[發明專利]一種海表參數同步反演優化方法

在審

• 申請號: 201711008876.0
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107870043A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王振占;張蘭杰;佟曉林;李彬
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01N22/00;G01P5/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 陳琳琳,張紅生

技術領域

本發明涉及微波遙感領域，具體而言，涉及一種海表參數同步反演優化方法。

背景技術

海水鹽度是指海水中全部溶解固體與海水重量之比，是海水的重要特性。其年內、季節性及年際變化在海洋氣候系統中起關鍵作用，是研究全球氣候變化及天氣和氣候預報模式的重要依據。因此，研究海表鹽度的分布及其變化規律有助于進一步認識海洋，對海洋遙感機理具有重要影響，在海洋遙感科學中占據重要地位。

研究海表鹽度的分布及變化，首先需要研究如何通過衛星測量值反演海表鹽度；目前，能用于獲取海表鹽度的衛星有SMOS，Aquarius和SMAP，因此海表鹽度的反演方法主要有基于上述衛星建立起來的經驗算法、半物理半經驗算法和物理算法。相關技術中，SMOS衛星鹽度反演方法充分利用了觀測亮溫的多角度信息，采用多元非線性反演算法獲取海表鹽度；Aquarius衛星基于其真實孔徑輻射計和L波段散射計獲取的觀測亮溫和后向散射系數，采用主被動結合的反演方法獲取海表鹽度；SMAP衛星則借鑒Aquarius衛星的反演算法獲取海表鹽度。目前的海表鹽度反演方法，在進行海表鹽度反演之前都會對觀測亮溫進行處理，降低觀測亮溫中存在的誤差對海表鹽度反演結果的影響。例如，SMOS衛星在反演海表鹽度之前，首先對亮溫進行OTT校正，降低亮溫中的系統偏差；Aquarius衛星在反演海表鹽度之前，先對亮溫進行處理，剔除外部誤差源、前向模型、儀器定標等引入的偏差。

現有的海表鹽度反演方法使用處理后的觀測亮溫反演海表鹽度，降低了反演的鹽度值與真實鹽度值之間的偏差，但亮溫中存在的隨機噪聲仍然會導致反演的鹽度結果不準確，不能很好的滿足預期的精度要求。同時由于缺少同步輔助數據，現有的反演方法不能同步反演出海表溫度和海表風速。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中缺少同步輔助數據，不能同步反演出海表溫度和海表風速，而且反演的海表參數精度低的缺點，提供了一種海表參數同步反演優化方法，該方法通過星載微波輻射計和散射計分別獲取大氣頂層L/C/K波段的輻射亮溫觀測值和L波段后向散射系數觀測值，并標示出距離海岸線200km以內的亮溫觀測值，利用中值濾波、自適應中值濾波和維納濾波方法對多入射角輻射亮溫進行處理；然后根據L/C/K波段正向輻射亮溫理論模型和L波段后向散射系數理論模型分別獲取大氣頂層多入射角輻射亮溫和后向散射系數模擬值；最后將得到的三類優化的亮溫觀測值和模擬值及后向散射系數觀測值和模擬值代入到代價函數中，進行海表多參數反演計算相比。該方法利用圖像處理技術對輻射亮溫觀測數據進行優化處理，使得海表鹽度、海表溫度和海表風速的計算結果更接近真實值，從而降低了海表鹽度、海表溫度和海表風速的反演誤差。

為了實現上述目的，本發明提出了一種海表參數同步反演優化方法，所述方法包括：

步驟1)獲取大氣頂層的L/C/K波段多入射角輻射亮溫觀測值和L波段多入射角后向散射系數觀測值；

步驟2)對L/C/K波段多入射角輻射亮溫觀測值進行中值濾波、自適應中值濾波和維納濾波處理，得到三類降噪后的輻射亮溫觀測值；

步驟3)通過正向輻射亮溫理論模型獲取L/C/K波段多入射角輻射亮溫模擬值，并通過后向散射系數理論模型獲取L波段多入射角后向散射系數模擬值；

步驟4)將步驟2)得到的三類輻射亮溫觀測值和步驟3)得到的輻射亮溫模擬值；及后向散射系數觀測值和模擬值代入到L/C/K波段多代價函數入射角代價函數中，進行海表參數的反演，同步獲得三類海表參數；

步驟5)將步驟4)得到的三類海表參數分別與浮標測量的海表參數進行對比，計算反演的均方根誤差，選擇最小均方根誤差對應的海表參數值作為最終的海表參數值。

作為上述方法的一種改進，所述步驟2)進一步包括：

首先標示陸地周圍的輻射亮溫觀測值；基于上述標示亮溫，采用二維中值濾波方法對遠離陸地的亮溫進行濾波處理，獲得第一類降噪的亮溫觀測值，所述二維中值濾波數學表達式為：

其中Z_i,j是濾波后的觀測亮溫，X_i,j是濾波前的觀測亮溫，是輻射計的觀測值，A是濾波窗口；

基于標示的輻射亮溫觀測值，采用自適應中值濾波方法對遠離陸地的亮溫觀測值進行濾波處理，獲得第二類降噪的亮溫觀測值；

基于標示的輻射亮溫觀測值，采用維納濾波方法對遠離陸地的亮溫觀測值進行濾波處理，獲得第三類降噪的亮溫觀測值，所述的維納濾波數學表達式為：