[發明專利]GNSS輔助風云三號衛星的PWV反演方法

在審

• 申請號: 202211257148.4
• 申請日: 2022-10-14
• 公開（公告）號: CN115685253A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 趙慶志;馬智;耿鵬飛;袁榮才
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14;G01S19/37;G01S19/23;G01W1/10
• 代理公司: 合肥市博念易創專利代理事務所(普通合伙) 34262
• 代理人: 方振

1.GNSS輔助風云三號衛星的PWV反演方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對風云三號衛星(FY3)MERSI L1數據以及GNSS數據進行預處理；

S2：對大氣透過率進行計算；

S3：對回歸系數估計及通道水汽計算；

S4：對多通道PWV加權平均求和；

S5：引入數字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)對風云衛星反演PWV進一步偏差校正。

2.根據權利要求1所述的GNSS輔助風云三號衛星的PWV反演方法，其特征在于，所述S1包括：

S1.1：FY3/MERSI L1通道數據的去云處理：利用FY3-L2 PWV產品中的Cloud_Mask屬性來實現去云處理，云掩碼數據是一個六字節整型數組其內容是按bit位存放，將整型數組轉化為二進制數組再根據bit位與對應云的關系生成云掩模實現去云。

S1.2：GNSS站點與FY3/MERSI L1數據的時空匹配：取GNSS站點經緯度對應FY3/MERSIL1數據一定范圍均值作為站點與FY3/MERSI L1數據的匹配數據；此外，由于GNSS數據與FY3/MERSI L1數據過境時間不同，需對其按一定時間范圍做時間匹配；水平距離范圍和時間范圍為0.15°×0.15°和±30min。

3.根據權利要求1所述的GNSS輔助風云三號衛星的PWV反演方法，其特征在于：所述S2中近紅外通道透過率計算一般可以利用兩通道比值法與三通道比值法計算，兩者區別在于針對的遙感地物種類是否單一，針對單一地物利用兩通道比值法如式(1)，而針對復雜地物則利用三通道比值法如式(2)；

式中，T_i為大氣透過率，L_i為MERSI L1數據的3個水汽吸收通道(i＝17、18、19)的反射率，L₁₆與L₂₀為MERSI兩個窗口通道的反射率，K1與K2分別為0.8與0.2。

4.根據權利要求1所述的GNSS輔助風云三號衛星的PWV方法，其特征在于：所述S3中大氣透過率與PWV的回歸擬合關系式如式(3)：

式中，PWV_i指基于每個通道計算的大氣可降水量，α與β為擬合系數；

基于上述大氣透過率與大氣可降水量的指數關系，本發明引入高精度的GNSS PWV作為擬合模型參數并顧及季節因素對系數進行計算，具體公式如式(4)：

式中，為GNSS測站分季節提供的PWV，c1、c2為通過多項式擬合函數得到的擬合系數；

利用得到的擬合系數計算FY3/MERSI L1各格網點上不同通道的通道水汽值，具體公式如式(5)：

式中，PWV_i為第i通道水汽值，α＝-c1/c2,β＝-1/c2。

5.根據權利要求1所述的GNSS輔助風云三號衛星的PWV方法，其特征在于：所述MERSI傳感器的3個近紅外吸收通道對水汽的敏感度不同，18吸收通道對于干燥大氣較為敏感，17與19吸收通道會隨著水汽量增加敏感度變化平緩，但相較之下17吸收通道對水汽敏感性略高，因此，三個吸收通道的透過率可以代表由水汽引起的輻射衰減的大小并以此來計算權重，再經過加權求和計算出三個吸收通道水汽的加權平均值以獲取更準確的水汽反演結果；

計算各通道權重公式如式(6)：

式中，η_i為第i個通道對應的水汽權重，并且需要對3個吸收通道得到的權重進行歸一化，歸一化后的權重為：

式中，f_i為第i個通道歸一化后的水汽權重。因此，利用上述得到的通道水汽值與水汽權重反演的最終PWV為：

PWV_L1＝f₁₇PWV₁₇+f₁₈PWV₁₈+f₁₉PWV₁₉ (8)

式中，PWV_L1為GNSS輔助FY3/MERSI L1反演的FY3-L1 PWV。

6.根據權利要求1所述的GNSS輔助風云三號衛星的PWV反演方法，其特征在于：首先計算GNSS站點對應PWV與FY3-L1 PWV的Bias，并基于GNSS站點位置與高程構建多元二次多項式，計算公式如式(9)：

其中，Bias_n為偏差，b_0-9為多項式擬合系數，γ_n和h_n分別為GNSS站點的緯度、經度和高程，n為GNSS站點數；

然后利用FY3/MERSI L1提供的格網經緯度數據與DEM格網高程數據，基于上述得到的b_0-9擬合系數計算格網偏差值，最后將偏差與上述得到的PWV_L1相加得到最終的PWV。