[发明专利]一种海面风场反演的点方式反演方法

摘要

本发明公开了一种海面风场反演的点方式反演方法，该方法根据圆锥扫描极化散射计目标函数峰值附近分布较为平坦的特征，在反演中利用目标函数最大值随风向的变化率作为测度指标，对第一和第二模糊解风向进行扩展，并对圆中数滤波方法进行改进，从而提高海面风场反演的精度。仿真实验表明，本发明提出的风场反演方法，在不需要外部风向信息作为参考的条件下，能够使地面轨道绝大部分区域的风向反演偏差得到明显下降，并使存在于0～15°之间的风向模糊解得到有效去除，从而证明该方法能够进一步提高圆锥扫描极化散射计的风向反演精度，可以用于星载圆锥扫描极化散射计的业务化地面应用系统中。

主权项

1.一种海面风场反演的点方式反演方法，海面风场反演是利用计算机，以及安装在计算机内的海面风场反演系统综合进行的，其特征在于：所述海面风场反演系统包括有MLE目标函数优化单元(1)、风向区间扩展单元(2)和空间滤波单元(3)；MLE目标函数优化单元(1)对接收到的σ⁰{σ⁰_HH，σ⁰_VV，σ⁰_VH，σ⁰_HV，σ⁰_VHHH，σ⁰_HVVV}中的σ⁰_HH、σ⁰_VV、σ⁰_VHHH和σ⁰_HVVV进行风矢量模糊解反演，从而得到风速、风向模糊解F＝{F₁(w，Φ)，F₂(w，Φ)，F₃(w，Φ)，F₄(w，Φ)}；F₁(w，Φ)表示第一模糊解，F₂(w，Φ)表示第二模糊解，F₃(w，Φ)表示第三模糊解，F₄(w，Φ)表示第四模糊解，w表示利用圆锥扫描极化散射计测得的风速，Φ表示利用圆锥扫描极化散射计测得的风向；风向区间扩展单元(2)首选依据接收到的第一模糊解F₁(w，Φ)中的风向Φ进行向左和向右扩展处理，从而得到第一风向扩展解f₁[Φ_L，Φ_R]，Φ_L表示第一模糊解F₁(w，Φ)中的风向Φ向左扩展后得到的左边界风向，Φ_R表示第一模糊解F₁(w，Φ)中的风向Φ向右扩展后得到的右边界风向；然后依据接收到的第二模糊解F₂(w，Φ)中的风向Φ进行向左和向右扩展处理，从而得到第二风向扩展解f₂[Φ_L，Φ_R]，Φ_L表示第二模糊解F₂(w，Φ)中的风向Φ向左扩展后得到的左边界风向，Φ_R表示第二模糊解F₂(w，Φ)中的风向Φ向右扩展后得到的右边界风向；最后将f₁[Φ_L，Φ_R]和f₂[Φ_L，Φ_R]输出给空间滤波单元(3)进行滤波处理；空间滤波单元(3)对接收到的第三模糊解F₃(w，Φ)、第四模糊解F₄(w，Φ)、第一风向扩展解f₁[Φ_L，Φ_R]和第二风向扩展解f₂[Φ_L，Φ_R]进行圆中数风向求取，所述圆中数风向的求取步骤为：第3-1步：利用第三模糊解F₃(w，Φ)、第四模糊解F₄(w，Φ)、第一风向扩展解f₁[Φ_L，Φ_R]和第二风向扩展解f₂[Φ_L，Φ_R]构建参与滤波的扩展风向数组(即)；在本发明中，所述扩展风向数组的排列方式是按f₁[Φ_L，Φ_R]→f₂[Φ_L，Φ_R]→F₃(w，Φ)→F₄(w，Φ)；第3-2步：利用风向残差和且对扩展风向数组进行圆中数滤波处理，获得滤波窗口中心圆中数风向；风向残差和中各字母的物理意义为：表示滤波窗口中心位置(i，j)处第k个模糊解风向对应的残差和；i表示滤波窗口中心在滤波风场中的行数，j表示滤波窗口中心在滤波风场中的列数；S表示滤波窗口的长度；表示扩展风向数组；θ_mn表示滤波窗口内(m，n)位置处的风向，m表示某点在滤波窗口中的行数，n表示某点在滤波窗口中的列数。第3-3步：拾取出最小残差和所对应的风向(即最小残差风向)，并将该风向作为滤波窗口的圆中数风向，并记录该风向所对应的索引号；第3-4步：根据索引号判断该风向属于扩展风向数组的第三模糊解F₃(w，Φ)、第四模糊解F₄(w，Φ)、第一风向扩展解f₁[Φ_L，Φ_R]或者第二风向扩展解f₂[Φ_L，Φ_R]中的哪一个；第3-5步：如果最小残差风向属于第一风向扩展解f₁[Φ_L，Φ_R]或者第二风向扩展解f₂[Φ_L，Φ_R]，则计算搜索该风向上的目标函数最大值及其对应的风速，并将该风向和计算出的风速作为圆中数模糊解；如果最小残差风向属于第三模糊解F₃(w，Φ)或者第四模糊解F₄(w，Φ)，则直接将该模糊解作为圆中数模糊解；第3-6步：用圆中数模糊解替换当前滤波窗口中心的模糊解。