[发明专利]一种基于粒子群算法的GNSS-R海面风速反演方法及系统

权利要求书

1.一种基于粒子群算法的GNSS-R海面风速反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：获取数据集，包括GNSS-R DDM数据和风速参考数据；

步骤S2：进行数据预处理，将两种数据根据时间和空间进行匹配，得到10m高度风速U10；

步骤S3：以距离控制增益、GPS卫星类型、质量控制标识作为筛选条件，对匹配后的数据集进行质量控制，并将筛选以后的数据集随机划分为训练集和测试集；

步骤S4：利用训练集中的DDM特征值与匹配好的风速参考真值，构建地球物理模式函数，进行单特征值反演；

步骤S4.1：根据入射角对DDM特征值进行改正，得到不受入射角影响的特征值，函数如下：

y(θ)＝-1.67e^-9θ^4.54+1 (2)

其中，OBS_L2A为改正后不受入射角影响的DDM特征值，OBS_L1B是指从DDM中提取出的特征值，θ为反射信号的在镜面反射点处的入射角，y(θ)为入射角的经验改正；

步骤S4.2：划分风速区间，生成空的查询表，表中的格子的步长为0.1m/s，宽度根据匹配数据集中的风速概率分布设置，然后将匹配数据集中的样本划分到对应的格子中，并计算每个格子按距离加权平均得到的DDM特征值，得到统一的GMF^*；

宽度的设置具体如下：

+/-0.4m/s，U102m/s；

+/-0.3m/s，2≤U105m/s；

+/-0.2m/s，5≤U109m/s；

+/-0.4m/s，9≤U1011m/s；

+/-0.6m/s，11≤U1014m/s；

+/-0.8m/s，14≤U1020m/s；

步骤S4.3：对统一的GMF^*加入入射角影响，在一定范围内，以0.1°为步长，对应地乘以y(θ)，得到最终的地球物理模式函数GMF(θ)，函数如下：

GMF(θ)＝GMF*·y(θ) (3)

步骤S4.4：利用LES和NBRCS分别生成的地球物理模式函数GMF(θ)，进行单特征值风速反演；

步骤S5：基于粒子群算法，对多种DDM特征值的反演结果进行组合，得到组合风速反演模型；

步骤S6：利用测试集对组合风速反演模型进行性能评估，然后对待测DDM数据使用组合风速反演模型，进行风速预测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：

步骤S1.1：批量获取指定日期的数据集URL下载链接；

步骤S1.2：使用脚本批量下载保存数据集。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

步骤S2.1：进行数据预处理，包括风速数据中的uv分量合成10m高度风速U10,去除DDM数据中值为NaN的样本；

步骤S2.2：根据DDM数据的镜面反射点经纬度与风速参考数据进行空间匹配；

步骤S2.3：根据DDM数据的采样时间与风速参考数据进行时间匹配。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：

步骤S3.1：根据预设的筛选条件，对匹配数据集进行筛选及格式规整；

步骤S3.2：将数据集随机打乱，以7:3比例划分为训练集和测试集。