本发明专利技术适用于高频地波雷达领域，提供了高频地波雷达流场观测数据重构算法，包括：数据采集、流场观测数据质控、网格化产品区域确定、插值方法选择、方案设计、拟合效果评估、网格化产品制作及产品输出。本发明专利技术通过规则网格化处理可以得到具有空间连续性的产品，更好地反映目标区域的空间分布情况；规则网格化产品可以输出为各种格式，方便进行数据分析和可视化展示；规则网格化产品可以与其他空间数据进行融合，可以提高数据的精度和可靠性，支持更多的应用场景；对于提高数据应用的精度和可靠性，促进科学研究和实践应用的发展有着重要的意义。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高频地波雷达领域，尤其涉及高频地波雷达流场观测数据重构算法。
技术介绍
1、高频地波雷达作为一种新兴的海流观测手段，其观测数据多用于海流数值模式的校验、数据同化、涡旋特征分析等方面，然而在实际观测过程中，由于电离层干扰、瞬态干扰和停电等其他因素的限制，雷达探测的海流在空间上并不连续。需要对观测的海流数据进行有效的质控和时空“织补”，从而构建时空上规则的地波雷达海流网格化产品。目前，对观测数据本身进行空间插值，从而构建成网格化观测数据产品的工作相对较少。
2、其中，最早开展高频地波雷达海流观测数据插值工作的是kaplan，于2007年将open-boundary modal analysis(oma)方法应用于海流观测数据，进行高频雷达观测数据的空间插值，该方法较为复杂，并且需要径向流及其误差的分析。2016年，saha采用5个不同位置的高频地波雷达观测数据，对两种通用的插值方法进行插值效果评估，结果表明反距离权重的统计方法和人工智能网络的方法比较适合雷达观测数据的空间插值，能有效填补观测空白。2017年，黄奇华采用bp神经网络的方法进行海流空间插值，并表明bp神经网络的方法明显优于反距离权重法和线性插值法。但是这些插值方法多存在空间外推、计算复杂度较高、插值半径选取等问题，而且对于完整的地波雷达观测数据规则网格化产品制作方法研究较少。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供高频地波雷达流场观测数据重构算法，旨在解决
技术介绍
中所存在的问题。
2、本专利技术实施例是这样实现的，高频地波雷达流场观测数据重构算法，所述高频地波雷达流场观测数据重构算法包括：
3、对数据进行采集，并对高频地波雷达合成得到流场观测数据开展质量控制；
4、计算高频地波雷达合成的流场数据在时空上的不连续性采用空间平均采样率和时间平均采样率，将空间平均采样率达到50％或30％的范围设定为规则网格产品制作的区域；
5、对高频地波雷达合成的流场数据进行空间插值；
6、选定拟合方法，并设定拟合方案，同时，结合插值产品的效果评估，对拟合方法以及方案设计进行优化和完善；
7、将插值得到的连续空间场按照格网法或三角网格法进行网格化处理，得到具有空间连续性的规则网格化产品，并采用误差分析法对拟合方法进行拟合效果评估；
8、将通过效果评估的网格化产品按照所需时间频率和空间精度，输出为图像格式和矢量格式，用于数据分析和使用。
9、在本专利技术实施例中，所述对高频地波雷达合成得到流场观测数据开展质量控制，包括：
10、以该海区海流流速的历史最大值作为阈值，采用阈值剔除法，去除观测数据的异常值；
11、剔除观测数据中的奇异值和跳跃值；
12、通过计算流向，剔除流向相互冲突的地方，计算场的旋度，剔除旋度过大的地方。
13、在本专利技术实施例中，所述计算海流流场空间插值，具体包括：
14、使用基于最小二乘拟合原理的径向基函数拟合方法，二维情况下的最小二乘拟合计算公式如下：
15、已知平面内i0个离散点pi,坐标为(xi,yi),i＝1,2,…,i0,及各点的值zi,i＝1,2,…,i0，对于一组基函数找到一组系数使得最小，其中为拟合值；
16、由可得，当ftf非奇异时有唯一解：
17、选用chebyshev基函数进行求解，chebyshev正交多项式：
18、fk(x)＝cos(k·arccos(x))
19、gs(y)＝cos(s·arccos(y))
20、其中x，y∈[-1，1]。
21、在本专利技术实施例中，选定拟合方法后，设定不同的拟合方案测试，分别对x方向和y方向所取多项式截止阶数(k，s)进行不同组合方案测试，分布统计两方向上的拟合误差，所述采用误差分析法对拟合方法进行拟合效果评估，具体参数有平均绝对误差(mae)、平均相对误差(mre)和均方根误差(rmse)，其中平均绝对误差反映模拟值的误差范围，平均相对误差则反映模拟值对于观测值的准确度，均方根误差反映模拟值的灵敏度和极值情况；
22、对海流两个分量上分别进行误差统计，单片雷达场空间拟合后的数据与原始观测数据之间的均方根误差值小于0.15m/s，认定为合格的拟合数据。
23、本专利技术实施例提供的高频地波雷达流场观测数据重构算法，具有以下有益效果：
24、1.提供空间连续性：地波雷达观测数据通常是离散的点数据，通过规则网格化处理可以得到具有空间连续性的产品，从而更好地反映目标区域的空间分布情况。
25、2.方便数据分析：规则网格化产品可以输出为各种格式，如图像格式、矢量格式等，方便进行数据分析和可视化展示。例如，在海流预报时，可以将规则网格化产品用于制作海流预报图。
26、3.支持数据融合：规则网格化产品可以与其他空间数据进行融合，如卫星遥感数据、数字高程模型等，可以提高数据的精度和可靠性，支持更多的应用场景。
27、4.促进科学研究：规则网格化产品可以用于地质勘探、气象预测、环境监测等领域，促进科学研究和实践应用的发展。因此，地波雷达观测网规则网格化产品制作对于提高数据应用的精度和可靠性，促进科学研究和实践应用的发展有着重要的意义。
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【技术保护点】
1.高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，所述高频地波雷达流场观测数据重构算法包括：
2.根据权利要求1所述的高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，所述对高频地波雷达合成得到流场观测数据开展质量控制，包括：
3.根据权利要求1所述的高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，所述计算海流流场空间插值，具体包括：
4.根据权利要求1所述的高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，选定拟合方法后，设定不同的拟合方案测试，分别对x方向和y方向所取多项式截止阶数(k，s)进行不同组合方案测试，分布统计两方向上的拟合误差，所述采用误差分析法对拟合方法进行拟合效果评估，具所采用的参数为平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差，其中平均绝对误差反映模拟值的误差范围，平均相对误差则反映模拟值对于观测值的准确度，均方根误差反映模拟值的灵敏度和极值情况；
【技术特征摘要】
1.高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，所述高频地波雷达流场观测数据重构算法包括：
2.根据权利要求1所述的高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，所述对高频地波雷达合成得到流场观测数据开展质量控制，包括：
3.根据权利要求1所述的高频地波雷达流场观测数据重构算法，其特征在于，所述计算海流流场空间插值，具体包括：
4.根据权利要求1所述的高频地波...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐江玲，高松，黄娟，李轶斐，刘桂艳，王恒林，毕凡，连喜虎，李杰，
申请(专利权)人：国家海洋局北海预报中心国家海洋局青岛海洋预报台国家海洋局青岛海洋环境监测中心站，
类型：发明
国别省市：
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