[发明专利]基于海洋微波遥感技术的散射计数据转化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及卫星观测数据应用领域，具体而言，涉及基于海洋微波遥感技术的散射计数据转化方法及装置。

背景技术

使用卫星对地球表面进行观测已经是发展了多年的技术，对地观测卫星包括地球资源卫星、军事侦察卫星、海洋卫星和测地卫星等。其中的海洋卫星就是主要用于海洋水色色素的探测，为海洋生物的资源开放利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发、海洋科学研究等领域服务，设计发射的一种人造地球卫星。

下面对HY-2卫星散射计进行简单介绍，2012年8月发射的海洋二号，搭载有我国第一个可业务化运行的微波散射计HY2-SCAT。HY2-SCAT主要用于全球海面风场观测，散射计的测风风速范围为4～24m/s，风速精度为2m/s或10％；风向测量范围为0～360°，风向精度为±20°。HY2-SCAT工作频率为13.256GHz，采用笔形波束圆锥扫描方式，通过笔形波束以固定仰角围绕天底方向旋转，在卫星平台顺轨方向的运动中形成一定的地面覆盖刈幅。如图1所示，卫星通常距离地面同样的高度(如卫星距地面H＝963KM)在运行，卫星所在的飞行轨道投影到地面也就形成了星下点轨迹(实际上，卫星在每次扫描的时候，均会产生星下点坐标这一数据，星下点坐标也就是卫星在扫描时，投影到地面上的经纬度坐标，将多次扫描时的星下点坐标连接成星下点轨迹)；同时，卫星在飞行的时候会旋转式的以外波束和内波束的形式进行扫描(外波束和内波束均以圆周的方式进行扫描，如图中内波束扫描形成的圆周半径为700KM，外波束扫描形成的圆周半径为874KM)，从而形成了外波束足印和内波束足印，其中外波束足印和内波束足印分别是间隔的采样，刈幅宽度就是指外波束扫描所形成的圆周的直径。散射计系统包括VV和HH两个极化方式，分别以不同入射角进行观测，在平台的运动过程中对同一分辨单元可获取不同极化方式，不同入射角度的多次测量结果(如图2中，对同一个目标分别在1、2、3和4这四个不同的位置进行观测，在位置1进行的观测被称为外波束前视，在位置2进行的观测被称为内波束前视，在位置3的观测被称为内波束后视，在位置4的观测被称为外波束后视)，以克服海面风场方向反演的多值模糊问题。其中内波束采用HH极化方式，入射角为41°，对应地面足印大小约为23km×31km，刈幅宽度为1400km。外波束采用VV极化方式，入射角为48°，对应地面足印大小约为25km×38km，刈幅宽度为1700km。如图3示出了卫星在空间轨道上进行扫描的示意图，图4中实处了星下点轨迹和外波束足印与内波束足印的示意图。

下面对HY-2散射计数据产品进行简单介绍，海洋二号卫星散射计目前可提供的数据产品分为L1B级产品数据产品、L2A级数据产品、L2B级数据产品和L3级数据产品。

其中L1B数据文件为以遥测帧的时间为顺序进行存储的散射计观测数据。每个遥测帧包括96个散射计测量脉冲，每个测量脉冲包括后向散射系数，每个脉冲足迹(外波束足迹和内波束足迹)的地理位置、以及用来描述测量数据的质量和不确定性等信息的参数，同时该数据文件中还包含通过定位系统获取的星下点轨迹(星下点是卫星没测发射脉冲时的经纬度坐标所在的点，星下点轨迹便是由大量星下点所组成的轨迹)的经纬度信息。

L2A产品数据文件包括卫星平台在一个空间轨道内获得的每个雷达后向散射sigma0(后向散射系数)测量值。此外，L2A产品也包含一些与每个sigma0测量值相对应的辅助数据元素。这些辅助数据元素列出了每个sigma0测量值所对应的位置、质量、以及不确定性等相关信息。L2A产品中的sigma0以风矢量单元进行分组。每一个风矢量单元行对应地面测量刈幅的一个交轨切割。每一个L2A风矢量单元都是一个25km的正方形。因此，需要1624个风矢量单元行完成对地球的一次完整覆盖。

L2B产品数据文件，以轨道为单位进行组织，即每个轨道的风矢量测量数据构成一个L2B文件。L2B产品中的每个数据元素都可以通过风矢量单元的行、列号进行索引。L2B风矢量单元行的延伸方向与星下线相垂直，列的延伸方向与星下线方向相一致。L2B处理软件利用每个风矢量单元中的sigma0测量值和方位角、入射角、极化等辅助信息通过反演得到一组风矢量可能解，这些风矢量可能解被称为模糊解，然后再利用模糊去除算法来确定唯一的风矢量解，最后利用DIR算法对模糊去除算法选出的风矢量解作进一步优化处理。L2B产品中最多给出4个风速、风向模糊解，并按似然值由高到低的顺序排列。如图5所示，风矢量单元是以星下点轨迹(顺轨)为基准，以分别以平行(顺轨)和垂直(交轨)于星下点轨迹的直线，将地球表面分割为多个单元格，通常每个单元格均是方形，且大小相同。