[发明专利]一种新的多源卫星高度计融合方法

说明书

本发明公开一种新的多源卫星高度计融合方法，包括基于二维变分的最优算法，采用对角矩阵和相关系数阵将背景误差协方差矩阵B＝ΣCΣ进行分解，利用高斯函数估计和构造背景误差相关性，通过最小二乘法拟合高斯分布，得到的背景误差相关系数尺度，采用多时次的卫星高度计观测密度确定融合时长，将观测资料融合得到融合产品；本发明以二维变分法为融合基础，考虑同轨观测的演变误差，依据高度计观测密度选取背景误差协方差相关系数尺度，构建更为合理的背景误差相关系数表示函数，考虑不同区域的背景误差相关系数尺度的变化，且使用前一日的融合场作为背景场，在融合产品中更多地保留了小尺度信号，显著提高融合产品的有效分辨率。

技术领域

本发明涉及多源海洋卫星高度计资料的融合技术领域，尤其涉及一种新的多源卫星高度计融合方法。

背景技术

AVISO的高度计数据融合系统制作发布了国际上最具影响力的卫星高度计产品，2015年5月起该系统由欧洲哥白尼计划负责，DT2018 融合产品分别由哥白尼海事局和哥白尼气候服务机构生产和发布，其中，CMEMS发布的DT2018产品主要针对全球或区域尺度范围内海洋模式和海洋环流分析中的中尺度信号反演，采用所有高度计卫星数据，具有更为精确的海表高度精度；

当前在轨运行的高度计卫星多达5颗，根据各个卫星的23天卫星轨迹分布，某些海域未被卫星轨道覆盖的最大空白区域为45km到 80km之间，而AVISO在该海域的有效分辨率仅为240km，未达到最大有效分辨率，进一步提高融合产品的有效分辨率成为亟待解决的问题，因此，本发明提出一种新的多源卫星高度计融合方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种新的多源卫星高度计融合方法，该新的多源卫星高度计融合方法以二维变分法为融合基础，考虑同轨观测的演变误差，依据高度计观测密度选取背景误差协方差相关系数尺度，构建更为合理的背景误差相关系数表示函数，考虑不同区域的背景误差相关系数尺度的变化，且使用前一日的融合场作为背景场，在融合产品中更多地保留了小尺度信号，显著提高融合产品的有效分辨率。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种新的多源卫星高度计融合方法，包括以下步骤：

步骤一、以二维变分法为基础，采用对角矩阵和相关系数阵将背景误差协方差矩阵B＝ΣCΣ进行分解，估计和构造背景误差相关性，其中B是背景场误差的协方差矩阵，Σ是对角矩阵，C是相关系数阵；

步骤二、以高斯函数表示相关系数构建背景误差协方差矩阵，通过最小二乘法进行高斯分布拟合，得到的背景误差相关系数尺度；

步骤三、采用多时次的高度计卫星观测资料，以满足背景误差相关系数尺度的要求，然后根据观测资料的密度确定选取背景误差协方差相关系数尺度；

步骤四、将长时间的观测资料融合得到融合产品，融合时产生的采样误差值带入观测误差协方差矩阵计算公式中：

R＝R^m+R^s (1)

其中R^m和R^s分别为测量误差和采样误差。

进一步改进在于：所述步骤一中二维变分法是用数值解的方法求解代价函数最小化的问题：

其中x为向量，是所有规则网格点上的ADT值，也称为控制变量， x^b为背景场，B为背景场x^b误差的协方差矩阵，y^o为所有卫星高度计观测点组成的向量，R为观测向量y^o的误差协方差矩阵，H为观测算子，将网格点上的数值映射到观测点，并通过最优插值法计算最小化解。

进一步改进在于：所述最优插值法要求(2)式满足最优解，并通过矩阵运算，得到最小化解的表达式：