[發明專利]一種大氣溫濕廓線的可見度函數直接反演方法

有效

• 申請號: 201810323166.5
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108875905B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳柯;劉澤霖;郭偉;李青俠;郎量;桂良啟;靳榕
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/08;G01S7/41;G01S13/90;G01S13/95
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種大氣溫濕廓線的可見度函數直接反演方法，包括將實際觀測的可見度函數輸入到訓練好的BP神經網絡中，得到反演的大氣溫濕廓線物理參量；BP神經網絡的訓練包括：利用數值天氣模式得到樣本大氣物理參量，利用綜合孔徑微波輻射計模型對樣本大氣物理參量進行正演，得到樣本大氣物理參量對應的可見度函數；利用樣本大氣物理參量和樣本大氣物理參量對應的可見度函數訓練BP神經網絡，得到訓練好的BP神經網絡。本發明改變了目前綜合孔徑微波輻射計遙感大氣物理參量需要的可見度?亮溫?大氣物理參數兩步反演法，提出了可見度?大氣物理參量的直接反演法，簡化數據處理流程，降低反演誤差，從而獲得更精確的大氣物理參數。

技術領域

本發明屬于大氣微波遙感及探測技術領域，更具體地，涉及一種大氣溫濕廓線的可見度函數直接反演方法。

背景技術

溫濕廓線、水汽密度、壓強等大氣參量是氣候監測和天氣預報領域的重要參數。除此之外，這些大氣參量對人工影響天氣、防洪指揮決策等領域也有著重要作用。

在目前的氣候和天氣研究中，星載遙感觀測因為其具有經濟效益高，探測區域覆蓋廣、水平分辨率高、可連續觀測且全球密集觀測等優點，成為大氣參數信息獲取的重要手段。由于微波可以穿透大氣中的云、霾和沙塵等，并且不受太陽輻射的影響，因此星載微波輻射計在大氣遙感中具有獨特的優勢。其中星載綜合孔徑微波輻射計使用一個大量稀疏的小孔徑天線陣列合成一個大的觀測孔徑，大大的降低天線的體積與重量，有效的緩解大天線孔徑與高分辨率的矛盾。而且綜合孔徑微波輻射計成像無需掃描，理論上成像時間就等于積分時間，可以相當程度的緩解靈敏度、分辨率與成像時間的矛盾，滿足高速成像的應用需求。

但是綜合孔徑微波輻射計通過干涉測量，獲得的是在空間頻域采樣得到的可見度函數。而提取大氣溫度、濕度及云水參數等信息，需要從星載微波輻射計探測的地-氣系統輻射的亮溫信息得來。因此，綜合孔徑微波輻射計獲得大氣參量信息，一般是先利用亮溫分布和可見度函數所呈的傅里葉變換關系，通過傅里葉反變換或其他數學運算來反演得到觀測亮溫，再通過反演的方法從亮溫信息中提取大氣溫度、濕度及云水參數等信息。由此可見現有綜合孔徑輻射計獲得大氣參量需要可見度-亮溫-大氣物理參數的兩步反演過程，而兩次反演都需要求解病態方程，每次求得的近似解都會對輸入數據誤差放大，引入額外的反演誤差。

由此可見，現有技術中綜合孔徑微波輻射計獲得大氣物理參數需要經過兩步反演過程，導致輸入數據誤差放大，引入額外的反演誤差。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種大氣溫濕廓線的可見度函數直接反演方法，由此解決現有技術中綜合孔徑微波輻射計獲得大氣物理參數需要經過兩步反演過程，導致輸入數據誤差放大，引入額外的反演誤差的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種大氣溫濕廓線的可見度函數直接反演方法，包括：

將實際觀測的可見度函數輸入到訓練好的BP神經網絡中，得到反演的大氣溫濕廓線物理參量；

所述BP神經網絡的訓練包括：

(1)利用數值天氣模式得到樣本大氣物理參量，利用綜合孔徑微波輻射計模型對樣本大氣物理參量進行正演，得到樣本大氣物理參量對應的可見度函數；

(2)利用樣本大氣物理參量和樣本大氣物理參量對應的可見度函數訓練BP神經網絡，得到訓練好的BP神經網絡。

進一步地，步驟(1)包括：

(1-1)利用數值天氣模式得到視場內的樣本大氣物理參數，利用綜合孔徑微波輻射計模型對樣本大氣物理參數進行正演，得到視場內的正演亮溫圖像；

(1-2)對視場內的正演亮溫圖像進行傅里葉變換，得到在空間頻域上樣本大氣物理參量對應的樣本可見度函數。

進一步地，步驟(2)包括：