[發明專利]一種海面風場星上快速反演方法及系統

有效

• 申請號: 202010041013.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111175720B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 徐星歐;董曉龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 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;武玥

本發明公開了一種海面風場的星上快速反演方法，所述方法包括：對星上微波散射計測量的數據進行處理，獲得后向散射的歸一化雷達截面積和相應的測量誤差估計值；對后向散射的歸一化雷達截面積，在星上預存的地球物理模型函數查找表進行查詢，獲得若干個風速?風向候選解及其最大似然殘差的集合；從若干個風速?風向候選解中，基于圓中數濾波得到風速?風向；將反演得到的包括風向和風速的風場數據從衛星下傳至地面站。本發明的方法實現了微波散射計從觀測到海面風場產品的星上處理流程，解決了傳統鏈路觀測和應用中存在的傳輸時間長的問題，實現海面風場實時觀測。

技術領域

本發明涉及衛星遙感、海洋遙感、氣象領域，具體涉及一種海面風場星上快速反演方法及系統。

背景技術

星載散射計是具有高優先級的海面風場測量載荷之一。它提供的海洋表面風場觀測是數值天氣模型和極端天氣監測的重要信息，其在海面風場遙感的成功應用已經有超過30年的歷史。

現有的微波散射計海面風場遙感鏈路和處理模式主要有以下流程：星上微波散射計進行海面遙感觀測，并進行基本的星上計算(利用數字信號處理器(DSP)進行回波信號快速傅里葉變換(FFT)、距離門組合等運算，并下傳組合結果。衛星在境外時，數據處理器會將遙感數據送固態存儲器進行存儲。在衛星到達中國境內時，利用數傳系統將數據發回衛星地面站；地面系統可以進行數據上注，在需要時，對散射計星上DSP程序等進行更新。對各地面站將接收的數據，由地面處理系統逐級進行處理。首先是“拼接”和按照觀測軌道進行“分軌”的0級數據處理、從下傳功率值到歸一化后向散射系數(NRCS)的1級處理和觀測風場反演最小單元(風單元)劃分和NRCS組合，以及風場反演的2級數據處理，最后形成以“軌”為單位的各級標準產品文件；對數據文件，按照需求，進行風場產品推送到給用戶或由用戶提出申請再進行數據分發。

以上傳統的觀測和應用鏈路，數據傳輸、計算、分發等待時間長，往往需要數小時至數天。即使將來建立了南北極衛星數據接收站，在遠海區域的鏈路效率也無法提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種海面風場星上快速反演方法及系統，包括散射計各等級數據處理進行星上快速處理算法，和分發應用全鏈路設計。

為了實現上述目的，本發明提出了一種海面風場的星上快速反演方法，所述方法包括：

對星上微波散射計測量的數據進行處理，獲得后向散射的歸一化雷達截面積和相應的測量誤差估計值；

對后向散射的歸一化雷達截面積，在星上預存的地球物理模型函數查找表進行查詢，獲得若干個風速-風向候選解及其最大似然殘差的集合；

從若干個風速-風向候選解中，基于圓中數濾波得到風速-風向；

將反演得到的包括風向和風速的風場數據從衛星下傳至地面站。

作為上述方法的一種改進，所述對星上微波散射計測量的數據進行處理，獲得后向散射的歸一化雷達截面積和相應的測量誤差估計值；具體包括：

對星上微波散射計測量的數據進行快速傅里葉變換，得到以復數形式表達和存儲的回波測量的幅度譜和相位譜；

基于回波測量的幅度譜和相位譜，對星上微波散射計所在衛星的星歷、姿態、天線角度數據進行計算，得到快速傅里葉變換距離門組合的后向散射系數最小單元對應的功率值；

對功率值去除噪聲功率；

利用多普勒、距離門組合、空間定位查找表計算觀測幾何，確定后向散射系數最小單元的觀測幾何情況；

根據觀測幾何情況，通過定標因子查找表獲得距離門功率值對應的定標因子數值，由功率值計算得到后向散射的歸一化雷達截面積和相應的測量誤差估計值。