[發明專利]基于合成孔徑雷達的降雨反演方法

有效

• 申請號: 202110773775.2
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113325418B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 孫展鳳;邵偉增;胡宇逸
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/95;G01W1/14
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 李慶

本發明提供一種基于合成孔徑雷達的降雨反演方法，包括步驟：S1：獲取原始星載SAR圖像和TRMM衛星測量的降雨量數據；計算獲得所述原始星載SAR圖像的歸一化雷達后向散射截面值；S2：利用基于布拉格散射理論的改進復合表面雷達后向散射模型模擬獲得一模擬歸一化雷達后向散射截面值；S3：確定所述歸一化雷達后向散射截面值與所述模擬歸一化雷達后向散射截面值的差值與降雨量之間的關系；S4：構造反演算法。本發明的一種基于合成孔徑雷達的降雨反演方法，其精度高，計算量較小。

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達技術領域，尤其涉及一種基于合成孔徑雷達的降雨反演方法。

背景技術

在日常生活中，降雨對人類的影響無處不在。降雨分布的地點和時間直接影響著人類利用淡水資源的能力，直接影響著人類的生活質量。伴隨著颶風、暴風雪、洪水、干旱和山體滑坡的極端降雨天氣已經嚴重影響到人類社會的生存和發展。在人類歷史上，降雨的觀測一直是氣象和水文學的重要內容。像農業灌溉、洪水控制、干旱應對和淡水供應等這些水資源的管理，都需要人類對降雨進行準確的觀測和預報。降雨不僅對水資源至關重要，而且對地球的能量傳輸和生物地球化學循環起著重要的作用，它在很大程度上引起了全球熱量和濕度的重新分布。因此，降雨量的精確測量對氣象預報、防災減災和工農業生產等具有十分重要的意義。

在海洋、水文、大氣和環境科學中，降雨量的研究是一個非常重要的內容。全球降水的測量是環境氣候變化研究中的主要薄弱環節。隨著空間科學技術的發展，特別是海洋遙感技術，使得人們研究海洋和認識海洋的手段有了突飛猛進的發展。在海洋遙感技術中，合成孔徑雷達(英文全稱：Synthetic?Aperture?Radar,英文縮寫：SAR)具有一定的優勢。SAR是一種主動式微波成像雷達，通過發射一定頻率的微波并測量其后向散射信號的幅值以及位相信息，可以得到海表后向散射強度的圖像，這種圖像擁有很高的分辨率，能達到幾米的量級，而且SAR對海表粗糙度的變化十分敏感，可海表細微空間變化特征提供較多的海洋動力信息，例如海表風場、海表波浪、內波、海流、海冰、海面船只的尾流以及海表浮油等。同時，SAR作為一種微波成像雷達，可以在任何時間任何天氣情況對海表進行觀測。因此SAR是一種全天時、全天候和高分辨率觀測海洋的成像雷達。

現有技術中，SAR主要通過SAR測量降雨的雷達方程，計算了SAR的有效合成孔徑和雨滴多普勒速度譜標準差及平臺運動速度的變化關系，進行了降雨量測量，奠定了SAR測量降雨量的研究奠定了理論基礎。基于如上基礎開發出了基于沃爾塔積分方程(VolterraIntegral?Equation，VIE)的反演算法以及MOS統計算法，以及開發出了介紹了通過降雨的散射信號強弱來反演降雨量(簡稱：散射法)與降雨的衰減強弱來反演降雨量(簡稱：衰減法)。通過多極化和多頻段的SAR數據測量，發現海洋上方的降雨在雷達圖像中的印記通常由非規則亮區和暗區組成，它強烈依賴于雷達頻率和極化方式。圖像中的降雨印記來源于大氣中降雨和降雪粒子對電磁波的散射和衰減，以及海洋表面粗糙度的變化，該粗糙度是由雨滴和風流引起的。分析了海平面的歸一化雷達散射截面(Normalized?Radar?CrossSections，NRCS)和降雨量及波長的變化關系，發現大雨沖擊下的海平面NRCS與降雨自由飄落下(如小雨)的海平面NRCS兩者的大小取決于雷達波長，L波段時，前者減小了，而X和C波段前者則增加了。在MOS反演算法中，降雨量水平分布的確定是通過統計并比較各種分布對NRCS的影響，建立數據庫，利用統計學的知識對一些典型數值進行比較才最終確立的。地表降雨量、冰凍粒子分布系數等參數的反演表達式中的加權系數是在某一固定波束入射角下得到的。當波束入射角變化時，需要重新計算各物理量反演表達式中的加權系數。這些都大大增加了工作量。MOS算法是一種統計的方法，理論推導不夠嚴謹，有很多統計的成分，在反演時基本能達到實際需求但是精度還有待進一步提高。這些缺點限制了該算法的應用；VIE反演算法是根據VIE積分方程被嚴格推導出來的，但算法本身復雜，計算量較大。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種基于合成孔徑雷達的降雨反演方法，其精度高，計算量較小。