一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法及系统技术方案

本公开提出了一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法及系统，通过数值模拟的方式获取了三颗星载SAR同时以不同的入射角对同一海域进行观测的仿真数据，优化了地球物理模型函数以使其适用于SAR仿真数据，建立多入射角风场反演模型，对组网SAR卫星数据进行风场反演，实现风速与风向信息的高分辨率同步准确反演。通过组网SAR卫星工作模式并模拟了数据，增加卫星的数量可以提高SAR数据的时间分辨率，可以获取同一时刻以不同入射角对同一海域观测的数据，使风速反演与风向反演可以同步进行，使反演的风向不存在180°模糊，使SAR的风速反演不需要输入风向数据，使SAR的风场反演更加独立。

A wind field inversion method and system based on multi incident angle network SAR satellite data

【技术实现步骤摘要】
一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法及系统
本公开涉及风场反演相关
，具体的说，是涉及一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，并不必然构成在先技术。我国80％以上的对外贸易和90％以上的石油等战略性物资均须通过海峡通道和战略支点运输和转运，战略通道与战略支点的海洋环境安全保障涉及国家经济、军事和能源运输安全等重大战略问题，在国家发展战略中占据极为重要的位置。海洋环境数值预报是海洋环境安全保障的重要内容，战略通道与战略支点海域水深地形与岸线复杂、海面风场和海浪等海况条件变化较快，战略通道海域潮流作用显著。海面风场是海洋上层运动的主要动力来源，与海洋中多数的物理过程密切相关，在海洋动力学中，它不仅是形成海面波浪的直接动力，而且是区域和全球海洋环流的重要动力来源，快速准确地获取海面风场信息，有助于对海洋环境变化做出更科学地判断和预报。卫星遥感是当前海上战略通道和战略支点信息获取的主要手段，但是海上战略通道和战略支点多位于低纬度区域，卫星遥感在低纬度区域的时间分辨率很低，无法实现高频率监测，当前的海洋风场数据和产品无法满足海上战略通道和战略支点的实际需求，因此提高海上战略通道和战略支点的风场数据获取能力，发展海洋风场信息精细提取技术具有重要意义。目前，国内外已有的海面信息获取方式主要有：船只、浮标、散射计、合成孔径雷达。船只、浮标的观测范围局限且是单点分布，由于维护成本较高，无法实现大范围观测。散射计是比较成熟的风场信息观测方式，覆盖面广，已实现业务化使用，但是其空间分辨率较低且近海岸风场反演的精度较差。星载合成孔径雷达可以实现全天候、全天时观测，具有高的空间分辨率(数米至数十米)，弥补了散射计的不足，是目前乃至未来实现海面风场大范围观测的主要手段。目前大部分基于合成孔径雷达数据的风速反演与风向反演是分开进行的，风速反演的主要方法是使用地球物理模型函数，使用该模型函数时需要输入风向数据，风速反演的精度受风向信息精度的影响。目前用于SAR数据的风向反演方法是基于风条纹信息的，反演结果存在180°模糊，且40％左右的SAR图像不存在风条纹，该方法应用于海面风场反演存在较大的局限性。以上方法是目前SAR风场反演中比较成熟的方法，由于风速反演与风向反演是分开进行的，故海面风场信息的反演效率与精度不高。风速与风向同步反演的方法是一种新的风场反演研究思路，但是在确定最终解时依赖外部风向信息，反演的空间分辨率比较低。同时，目前的星载SAR是单独运行的，不同卫星之间没有联系，单颗星载SAR受重访周期的限制，SAR再次观测同一海域的时间间隔较长，导致数据的时间分辨率较低，无法满足风场信息提取的时效性要求。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法及系统，通过数值模拟的方式获取了三颗星载SAR同时以不同的入射角对同一海域进行观测的仿真数据，优化了地球物理模型函数以使其适用于SAR仿真数据，建立多入射角风场反演模型，对组网SAR卫星数据进行风场反演，实现风速与风向信息的高分辨率同步准确反演。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：一个或多个实施例提供了一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，包括如下步骤：获取组网SAR卫星以不同入射角监测的待测海域的风场仿真数据；建立的仿真数据样本集，根据仿真数据样本集拟合获得实际风速与反演风速之间的非线性关系，根据拟合获得的非线性关系优化地球物理模型函数，建立多入射角风场反演模型；将获取的待测海域的风场仿真数据输入至多入射角风场反演模型进行风场反演，获得待测海域的反演风速和风向。一个或多个实施例提供了一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演系统，包括：数据获取模块：用于获取组网SAR卫星以不同入射角监测的待测海域的风场仿真数据；模型建立模块：用于建立的仿真数据样本集，根据仿真数据样本集拟合获得实际风速与反演风速之间的非线性关系，根据拟合获得的非线性关系优化地球物理模型函数，建立多入射角风场反演模型；反演模块：用于将获取的待测海域的风场仿真数据输入至多入射角风场反演模型进行风场反演，获得待测海域的反演风速和风向。一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权上述方法所述的步骤。一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法所述的步骤。与现有技术相比，本公开的有益效果为：(1)本公开通过数值模拟的方式获取了三颗星载SAR同时以不同的入射角对同一海域进行观测的仿真数据，优化了地球物理模型函数以使其适用于SAR仿真数据，建立多入射角风场反演模型，对组网SAR卫星数据进行风场反演，实现风速与风向信息的高分辨率同步准确反演。(2)提出的多入射角风场反演模型，可以同时计算海面的风速与风向信息，使SAR的风场反演不依赖外部数据，是一种参数化的模型，模型的普适性好，计算效率高，具有较高的空间分辨率，适用于各种海况，可以为未来组网SAR卫星数据的应用提供参考。(3)本公开通过组网SAR卫星工作模式并模拟了数据，增加卫星的数量可以提高SAR数据的时间分辨率，可以获取同一时刻以不同入射角对同一海域观测的数据，使风速反演与风向反演可以同步进行，使反演的风向不存在180°模糊，使SAR的风速反演不需要输入风向数据，使SAR的风场反演更加独立。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。图1是本公开实施例1的反演方法流程图；图2是本公开实施例1的仿真示例采用本公开的反演模型进行风场反演的效果图；图3(a)是本公开实施例1的仿真示例采用改进前的地球物理模型函数并且SAR卫星入射角度为26°进行风场反演的效果图；图3(b)是本公开实施例1的仿真示例采用改进前的地球物理模型函数并且SAR卫星入射角度为30°进行风场反演的效果图；图3(c)是本公开实施例1的仿真示例采用改进前的地球物理模型函数并且SAR卫星入射角度为45°进行风场反演的效果图；图3(d)是本公开实施例1的仿真示例采用改进前的地球物理模型函数并且SAR卫星入射角度为60°进行风场反演的效果图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，其特征是，包括如下步骤：/n获取组网SAR卫星以不同入射角监测的待测海域的风场仿真数据；/n建立的仿真数据样本集，根据仿真数据样本集拟合获得实际风速与反演风速之间的非线性关系，根据拟合获得的非线性关系优化地球物理模型函数，建立多入射角风场反演模型；/n将获取的待测海域的风场仿真数据输入至多入射角风场反演模型进行风场反演，获得待测海域的反演风速和风向。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，其特征是，包括如下步骤：
获取组网SAR卫星以不同入射角监测的待测海域的风场仿真数据；
建立的仿真数据样本集，根据仿真数据样本集拟合获得实际风速与反演风速之间的非线性关系，根据拟合获得的非线性关系优化地球物理模型函数，建立多入射角风场反演模型；
将获取的待测海域的风场仿真数据输入至多入射角风场反演模型进行风场反演，获得待测海域的反演风速和风向。


2.如权利要求1所述的一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，其特征是：风场仿真数据和仿真数据样本集采用数值模拟方法获取。


3.如权利要求1所述的一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，其特征是：获取数据的SAR卫星的入射角大于26°。


4.如权利要求1所述的一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，其特征是：根据仿真数据拟合获得实际风速与反演风速之间的非线性关系，根据拟合获得的非线性关系优化地球物理模型函数，建立多入射角风场反演模型的方法，包括如下步骤：
构造实际风速与反演风速之间的非线性关系函数；
采用组网SAR卫星工作模式获取组网的星载SAR同时以不同的入射角对同一海域进行观测的风场仿真数据以及实际风速数据，作为数据样本集；
根据仿真数据样本集，采用最小二乘法进行多项式的拟合，获得非线性关系函数的系数，根据非线性关系优化地球物理模型函数建立多入射角风场反演模型。


5.如权利要求4所述的一种基于多入射角组网SAR卫星数据的风场反演方法，其特征是：非线性关系函数为：



其中，ai和C是非线性关系函数的系数，Vr是采用地球物理模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：万勇，时晓磊，戴永寿，李立刚，孙伟峰，周鹏，曲晓俊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37