一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法技术

本发明专利技术一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，首先由水蒸气校正模型推导得出影响水蒸气校正精度确定的因素有:海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值以及亮温测量精度。然后由亮温确定理论模型对亮温测量值进行数值模拟，并遍历亮温测量值范围计算给出误差传播系数。最后计算不同海况下水蒸气校正精度。比现有技术方法中利用试验数据得出的水蒸气校正精度分析方法，本方法考虑问题更全面更精细，得出了不同海况下的水蒸气校正精度，为实现不同海况下卫星测高精度的精细化确定提供解决方法。化确定提供解决方法。化确定提供解决方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法


[0001]本专利技术涉及海洋测高卫星任务分析和数据产品处理领域，特别是一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法。

技术介绍

[0002]卫星测高技术利用星载雷达高度计测量卫星到海洋表面的距离，与卫星轨道高度相减，得到海面高数据，已成为大范围获取海面高信息的有效测量方式。星载雷达高度计测量时发射的电磁波受到大气影响而产生测距偏差，其中水蒸气含量的影响存在较大的随机性和不确定性，通常采用微波辐射计的测量数据得出水蒸气含量对高度计测距的校正量。
[0003]大气中水蒸气含量对高度计测距的校正量，通常称为水蒸气校正量。星载微波辐射计测量不同微波频率的亮温值，应用大气和海洋物理理论，由亮温数据反演出高度计测距路径中的水蒸气校正量。随着高度计测距精度的提升，如何提高不同海况下特别是高海况下的卫星测高精度是目前的研究热点。因此，研究不同海况下微波辐射计亮温数据与水蒸气校正量之间的误差传播关系以及水蒸气校正精度确定的影响因素是十分必要的。但现有文献中水蒸气校正量的精度分析方法存在以下不足：
[0004](1)现有文献的研究主要集中在微波辐射计的数据反演方法，较少研究测量数据与校正量之间的精度匹配性，使得在工程实际中难以确定星载微波辐射计的测量精度指标。
[0005](2)现有文献采用试验数据给出微波辐射计亮温数据与水蒸气校正量之间误差传播关系，未精细化考虑不同海况下的水蒸气校正精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，为实现不同海况下卫星测高精度的精细化确定提供解决方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，步骤如下：
[0008](1)根据误差传播理论，对水蒸气校正模型进行误差分析，得出水蒸气校正精度的影响因素，具体包括：海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值、亮温测量精度；
[0009](2)根据亮温测量值确定的理论模型，对亮温测量值进行模拟并数值遍历，得出不同频率亮温测量值的范围；
[0010](3)遍历步骤(2)中得出的不同频率亮温测量值的范围，应用步骤(1)得出的水蒸气校正精度的影响因素，计算得出不同海况下的误差传播系数；
[0011](4)利用概率统计理论，根据步骤(3)得出的不同海况下的误差传播系数，计算不同海况下误差传播系数统计均值；
[0012](5)将步骤(4)中的不同海况下误差传播系数统计均值应用于步骤(1)中水蒸气校
正误差分析结果，得出不同海况水蒸气校正精度。
[0013]所述步骤(1)的具体过程为：
[0014](1.1)获取水蒸气校正模型
[0015]采用水蒸气校正模型为美国和法国合作研制的T/P系列卫星搭载的微波辐射计水蒸气校正模型，其微波辐射计的频率为18.7GHz、21GHz和37GHz；
[0016](1.2)对误差传播系数进行因素分析，得到水蒸气校正精度因素有：海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值，亮温测量精度。
[0017]所述步骤(1.2)的具体过程为：由步骤(1.1)水蒸气校正模型，得到水蒸气校正量h
Vap
；由步骤(1.1)水蒸气校正模型知，一组亮温测量值T
18
、T
21
、T
37
确定后，B0、B
18
、B
21
和B
37
此四系数以及水蒸气校正量可确定；由误差传播理论得出，水蒸气校正量与亮温值的误差传播方程为：
[0018]C
Vap,f
＝
‑
B
f
/280
‑
T
f
,f＝18、21、37
[0019]其中C
Vap,f
为误差传播系数，其中B
f
与一组亮温测量值T
18
、T
21
、T
37
相关，写为B
f
(T
18
,T
21
,T
37
)，由此C
Vap,f
也可写为C
Vap,f
(T
18
,T
21
,T
37
)；
[0020]由此得出不同风速下水蒸气校正精度的确定，需已知误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
21
,T
37
)和亮温测量精度σ(T
f
)；其中误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
21
,T
37
)不仅与本频率的亮温测量值相关，还与其它频率的亮温值相关；因此，水蒸气校正量精度的因素有：风速、本频率的亮温测量值，其他频率的亮温值，亮温测量精度；
[0021]不同海况的分级依据为风速的大小，根据风速的数值，可将不同风速下的水蒸气校正精度转化为不同海况下的水蒸气校正精度；因此，水蒸气校正精度因素有：海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值，亮温测量精度。
[0022]所述水蒸气校正量h
Vap
：
[0023]h
Vap
＝B0+B
18
ln(280
‑
T
18
)+B
21
ln(280
‑
T
23
)+B
37
ln(280
‑
T
37
)
[0024]其中h
Vap
为水蒸气校正量，B0、B
18
、B
21
和B
37
为系数。
[0025]所述步骤(2)的具体过程为：
[0026]为计算不同海况下水蒸气校正量精度，需已知误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
23
,T
37
)和σ(T
f
)；其中σ(T
f
)由微波辐射计仪器精度确定，误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
23
,T
37
)的计算需已知亮温测量值，则亮温测量值的确定采用以下方法：
[0027]亮温测量值确定的理论模型为：
[0028]T＝T
U
+τ[e
S
t
S
+r
S
(T
D
+τT
B
)][0029]其中T
U
、T
D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，其特征在于步骤如下：(1)根据误差传播理论，对水蒸气校正模型进行误差分析，得出水蒸气校正精度的影响因素，具体包括：海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值、亮温测量精度；(2)根据亮温测量值确定的理论模型，对亮温测量值进行模拟并数值遍历，得出不同频率亮温测量值的范围；(3)遍历步骤(2)中得出的不同频率亮温测量值的范围，应用步骤(1)得出的水蒸气校正精度的影响因素，计算得出不同海况下的误差传播系数；(4)利用概率统计理论，根据步骤(3)得出的不同海况下的误差传播系数，计算不同海况下误差传播系数统计均值；(5)将步骤(4)中的不同海况下误差传播系数统计均值应用于步骤(1)中水蒸气校正误差分析结果，得出不同海况水蒸气校正精度。2.根据权利要求1所述的一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体过程为：(1.1)获取水蒸气校正模型采用水蒸气校正模型为美国和法国合作研制的T/P系列卫星搭载的微波辐射计水蒸气校正模型，其微波辐射计的频率为18.7GHz、21GHz和37GHz；(1.2)对误差传播系数进行因素分析，得到水蒸气校正精度因素有：海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值，亮温测量精度。3.根据权利要求2所述的一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，其特征在于：所述步骤(1.2)的具体过程为：由步骤(1.1)水蒸气校正模型，得到水蒸气校正量h
Vap
；由步骤(1.1)水蒸气校正模型知，一组亮温测量值T
18
、T
21
、T
37
确定后，B0、B
18
、B
21
和B
37
此四系数以及水蒸气校正量可确定；由误差传播理论得出，水蒸气校正量与亮温值的误差传播方程为：C
Vap,f
＝
‑
B
f
/280
‑
T
f
,f＝18、21、37其中C
Vap,f
为误差传播系数，其中B
f
与一组亮温测量值T
18
、T
21
、T
37
相关，写为B
f
(T
18
,T
21
,T
37
)，由此C
Vap,f
也可写为C
Vap,f
(T
18
,T
21
,T
37
)；由此得出不同风速下水蒸气校正精度的确定，需已知误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
21
,T
37
)和亮温测量精度σ(T
f
)；其中误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
21
,T
37
)不仅与本频率的亮温测量值相关，还与其它频率的亮温值相关；因此，水蒸气校正量精度的因素有：风速、本频率的亮温测量值，其他频率的亮温值，亮温测量精度；不同海况的分级依据为风速的大小，根据风速的数值，可将不同风速下的水蒸气校正精度转化为不同海况下的水蒸气校正精度；因此，水蒸气校正精度因素有：海况、本频率的亮温测量值、其他频率的亮温值，亮温测量精度。4.根据权利要求3所述的一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，其特征在于：所述水蒸气校正量h
Vap
：h
Vap
＝B0+B
18
ln(280
‑
T
18
)+B
21
ln(280
‑
T
23
)+B
37
ln(280
‑
T
37
)其中h
Vap
为水蒸气校正量，B0、B
18
、B
21
和B
37
为系数。
5.根据权利要求4所述的一种基于微波辐射的不同海况下水蒸气校正精度分析方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体过程为：为计算不同海况下水蒸气校正量精度，需已知误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
23
,T
37
)和σ(T
f
)；其中σ(T
f
)由微波辐射计仪器精度确定，误差传播系数C
Vap,f
(T
18
,T
23
,T
37
)的计算需已知亮温测量值，则亮温测量值的确定采用以下方法：亮温测量值确定的理论模型为：T＝T
U
+τ[e
S
t
S
+r
S
(T
D
+τT
B
)]其中T
U
、T
D
为上、下行亮温，T
B
为宇宙背景亮温T
B
＝2.7K，t
S
为海表面热力学温度，τ为大气透过率，e
S
和r
S
分别为海表面的发射率和反射率；大气透过率τ和上下行亮温T
U
、T
D
与大气水蒸气含量Q
WV
和液态水含量Q
L
的关系式为：lnτ＝a
0,τ
Q
WV
+a
1,τ
Q
L
+a
2,τ
T
U
＝mT
D
+n其中τ为大气透过率，Q
WV
为大气水蒸气含量，Q
L
为液态水含量，T
U
为上行亮温，T
D
为下行亮温，a
0,τ
、a
1,τ
、a
2,τ
、a
0,TD
、a
1,TD
、a
2,TD
、a
3,TD
、a
4,TD
、m、n为系数；海面反射率r
S
与发射率e
S
存在以下关系：r
S
＝Ω(1
‑
e
S
)其中：r
S
为海面反射率，e
S
为发射率，Ω为粗糙表面引起海表面发射率变化的校正系数，有：其中，τ为大气透过率，f为频率，U
WS
为风速；a0,Ω、a1,Ω、a2,Ω、a3,Ω、a4,Ω、a
5,Ω
、a
6,Ω
、a
7,Ω
、a
8,Ω
为系数；海表面发射率e
S
为：e
S
＝(1
‑
e
F
)(e
C
+e
WS
)+e
F
+e
WD
其中e
C
为平静海面发射率，e
WS
为风速引起的海面发射率，e
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洋，苏敏，侯小瑾，袁仕耿，刘胜利，赵晓飞，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：