各自的定标系数，通过本申请的方案能够得到较为精准的定标系数的取值，利用该定标系数能够提高星载微波辐射计的定标精度。
与现有技术中星载微波辐射计外定标方法相比，本申请能够利用外部定标源更精确地获取海面观测数据，并利用计算得到的海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，进一步提高参考数据的精度，然后利用高精度的校正后的海面亮温观测值进行定标系数的计算，可以提供卫星在轨后更精确的实时数据，干扰更少，还可以实现实时定标，从而修正星载微波辐射计工作时间过长后出现的定标系数精度变差问题，能够保障星载微波辐射计长时间连续稳定工作，解决了现有技术中星载微波辐射计的定标精度较低的问题。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了与星载微波辐射计外定标方法对应的星载微波辐射计外定标装置，由于本申请实施例中的装置解决问题的原理与本申请实施例上述星载微波辐射计外定标方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
请参阅图3，图3为本申请实施例所提供的一种星载微波辐射计外定标装置的结构示意图。如图3中所示，所述星载微波辐射计外定标装置200包括：
数据获取模块201，用于利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，多种观测设备包括地基微波辐射计、大气微波辐射计、浮标以及探空气球；
数据计算模块202，用于将海表温度以及大气信息输入至辐射传输模型，获取海面亮温模拟值、海面发射率以及大气透过率；
数据校正模块203，用于利用海面亮温模拟值对海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值；
路径转换模块204，用于基于大气亮温观测值、大气透过率、海面发射率对校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值；
定标模块205，用于将第一海面观测亮温值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程，确定星载微波辐射计的定标系数的取值。
请参阅图4，图4为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图4中所示，所述电子设备300包括处理器310、存储器320和总线330。
所述存储器320存储有所述处理器310可执行的机器可读指令，当电子设备300运行时，所述处理器310与所述存储器320之间通过总线330通信，所述机器可读指令被所述处理器310执行时，可以执行如上述图1所示方法实施例中的星载微波辐射计外定标方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例还提供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可以执行如上述图1所示方法实施例中的星载微波辐射计外定标方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
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。
在本申请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，在本申请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（Read-OnlyMemory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、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以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种星载微波辐射计外定标方法，其特征在于，包括：
利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，所述多种观测设备包括地基微波辐射计、大气微波辐射计、Foby浮标以及探空气球，所述大气亮温观测值是利用大气微波辐射计对大气进行观测时得到的亮温值，所述海面亮温观测值是利用地基微波辐射计针对海面进行观测时得到的亮温值；
将所述海表温度以及所述大气信息输入至辐射传输模型，获取海面亮温模拟值、海面发射率以及大气透过率；
利用所述海面亮温模拟值对所述海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值；
基于所述大气亮温观测值、所述大气透过率、所述海面发射率对所述校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值；
将所述第一海面亮温观测 值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程，确定所述星载微波辐射计的定标系数的取值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，包括：
确定目标时空位置，所述目标时空位置包括所述星载微波辐射计观测的目标区域以及观测时间；
利用地基微波辐射计、大气微波辐射计以及Foby浮标分别获取所述目标时空位置对应的海面亮温观测值、大气亮温观测值以及海表温度；
利用探空气球观测获得所述目标时空位置的大气信息，所述大气信息包括大气温度、大气湿度、气压、风速以及风向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海面亮温模拟值包括多个，所述海面亮温观测值包括多个；
所述利用所述海面亮温模拟值对所述海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值，包括：
将多个海面亮温模拟值的均值作为第一海面亮温参考值；
将多个海面亮温观测值的均值作为海面亮温观测均值；
计算所述海面亮温观测均值与所述第一海面亮温参考值之差，确定亮温偏差值；
计算所述海面亮温观测值与所述亮温偏差值的差值，得到无偏差海面亮温观测值；
对所述无偏差海面亮温观测值进行波动滤除处理，确定校正后的海面亮温观测 值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无偏差海面亮温观测值包括多个；
所述对所述无偏差海面亮温观测值进行波动滤除处理，确定校正后的海面亮温观测值，包括：
将多个无偏差海面亮温观测值的均值作为第二海面亮温参考值；
将所述无偏差海面亮温观测值与第二海面亮温参考值的均方根误差作为波动阈值；
选取与所述第二海面亮温参考值之差小于三倍波动阈值的无偏差海面亮温观测值作为校正后的海面亮温观测值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述大气亮温观测值、所述大气透过率、所述海面发射率对所述校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值，包括：
将所述大气透过率、所述海面发射率以及校正后的海面亮温观测 值三者的乘积作为第一路径转换值；
计算所述大气透过率与冷空观测亮温值的乘积，将该乘积与大气下行亮温值之和作为大气亮温辐射值；
基于所述海面发射率确定海面反射率；
将所述大气透过率、所述大气亮温辐射值以及海面反射率三者的乘积作为第二路径转换值；
将所述第一路径转换值、所述第二路径转换值以及所述大气亮温观测值三者之和，确定为第一海面亮温观测值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定标方程包括第一定标方程以及第二定标方程；
在将所述第一海面亮温观测 值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程之前，还包括：
将所述第一海面亮温观测值与亮温比例因子的乘积确定为第一观测值；
将所述星载微波辐射计观测得到的冷空观测亮温值与定标系数的乘积确定为第二观测值；
将所述第一观测值与第二观测值之和与第二海面亮温观测值建立等式关系确定第一定标方程，所述第二海面亮温观测值是所述星载微波辐射计观测的目标时空位置对应的海面亮温观测值；
将所述亮温比例因子与所述定标系数之和与1建立等式关系确定第二定标方程。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息之后，还包括：
获取历史海面亮温观测值对应的数据筛选区间；
将与所述海面亮温观测均值之差大于设定阈值的海面亮温观测值，或者，超出所述数据筛选区间的海面亮温观测值，或者，与所述海面亮温观测均值的均方根误差大于或者等于设定误差的海面亮温观测值剔除，获取经过数据预处理后的海面亮温观测值，以对所述经过数据预处理后的海面亮温观测值进行校正得到校正后的海面亮温观测值。
8.一种星载微波辐射计外定标装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于利用多种观测设备获取目标时空位置对应的大气亮温观测值、海面亮温观测值、海表温度以及大气信息，所述多种观测设备包括地基微波辐射计、大气微波辐射计、Foby浮标以及探空气球，所述大气亮温观测值是利用大气微波辐射计对大气进行观测时得到的亮温值，所述海面亮温观测值是利用地基微波辐射计针对海面进行观测时得到的亮温值；
数据计算模块，用于将所述海表温度以及所述大气信息输入至辐射传输模型，获取海面亮温模拟值、海面发射率以及大气透过率；
数据校正模块，用于利用所述海面亮温模拟值对所述海面亮温观测值进行校正，得到校正后的海面亮温观测值；
路径转换模块，用于基于所述大气亮温观测值、所述大气透过率、所述海面发射率对所述校正后的海面亮温观测值进行太空路径转换获得第一海面亮温观测值；
定标模块，用于将所述第一海面亮温观测 值以及星载微波辐射计观测到的第二海面亮温观测值代入包含定标系数的定标方程，确定所述星载微波辐射计的定标系数的取值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1至7中任一项所述的星载微波辐射计外定标方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，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如权利要求1至7中任一项所述的星载微波辐射计外定标方法的步骤。
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