合成孔径雷达反演海面风场变分模型的数据处理方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106526596A(43)申请公布日2017.03.22(21)申请号201610889179.X(22)申请日2016.10.12(71)申请人中央军委联合参谋部大气环境研究所地址100029北京市朝阳区民族园路8号院申请人中国科学院大气物理研究所(72)发明人姜祝辉刘强陈洪滨黄思训邓冰李元祥赵增亮李鲲刘娟刘茜金宝刚李琳(74)专利代理机构北京远创理想知识产权代理事务所(普通合伙)11513代理人卫安乐(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)G01S13/90(2006.01)权利要求书2页说明书11页附图3页(54)发明名称合成孔径雷达反演海面风场变分模型的数据处理方法(57)摘要本发明提供一种合成孔径雷达反演海面风场变分模型的数据处理方法，针对现有技术中存在的EnVar和MCVar求解变分模型过程中运算量大、耗时的缺点问题，通过泰勒展开、线性化代价函数、基于Armijo非精确线搜索技术，实现迭代求取代价函数极小的快速解法，提高运算时效。CN106526596ACN106526596A权利要求书1/2页1.一种合成孔径雷达反演海面风场变分模型的处理方法，其特征在于，所述合成孔径雷达反演海面风场变分模型为：其中v为待求海面风场；σo为将v和合成孔径雷达其他参数一同输入到CMOD5地球物理模型函数中计算得到的后向散射截面；Δσo和Δv分别为合成孔径雷达和数值预报结果中的海面风场标准差；将v分解为海面风速水平分量u和海面风速垂直分量v，得到其代价函数所述处理方法包括：步骤1、对(1)式在vB处进行泰勒展开并保留前三项，即计算(3)式的稳定点设是非奇异矩阵，得到迭代公式其中为迭代方向；步骤2、选取参数β∈(0,1),σ∈(0,0.5)，基于Armijo非精确线搜索技术Armijocondition，记mk为满足下列不等式的最小非负整数m：由此可确定迭代步长在基于Armijo非精确线搜索技术Armijocondition下，(5)式可修改为v＝vB+αkdk(7)；步骤3、计算代价函数导数，即J(v)的一阶导数和二阶导数包括：o将v展开为(u,v)，将σ(u,v)在(uB,vB)进行泰勒展开，即将(8)式代入(2)式则令则2CN106526596A权利要求书2/2页进而其中(uG,vG)可从微分定义出发这里取δu＝δv＝0.1m/s，则将(10)式和(11)式代入(9)式，通过迭代即可求出待定海面风场；步骤4、求解代价函数。2.根据权利要求1所述的一种合成孔径雷达反演海面风场变分模型的处理方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：步骤41、选取迭代初始值vk＝vB；步骤42、计算将vk输入到CMOD5地球物理模型函数中求得进而求得通过(11)式求得vGk；计算Δσ、Δu和Δv；将上述量代入(10)式即可求得如果则停算，输出va＝vk；步骤43、计算将步骤42中求得的vGk和中Δσ、Δu和Δv的值代入(11)式即可求得步骤44、求解线性方程组得出dk；步骤45、确定迭代步长αk；步骤46、令vk+1＝vk+αkdk，返回步骤42。3CN106526596A说明书1/11页合成孔径雷达反演海面风场变分模型的数据处理方法技术领域[0001]本发明涉及信息技术领域，尤其是指一种合成孔径雷达反演海面风场变分模型的数据处理方法。背景技术[0002]海面风场资料在气象预报、海浪预报、大气海流系统的长期变化和海洋资源的开发应用等方面起着十分重要的作用；因此对海面风场的探测已成为当前气象学、海洋学研究中的一个热点问题。现有技术中普遍采用合成孔径雷达反演海面风场的方法，其优势主要体现在以下几个方面：[0003](1)空间分辨率高：现代高科技战争对精细化海面风场提出更高要求，合成孔径雷达的空间分辨率为几十米甚至几米，远高于散射计和辐射计，所以更适合于近岸风速反演；[0004](2)覆盖范围广：合成孔径雷达可获取全球探测数据，利用反演算法计算得到全球海面风场，所以能够为所有海洋区域渔业提供海面风场数据保障；[0005](3)数据可靠且多源：随着技术的发展，国内正在开展星载和机载合成孔径雷达的研制工作，即将填补我国高分辨率海洋动力环境卫星的空白，使我国免于受制于国外数据封锁，获取可靠、稳定的数据。欧空局、美国宇航局等组织的合成孔径雷达亦在轨运行，可通过数据共享来进一步提高数据时间、空间分辨率。[0006]合成孔径雷达反演海面风场相关研究始于20世纪70年代末，Weissman等(1979)分析指出合成孔径雷达雷达强度图像与海面风场存在相关性，其中强度图像的风条纹方向与海面风向基本一致，强度大小与风速相关。随后，大量学者开展了卓有成效的研究，主要集中在以下几个研究方向