[发明专利]一种基于最大似然估计的微波散射计风场反演方法及系统

说明书

本发明涉及主动微波遥感技术领域，尤其涉及一种基于最大似然估计的微波散射计风场反演方法及系统，所述方法包括：获取微波散射计接收的后向散射回波信号，经处理得到后向散射系数；基于最大似然估计法结合地球物理模型函数，由后向散射系数计算得到对应的风矢量单元的风场反演残差和风场模糊解；基于风矢量单元的风场反演残差，遍历预先建立的似然概率模型，得到对应的风矢量单元的模糊风场解的似然概率；经过模糊去除和质量控制，得到L2B级风场数据产品。本发明提出了对刈幅不同位置的残差特性进行分析的新方法；针对刈幅不同位置观测信息的变化，提出了一种与刈幅位置相关的似然概率模型函数。

技术领域

本发明涉及主动微波遥感技术领域，尤其涉及一种基于最大似然估计的微波散射计风场反演方法及系统。

背景技术

海面风场是海洋和大气科学研究与应用中的重要物理参数。星载微波散射计作为当前获取全球海面风场资料最主要的遥感仪器，其感测结果在数值天气预报，海洋灾害监测海洋环境数值预报、气象预报和气候研究等方面发挥了重要的作用。

散射计观测的风场对数值天气预报等定量化应用的影响程度取决于反演风场质量。因此，在海面风场的诸多应用中，风场质量的定量化描述尤为重要，通常用风场质量敏感因子来实现，其中最常用的一种质量敏感因子是风场反演的残差。由于卫星散射计海面风场反演最常用的算法是最大似然估计(MLE)法，风场反演的残差也称作MLE值，表示一组测量的后向散射系数(σ0)与地球物理模型函数(GMF)构成多维参考面之间的距离。通常情况下，散射计测量的海面后向散射系数与GMF之间的距离较小，反演的风场质量高、MLE值小。然而，当风单元中的雷达后向散射信号主要受到除风以外的其它地球物理条件的影响时，实际测量和GMF仿真得到的σ⁰值会有较大的差异，导致MLE值偏大，MLE是一个很好的风场质量指示标。另一方面，在风场去模糊处理过程中，MLE值越大、相应的模糊解被选中为“真实解”的可能性的就越小，反之亦然。因此，MLE值还包含模糊解为真实解的概率，广泛用于数据同化或者二维变分分析模糊去除(2D_Var)。

通过反演得到的模糊解要通过模糊去除选择一个模糊解作为真实解，模糊解被选为真实解的概率即模糊解似然概率，根据贝叶斯理论和最大似然估计，散射计反演的模糊风矢量是真实风矢量的概率可以表示为与MLE有关的似然概率模型函数，目前的概率模型函数大多是根据散射计扫描刈幅范围内的所有风单元计算得到的，没有考虑刈幅范围内不同列风单元的反演残差特性的差别。虽然微波散射计的扫描方式各有不同，但风场反演的原理都是一致的。

图1是CSCAT散射计观测几何示意图，CSCAT观测刈幅1000km，在垂直卫星飞行的方向上依据距离等分为42个风矢量单元(WVC)。将风矢量单元列数或节点数从刈幅最左端到最右端进行编号，1-5列和38-42列为刈幅远端，6-17和26-37为刈幅中间部分，18-25列为星下点区域，不同的列数代表观测刈幅的不同位置，每个风矢量单元大小为25km×25km，如图2所示。由于刈幅不同位置的观测角度和观测次数不同，所以不同刈幅位置的残差特性也不同。

发明内容

微波散射计在对目标进行扫描观测时，由于刈幅不同位置的观测角度和观测次数的差别，反演的残差特性存在差异，本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种基于最大似然估计的微波散射计风场反演方法。可以消除不同刈幅位置风场反演残差特性的差别带来的误差，以提高风场反演的风速和风向的准确度。

为了实现上述目的，本发明的实施例1提出了一种基于最大似然估计的微波散射计风场反演方法，所述方法包括：

获取微波散射计接收的后向散射回波信号，经处理得到后向散射系数；

基于最大似然估计法结合地球物理模型函数，由后向散射系数计算得到对应的风矢量单元的风场反演残差和模糊风场解；

基于风矢量单元的风场反演残差，遍历预先建立的似然概率模型，得到对应的风矢量单元的模糊风场解的似然概率；