星载全极化微波散射计仿真与海面风场反演研究
HY-2卫星微波散射计海面风矢量场反演技术研究-中国工程科学

降交点地方时 三轴姿态稳定度 / ((° )· s 半长轴偏差 / m 偏心率偏差 倾角偏差 / (° ) 三轴指向精度 / (° )
- 1
99 . 349 65 3 σ指 3 倍 标 准 差 条 件 下
姿态和轨道控制指标
三轴姿态测量精度 / (° )
)
< 3× 10
< 0. 1 (3σ )
< 0. 03 ( 3 σ ) | Δ a| < 1
+
[ 关键词] HY2 卫星;微波散射计;风场反演;风矢量场误差分析。
1742(2009)10 - 0086 - 10 [ 中图分类号] V474. 2 91 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1009 -
1 前言
用的对地遥感卫星
HY 2 卫星是一种获取海洋动力环境信息的专
[1]
洋环境 ,获得包括海面风场 、 浪高 、 海流 、 温度 、 海上
数据产 品 和 其 他 辅 助 产 品 ( 轨 道 和 姿 态 文 件 等 ) 。 数据处理中心在接收到 0 级数据产品后 , 将其制作
4 B 火箭发射上天 ,卫星工作设计寿命为 3 年 。 卫星 965 km 。 卫 星 数 传 系 统 载 频 选 为 X 波 段 , 并 有 120 Gbits 的记录 / 回放数据记录器 。 卫星轨道设计 HY 2 卫星平台主要技术指标见表 1。
为晨昏轨道 , 卫 星 发 射 状 态 包 络 尺 寸 为 3. 35 m ×
[ 收 稿 日 期 ] 2009 - 08 - 14
[ 基 金 项 目 ] “ 八 六 三 ” 重 点 项 目 大 洋 渔 场 环 境 与 鱼 情 信 息 应 用 技 术 系 统 开 发 ( 2007 AA 092201 ) ; 支 撑 项 目 海 上 突 发 事 故 应 急 预 报 技 术 ( 2006 BAC03 B00 - 04 - 01 )
海面风场微波遥感仿真与GPS海面风场反演方法试验的开题报告

海面风场微波遥感仿真与GPS海面风场反演方法试验的开题报告一、研究背景海面风场是海洋边界层中最活跃的过渡区,对海洋环流、海气交换等过程具有重要影响。
目前,海面风场的测量主要依赖于卫星遥感技术和现场测量技术,其中,在卫星遥感技术中,微波遥感是一种常用的测量手段,可以通过海面微波反射率来反演海面风场。
微波遥感技术测算海面风场的准确性和可靠性受到海面波浪和散射体等干扰的影响较大。
为此,需要对海面风场微波遥感仿真进行研究,从而验证遥感方法的可行性,以提高对海面风场的测量精度。
另外,GPS海面风场反演方法是一种新兴的海面风场测量手段,它可以利用GPS 信号中海洋反射信号的时延和幅度特性,反演出海面风场的速度、方向等参数信息。
然而,这种方法的可行性和适用性还需要进行深入的研究和实验。
因此,本研究将重点探讨海面风场微波遥感仿真及GPS海面风场反演方法,旨在提高海面风场测量的准确性和可靠性。
二、研究内容1.根据海面波浪和散射体等因素的干扰特性,建立海面风场微波遥感仿真模型,从而验证微波遥感方法反演海面风场的可行性和精度。
2.探究GPS信号反射特性与海面风场参数的关系,并建立GPS海面风场反演方法模型,评估该方法在实际海洋环境中的适用性和精度。
3.基于以上研究成果,比较海面风场微波遥感和GPS反演方法的优缺点,探讨它们在海面风场测量中的应用前景和优化方向。
三、研究方法1. 设计合理的微波遥感海面风场仿真实验方案,包括选择适用的微波遥感装备,建立仿真模型等。
2.采集和分析GPS信号,对海面反射信号的幅度和时延特性进行分析,建立最小二乘反演模型。
3. 使用计算机编程语言,编写并运行海面风场微波遥感仿真模型和GPS海面风场反演方法模型,并分析实验结果。
四、研究意义本研究将探究海面风场微波遥感仿真与GPS海面风场反演方法试验的可行性和精度,为海面风场测量提供了一种新的思路和方法。
此外,本研究还可以为海洋科学研究、气象监测和海洋环保等领域提供更为准确和可靠的海面风场数据支撑,对促进我国海洋强国建设具有重要意义。
基于全极化微波辐射计WindSat亮温数据的海面风场反演

刘璨怡等:基于全极化微波辐射计WindSat亮温数据的海面风场反演基于全极化微波辐射计WindSat亮温数据的海面风场反演①刘碌怡②一’王振占③’殷晓斌’姜景山。
(。
中国科学院空间科学与应用研究中心北京100080)(”中国科学院研究生院北京100039)摘要根据全极化微波辐射传输理论,利用双尺度模式建立了海面辐射亮温的反演算法,并且利用美国发射的全球第一个星载全极化微波辐射计(WindSat)在轨运行期间的亮温数据进行了海面风场的反演,重点分析了风向反演的模糊度问题,并对风场反演结果进行了评估。
研究结果初步验证了全极化辐射计在卫星上遥感海面风场的能力:与美国国家环境预报中心(NEcP)的数据进行比较,反演的风速误差为1.15m/s,5m/s以上风速下的风向误差为210;与TAO浮标数据进行比较,风速误差为1.4m/s,风速5m/s以上的风向误差为20.50。
关键词全极化微波辐射计,WindSat,风场反演,误差分析0引言使用极化微波辐射计反演海面风矢量的研究始于20世纪90年代初期。
Stokes参数是4个具有强度量纲的物理量,用于描述微波辐射的极化特性,前两个代表垂直和水平极化亮温,后两个代表极化的方向和椭圆率。
已有的飞行试验¨,2J证实,在一定的频率和入射角下,辐射亮温的Stokes参数随海面风向呈周期性变化。
从卫星上观测到的前两个Stokes参数受到大气中的水汽和液水的影响严重,其中包含的风向信号比较微弱,不足以用来估计海面的风场状况【3J3。
相反,第3和第4Stokes参数对大气中的水汽和液水不敏感,更加适合在各类天气状况下观测海面风向【4·5|。
2003年1月美国发射了全球第一颗星载全极化微波辐射计(WindSat),它能在多个频率下在全球范围内测量海面辐射亮温的所有4个Stokes参量,这为用全极化辐射计进行全球海面风场的研究提供了机会。
本文利用WindSat数据进行了海面风场的反演,并对风场反演的结果进行分析并给出了结论。
全极化微波辐射计遥感海面风场的关键技术和科学问题

[ 收稿 日期 ] 2 0 0 0 8— 3—1 ;修 回日期 2
20 0 0 8— 4—2 2
[ 作者简介 ] 王振占(9 9一) 男 , 16 , 河北青龙县人 , 理学博士 , 中国科学院空间科学 与应用研究 中心研究员。主要从事微波遥感新技术及 应用 技术研究 , 中包括全极化微 波辐射测量技术研究 , 其 海洋大气参数 的反演应用研究 , 波遥感 器的定标 、 微 检验技术研究 以及太赫 兹大气探测机理研究等。E—mi : z@n r a.n a w z l s c c l n
一
一 I e ) ( 2 E R
其 中 : 是 亮 度温 度 , 分 别 是 垂 直 和水 平 方 向 E,
定 的相关关 系 , 样 就 可 以通 过 对 海 面亮 温 的 测 这 量来反 演海面 风速 的大小 。
微 波辐射 计用 于海 面风速 的测量 已经 有很长 的 历史 。传统 的微波 辐射计 , 以测量海 面风 速 , 是 可 但 不能确 定准确 的风 向 。早期 的星载微 波辐射 计进 行
海面风速 测量 通常 使用 水 平 和垂 直 极 化 方 式 , 为 认
的辐射 电场 的 复 振 幅 , A是 波 长 , 是 波 阻抗 , . 6W - 13 1 J 是 B lman常数 ( 文 K为 开尔 .8・ 0 K oz n t 本 文温 度 ) 。传统 的微 波 辐射 计 测量 的是 目标 微 波 电 磁辐 射亮 温 的前 两 个 正 交 的极 化分 量 r和 , o
7 中国工程科学 6
维普资讯
而全极化微波辐射计不但测量 目 标微波辐射信号的
两 个单 一 的正交极 化 分 量 , 并且 测量 这 两 个 正交 极 化分 量 的复相 关量 , 即在 传 统微 波辐 射 计 功 率 幅度 测 量 的基 础上 , 一 步测 量 其 相 关 信 息 。这些 相 关 进
基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究

基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究
李乐乐;管磊;陈锐
【期刊名称】《中国海洋大学学报(自然科学版)》
【年(卷),期】2006(036)0z1
【摘要】利用3个辐射传输模式对无冰无降水情况下的星载微波辐射计亮温测量进行仿真研究,通过模拟计算结果与同步卫星数据之间的比较分析,确定了用于反演算法研究的前向模式;利用该模式,提出了基于物理的星载微波辐射计海洋大气参数(包括海面风速、海表温度、大气垂直积分水汽量以及积分液态水量)多重线性回归算法.
【总页数】7页(P205-211)
【作者】李乐乐;管磊;陈锐
【作者单位】中国海洋大学海洋遥感研究所,海洋遥感教育部重点实验室,山东,青岛,266003;中国海洋大学海洋遥感研究所,海洋遥感教育部重点实验室,山东,青岛,266003;中国海洋大学海洋遥感研究所,海洋遥感教育部重点实验室,山东,青岛,266003
【正文语种】中文
【中图分类】P715.7
【相关文献】
1.海洋二号扫描微波辐射计冷空定标和地球物理参数反演研究 [J], 周武;林明森;李延民;王振占;黄磊
2.海洋二号卫星扫描辐射计海洋参数反演算法研究 [J], 王振占;鲍靖华;李芸;谌华
3.基于星载微波辐射计的海洋大气参数反演算法研究 [J], 李乐乐;管磊;陈锐
4.高原地区基于微波辐射计反演大气廓线的神经网络算法研究 [J], 田建兵;张玉欣;颜海前;唐文婷;康晓燕
5.基于偏振高光谱激光雷达和微波辐射计的大气温度探测和融合算法研究 [J], 刘晶晶;李开良;徐梓翔;庞景哲;王骏;闫庆;华灯鑫
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基于信息图谱的SeaWinds散射计海面风场反演研究的开题报告

基于信息图谱的SeaWinds散射计海面风场反演研究的开题报告题目:基于信息图谱的SeaWinds散射计海面风场反演研究一、研究背景及意义海洋是地球上占据面积最大的领域之一,海面风场作为描述海洋动力学过程的重要参数,在海洋天气、海洋环境与资源等领域有着广泛的应用价值。
然而,传统的海面风场观测技术受限于设备、时间、空间等多方面因素,其精度和时效性不高,无法满足实际应用的需求。
由此,扫地无人机、激光测风雷达等新型技术逐渐成为海面风场观测的新趋势。
SeaWinds散射计是一种主动微波遥感技术,在海洋风场监测领域也有广泛的应用。
通过观测微波回波信号,在应用逆向散射理论与海面波谱相结合的算法反演之下,可实现海面风场参数的获取。
然而,由于多种因素的干扰、背景波浪、地理信息等复杂因素的存在,SeaWinds散射计反演海面风场的精度依然存在一定程度的局限和不足。
为了解决这一问题,本文拟基于信息图谱的思想和SeaWinds散射计数据,开展海面风场反演的相关研究。
通过构建信息图谱,将多源数据信息在一个联通的网络结构中整合,提高海面风场反演的准确度和精度,加强对背景波浪等复杂因素的处理,实现更为可靠的海面风场反演方法。
二、研究内容及思路1. 构建信息图谱模型,采集整合SeaWinds散射计测量数据与其他相关数据信息(如海洋温度、盐度、海面流速等)。
2. 开展反演参数选择与算法研究,通过比较分析不同方法优劣,选择最优的算法和参数反演海面风场信息。
3. 结合信息图谱中的背景波浪、地理信息等相关数据,对反演结果进行校正和修正,提高其可靠性和准确度。
4. 验证反演结果的有效性,与实测数据对比,评估所提出方法的优劣。
三、预期研究成果1. 提出一种基于信息图谱的海面风场反演方法,较传统方法具有更为高效、准确的特点。
2. 发现和分析背景波浪、相关地理信息对SeaWinds散射计反演结果的影响,为海面风场反演的深入研究提供参考。
3. 实现对海面风场信息的更为精细化的获取与分析,为海洋环境监测、天气预报等领域提供更为可靠的数据支撑。
一种针对Windsat极化辐射计的海面风场反演方法

第22卷第2期2007年4月遥感技术与应用REMOTESENSINGTECHNOLOGYANDAPPLICATl0NyDZ.22ⅣD.24矿.2007一种针对Windsat极化辐射计的海面风场反演方法刘碌怡1‘2,王振占1,殷晓斌1’3,姜景山1(1.中国科学院空间科学与应用研究中心,北京100080;2.中国科学院研究生院,北京100039;3.中国海洋大学物理海洋实验室,山东青岛266100)摘要:星载极化微波辐射计(windsat)是美国于2003年1月6日发射的全球第一颗星载极化微波辐射计卫星,目的是为了验证极化辐射计在卫星上遥感海面风场的能力。
针对windsat在轨运行期间的数据,研究了风场反演的海洋和大气算法,进行了全球海面风场的反演,同时反演出其它地球物理参数。
最后利用同步的其它数据对反演结果进行了验证。
本文在极化辐射计风场反演方法和算法研究方面做了初步的尝试。
关键词:星戴极化微波辐射计;在轨定标;地物参数算法;风场反演中图分类号:TP79;P732.7文献标识码:A文章编号:1004一0323(2007)02—0210—06引言Windsat全极化微波辐射计是全球第一颗星载全极化微波辐射计。
它具有5个频率22个通道,其中10.7、18.7和37GHz3个频率是全极化通道,能够测量海面微波亮温的所有4个Stokes参量,6.8和23.8GHz是传统的两个正交通道辐射计,能够测量水平和垂直极化亮温。
Windsat在轨运行近3年,获得了大量的地表极化辐射信息数据,为研究海面风场提供了宝贵的全球海洋亮温数据。
本文首先利用与Windsat匹配的国家环境预报中心(NECP)数据,通过海面发射率和大气吸收系数模式的计算,建立了海面反演算法和大气反演算法。
然后,针对2003年8月至2004年3月的Windsat亮温数据,利用物理统计方法结合最大似然估值法进行海面风场的反演,同时反演出海洋和大气的其它参数。
全极化微波辐射计海洋应用研究的开题报告

全极化微波辐射计海洋应用研究的开题报告
一、研究背景
全极化微波辐射计是一种测量微波电磁波辐射的仪器。
利用其对海
洋环境微波电磁波反射、传递、吸收的测量,可以了解海洋表层和底层
的物理化学特性,如:海面粗糙度、风速、水温、盐度、水含气量等。
这些参数的掌握对于海洋环境的研究和气象预测至关重要。
二、研究目的
本研究旨在通过探究全极化微波辐射计在海洋应用中的有效性,以
提高海洋环境监测的准确性和可靠性,满足海洋环境监测和气象预测的
需求。
三、研究内容
1. 全极化微波辐射计原理和技术特点的研究。
2. 针对海洋表面反射、传递、吸收的微波电磁波特性研究。
3. 通过全极化微波辐射计对海洋环境参数进行测量,并与其他传统
测量方法进行比较分析。
4. 对海洋环境参数测量的数据处理和分析。
四、研究方法
1. 查阅文献,了解全极化微波辐射计的原理和技术特点。
2. 进行仪器布设和实验测量,获取海洋环境参数的测量数据。
3. 进行数据处理和分析,得出相应的结论。
五、预期成果
通过本研究,可获得全极化微波辐射计在海洋环境监测中的应用效果,并得出全极化微波辐射计在海洋环境参数测量方面的优劣比较结果。
同时,本研究还将为海洋环境监测和气象预测提供一定的理论和方法上的支撑。
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12 全极化后向散射系数模拟算法
全极化后向散射系数模拟算法主要分为两部
分:首先,输入各星下点的 HY2A微波散射计实测
的空间几何参数,将数值天气预报(NWP)的真实风
续海洋卫星的发展提供技术储备.
1 全极化微波散射计系统仿真
全极化微波散射计系统仿真流程如图 1所示, 其中空间几何参数使用 HY2A微波散射计实测数 据,系统输入“真实风场”为美国国家环境预报中心 (NCEP)提供的数值天气预报(NWP).
图 1 全极化微波散射计系统仿真流程 Fig.1 Simulationprocessoffullpolarizedmicrowave
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
Tsai等通过理论推导认为极化后向散射系数具
有如下函数形式[7]:
σ0pmqn(U,χ,θ) =α1(U,θ,pmqn)·sinχ
+α2(U,θ,pmqn)·sin2χ
(1)
式(1)中:σ0pmqn表“vhhh”两种极化方式,U、χ和 θ分别
为风速(m/s)、相对方位角和入射角,系数 α1 和 α2 是风速、入射角和极化方式的函数.
scatterometersystem
收稿日期:20171121 基金项目:国家自然科学基金资助项目(41576177) 作者简介:杨晟(1993~),男,硕士研究生;Email:yangsheng@mail.nsoas.org.cn 通讯作者:邹巨洪(1981~),男,副研究员;Email:zoujuhong@mail.nsoas.org.cn
· 180·
应用海洋学学报
37卷
11 地球物理模型函数 111 同极化地球物理模型函数 地球物理模型 函数对微波与海面之间的相互作用机制进行刻画和 描述,模拟和计算不同海况和观测条件下的后向散 射系数[5].本研究仿真所使用的同极化地球物理模 型函数为 NSCAT2. 1.12 极化 地 球 物 理 模 型 函 数 极 化 地 球 物 理 模型函数(PGMF)是全极化微波散射计海面风 场 反演 的 基 础 .Yueh等 (1994)通 过 引 入 相 应 的 物 理 作用机制并考虑全极化海洋辐射测量原理建立了 全极化散射理 论 模 型[6].Tsai等 (2000)对 该 模 型 在低 风 速 和 高 风 速 情 况 下 进 行 了 扩 展,并 以 NSCAT2模型方 位 向 调 制 特 性 为 基 础,建 立 了 半 理论半经验 模 型,也 是 目 前 唯 一 覆 盖 不 同 风 速 区 间的 PGMF[7].
微波散射计是目前主要的能够在短时间内获 取全天候、高 精 度 的 全 球 海 面 风 场 数 据 的 星 载 传 感 器 [1].但 传 统 同 极 化 微 波 散 射 计 由 于 自 身 缺 陷 , 在反演风矢 量 时 可 能 出 现 模 糊 解,而 全 极 化 微 波 散射计通过 增 加 对 交 叉 极 化 分 量 的 测 量,能 够 降 低模糊解出 现 的 概 率,从 而 进 一 步 提 高 海 面 风 场 反 演 精 度 .截 至 目 前 ,全 极 化 微 波 散 射 计 仍 处 于 研 制阶段,2000年 和 2002年 美 国 喷 气 推 进 实 验 室 (JPL)对 Ku波段(频率 139GHz)笔形波束圆锥 扫描体制 全 极 化 微 波 散 射 计 系 统 POLSCAT开 展 了机载实验[2].2011年 6月 NASA和 CONAE发射 的 Aquarius/SACD卫星上载有 L波段扇形波束扫 描全极化微波散射计用来修正风场对海面亮温的 影响,同时 具 有 海 面 风 场 测 量 的 性 能[3].在 国 内, 中国科学 院 国 家 空 间 科 学 中 心 于 2012年 进 行 了 机载设备的飞行实验.2016年 5月,航天 504所在 烟台开展了 Ku波段全极化微波 散 射 计 系 统 机 载 实验.全极化 微 波 散 射 计 技 术 的 研 究 已 成 为 国 际 上微波遥 感 技 术 发 展 重 要 的 新 方 向[4],在 当 前 国 内外均无业务化运行的测风全极化微波散射计的 情况下,有必 要 对 其 进 行 风 场 反 演 仿 真 研 究 以 验 证全极化微 波 散 射 计 测 量 风 场 的 性 能,为 我 国 后
第 37卷 第 2期 2018年 5月
应用海洋学学报
JournalofApplied Oceanography
Vol37,No2 May,2018
星载全极化微波散射计仿真与海面风场反演研究
杨 晟,邹巨洪,林明森
(国家卫星海洋应用中心,北京 100081)
摘要: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
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.
关键词:海洋遥感学;散射计;全极化;风场反演
DOI:103969/J.ISSN.20954972201802004
中图分类号:P733
文献标识码:A
文章编号:20954972(2018)02017906
图 2给出了根据 Tsai等计算极化后向散射系
数的方法[7]得到的极化散射系数模型曲线图.图中
不同曲线代表了不同风速取值,极化散射系数绝对
值随风速的增大而增大,风速范围为 2~24m/s,风
速间隔为 2m/s.图 2表明,模型曲线呈现出关于顺
风向或 180°相对方位角的奇对称特性.
图 2 极化散射系数模型曲线 Fig.2 Plotsofpolarimetricgeophysicalmodelfunction