星载全极化微波散射计仿真与海面风场反演研究

通过建立全极化微波散射计系统仿真模型,探索全极化微波散射计的风场反演方法;通过对比不同仪器测量精度下全极化和同极化微波散射计风场反演结果,分析评价全极化微波散射计系统反演海面风场的性能.全极化微波散射计通过增加测量信息来减少模糊解出现的概率,进一步提升风场反演精度.结果表明全极化微波散射计相比同极化微波散射计具有更好的风场反演性能,对于风向结果的改善较为明显:在仿真实验中,全极化仿真反演的风速误差结果优于同极化10°以上,证明了全极化微波散射计能够提升风场反演性能.该仿真结果对我国后续海洋卫星的研发具有一定的借鉴作用.     

星载微波散射计两种体制的比较

星载微波散射计可以提供全球、全天候、高精度、高分辨率和短周期的海面风场数据。根据雷达天线足印的形状,雷达散射计主要包括扇形波束体制与笔形波束体制两种形式。概述了两种体制微波散射计在设计结构及后期数据处理算法中的优缺点,并对两种不同体制散射计的系统仿真数据进行比较。分析结果表明:对于小型卫星平台,Ku波段的旋转扫描扇形波束散射计比笔形波束圆锥扫描散射计具有更优的风场反演性能。     

神经网络反演散射计风场算法的研究

建立了一个神经网络反演卫星散射计海面风场的B-P算法,给出了一个神经网络反演风场的模型,并利用该反演算法和模型对实际卫星散射计数据进行了海面风场反演试验,对风向的多解性利用圆中数滤波方法进行排除.对神经网络训练和检验数据集分别采用ERS-1/2散射计数据和欧洲中期天气预报(ECMWF)提供的风场作为配准点数据.把反演的风速和风向与CMCD4和ECMWF的风场作了比较,它们吻合得比较好;研究表明神经网络反演海面风场是可行和高效的.     

星载微波散射计海面风场与海洋环境噪声的相关特性分析

根据海洋环境噪声机理及风关噪声已有的研究成果,提出利用星载微波散射计反演的海面风场数据进行海洋环境噪声分析,并对HY-2A和ASCAT数据与噪声谱级的相关性进行了对比分析。选取南海海域作为研究区,利用潜标测量系统获取的噪声数据和多源散射计风场数据开展了相关实验,并采用NCEP海面风场数据进行对比分析。结果表明,ASCAT数据与噪声的相关性优于HY-2A,散射计数据优于NCEP数据,散射计风场更适合海洋环境噪声的分析研究。该研究内容拓展了微波散射计风场数据的应用领域,并为海洋环境噪声研究提供了更好的技术手段。     

我国首次微波散射计机载试验数据分析

微波散射计是目前能有效获得全球海面风场的唯一遥感手段,我国也开展了这方面的研究工作,1999年,我国自行研制的微波散射计原型样机做了首次机载飞行试验。文中介绍了此次试验的基本情况,对试验数据进行了分析并和常规观测资料进行了比对。通过分析和比对,我们得出结论,这台仪器测量海面风向性能是十分出色的,我们提取海面风的算法也是高性能的。但是,由于仪器测量的归一化后向散射系数未作绝对定标,因此,尚不能获得海面风速。     

中法海洋卫星微波散射计风场反演残差特性研究

2018年10月发射的中法海洋卫星散射计(CSCAT)是国际上首个扇形波束旋转扫描微波散射计。本文以最大似然估计风场反演算法为基线,详细分析了中法海洋卫星微波散射计海面风场反演代价函数的残差特性,重点研究了新的观测几何对风场反演残差以及风场质量的影响,并建立了风场模糊解的似然概率模型函数。结果表明,CSCAT风场反演的残差特性随风矢量单元在刈幅交轨方向位置的变化而变化,模糊解似然概率模型函数的指数分布在?0.4～?1.8之间。分析结果为CSCAT风场质量控制和二维变分分析去模糊算法的精细化调整提供了重要的参考。     

散射计海面风场资料在远洋航天气象保障中应用方向探讨

结合目前远洋航天气象保障中关注重点及存在的弱点,创新尝试引入高精度散射计海面风场资料,探讨散射计海面风场资料在远洋航天气象保障中应用的可行方向,主要包括应用于诊断海面风场气候统计特征、应用于诊断热带气旋生成预报预警、应用于诊断热带气旋内部结构特征、结合数学非线性时间序列预报方法应用于站点海面风和海面风场预报,总结相关方向关键技术的国内外研究进展,为下一步散射计海面风场资料在远洋航天气象保障中的深入应用及国内海洋二号卫星散射计资料的应用提供理论基础和方向支撑。     

海面风场与3.2厘米微波散射特性的研究

海面风场遥感的基础工作之一是微波散射特性的研究。美国于一九七八年发射了一颗海洋卫星Seasat-A[3],卫星上载有微波散射计,它被用来遥感全球风场,其测量风速范围为3—25m/s,测风速的精度为±2m/s或±10%,海面上分辨率达50公里。在海洋卫星发射以前,他们对海面风速与海面微波散射特性之间的关系已作了充分的研究,这样才能判读星载或机载上所得到的遥感数据。国外在这方面做了大量的工作,积累了大量的数据。例如,美国学者格兰特和易普利将雷达散射计架在桥上俯视河水,找出了3.2厘米、1.25厘米、8.6毫米海面回波与风速的函数关系[1]。     

中法海洋卫星微波散射计近海岸产品在台风遥感监测中的应用

中法海洋卫星(Chinese-French Oceanography Satellite,CFOSAT)搭载的微波散射计(CFOSAT Scatterometer,CSCAT)采用 Ku 波段扇形波束旋转扫描体制,具有观测几何信息丰富、观测样本数多的特点,是一种新型的海面风场遥感仪器。CSCAT 的原始空间分辨率可达10 km×12-5 km,是目前空间分辨率最高的微波散射计,为开发高质量的近海岸高分辨率海面风场产品提供了可能性。首先,回顾了 CSCAT 近海岸风场遥感的原理,并利用辅助数据验证了这种新的科学产品的有效性。 然后,利用 CSCAT 近海岸风场开展了台风灾害监测研究。与标准 25 km 分辨率的产品相比, CSCAT 近海岸风场可以更细致地描绘台风结构,能够为气象和海洋防灾减灾提供更精准的信息支持与决策服务。     

海面风速微波散射测量与分析

为了深入研究海面风的微波散射特性 ,利用海洋石油平台和飞机作为仪器的工作平台 ,对海面微波散射特性进行了测量 ,并应用统计分析方法 ,对测量数据作处理分析。结果表明 ,海面微波后向散射系数 (σ°)值与海面风速成线性关系 ,随风速增大而增大。同时 ,σ°值与夹角及散射计天线入射角、极化方式有关。结合对海面微波散射算法中 Phillips模式的分析比较 ,得到 Phillips模式的计算值与实测值变化趋势一致的结果     

Neural network wind retrieval from ERS-1/2 scatterometer data

1IntroductionSatellite observations of the ocean,includingobservation of sea surface wind fields,have tendedto be a perfect technology.Scatterometer is a prima-ry remote sensing sensor,which can get the globalscale information of wind.Other means of remot…     

基于混合密度网络的NSCAT散射计海面风场反演

以NSCAT散射计数据为例,介绍了一种神经网络反演海面风场的方法.风速的反演是基于多层感知器网络;多解风向的反演是基于多层感知器网络和混合密度模型组合而成的混合密度网络,其中的核函数采用高斯函数的形式.通过与欧洲中期天气预报模式风场和现场浮标数据对比,证明了该神经网络反演海面风场的有效性.     

A study of remote sensing of sea-surface wind field with 8-12 GHz broad band radar scatterometer

The paper is devoted to the results of the study on sea-surface wind field remote sensing using 8-12 GHz broad band radar scatterometer. Principles and techniques of remote sensing with broad band scatterometer are described. Variations of microwave scattering coefficients on sea surface with different frequencies and incident angles at different polarization and wind velocity are given and the correlationship between scattering coefficients and wind speeds. The result shows that the research is valuable.lt provides data and basis for remote sensing of the sea-surface wind fields with broad band radar scatterometer.     

一种改进的扇形波束旋转扫描散射计海面风矢量反演算法

扇形波束旋转扫描散射计（RFSCAT）是约十年前才被提出来的一种新型星载微波散射计。与其它旋转扫描散射计类似,其星下点附近区域和刈幅边缘区域的风场反演误差相对较大。在本文设定的参数条件下,RFSCAT散射计刈幅边缘区域的风向反演精度相对于轨道中间区域降低了约9°。针对这一问题,本文为RFSCAT散射计提出了一种改进的风矢量反演算法。新算法的主要特征是,根据风向反演偏差直方图,在整个刈幅区域内,对模糊解风向取值区间进行自适应扩展,以获取并保留更多可能风向解。利用模拟的100条轨道的L2A数据,对新算法进行反演验证。实验结果证明,新算法能够有效改善RFSCAT散射计星下点附近区域和轨道刈幅边缘区域的风向反演精度。星下点和刈幅边缘上的风矢量单元的风向反演精度相对于标准的MLE算法分别提高了1.6°和9°。     

一种新的海洋风场反演中风向模糊排除方法研究

本文给出了一种从ＳＡＳＳ测量的后向散射强度手数据中反演出大尺度海洋风场的新方法。计算结果与Ｐｅｔｅｈｅｒｙｃｈ等利用ＳＡＳＳ表面风分析的结果比较在风向上是吻合的，在风速上本文所得结果更宇海面赵实风速。上述结果说明本文所采用的多解排除对两波束散射计探测海面风场的反演是成功的。     

基于SVR和LSTM算法反演散射计下有效波高研究

有效波高反演对于海洋工程及海洋环境安全具有重要意义。我国海洋二号(HY-2A)卫星载有散射计和高度计等获取海洋要素的仪器。散射计可获取海洋风场数据但无法直接获取有效波高数据,高度计可获取海洋有效波高数据但覆盖区域狭小。本文将散射计与高度计各自优势结合,利用支持向量回归(SVR)和长短期记忆(LSTM)智能算法反演散射计下有效波高,提升高度计有效波高利用率。实验结果表明,长短期记忆智能算法更能有效反演散射计下有效波高。