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专利号: 2024116359287
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;包括以下步骤:步骤1:获取多年研究海域的合成孔径雷达干涉成像模式和高度计有效波高的数据,对高度计有效波高与合成孔径雷达干涉成像模式数据匹配,设置适合的时间匹配窗口和空间匹配距离,获取匹配完成的样本数据集;

步骤2:选取样本数据集的高度计有效波高数据,分析高度计有效波高的全球分布情况,划分不同入射角范围,统计高度计有效波高在不同入射角范围的数据量,获取全球近海岸范围内高度计有效波高的数值分布;

步骤3:对样本数据集的合成孔径雷达的后向散射系数归一化方差和高度计有效波高进行质量控制,采用置信椭圆拟合的方法,设置质量控制条件进行置信椭圆拟合,获得拟合完成的有效波高和归一化方差数据;

步骤4:对拟合完成的有效波高和归一化方差数据在不同入射角范围下进行线性拟合,获得各入射角下的拟合系数,建立有效波高和归一化方差的线性关系,输入归一化方差,通过模型获得合成孔径雷达有效波高估计值;

步骤5:使用高度计和浮标有效波高数据评估和验证合成孔径雷达有效波高的估计值,对比每个入射角下的合成孔径雷达有效波高估计值相比于高度计有效波高的平均偏差,计算合成孔径雷达有效波高估计值相比于浮标有效波高的偏差和标准差。

2.如权利要求1所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;在步骤1中,所用的高度计包括欧洲航天局发射的Cryosat‑2和Sentinel‑3_a、德尔它‑2运载火箭发射的Jason‑2、猎鹰9号运载火箭发射的Jason‑3、法国国家空间研究中心和印度空间研究所发射的SARAL,其分辨率为6km,选取2019‑2022年全球近海岸的有效波高数据。

3.如权利要求2所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;在步骤1中,使用的合成孔径雷达是欧洲航天局哥白尼计划中的哨兵一号干涉成像模式,分辨率为10m,合成孔径雷达图像大小为250kmx250km。

4.如权利要求3所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;时间匹配窗口和空间匹配距离具体为:时间上,采用±1.5小时作为时间匹配窗口;空间上,以高度计获取有效波高的中心位置为圆心,以匹配距离3km为半径的圆形范围内匹配合成孔径雷达图像上的数据点,剔除合成孔径雷达图像像素小于500的高度计圆形范围,匹配完成。

5.如权利要求1所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;在步骤2中,样本有效波高数据分布在全球近海岸,划分的入射角范围为32°±1°、34°±1°、36°±1°、38°±1°和40°±1°,样本数据集超过67000个,其中,在38°±1°入射角范围内数据量超过12000多个,在32°±1°入射角范围内数据量有6000 ±100个,在全球近海岸范围内有效波高主要集中在2m±0.5左右,超过5000多个,呈现韦伯分布。

6.如权利要求5所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;所述全球近海岸包括夏威夷海岸、美国东西海岸、欧洲西海岸、非洲东南海岸、中国东南海岸和日本海岸。

7.如权利要求1所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;步骤

3中,所述质量控制针对所有数据点,采用的方法是置信椭圆拟合,其中归一化方差由均值和标准差组成,公式如下:其中,σ为标准差,μ为均值,Nvar为归一化方差。

8.如权利要求1所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;步骤

4中,线性拟合为一元一次多项式拟合,计算公式为:

其中,y为合成孔径雷达有效波高估计值,x为归一化方差, 和 是多项式的拟合系数。

9.如权利要求1所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;步骤

5中,所述的浮标有效波高,使用了美国国家海洋和大气管理局的国家数据浮标中心2019‑

2022年份全球近岸海域的有效波高数据。

10.如权利要求9所述的基于合成孔径雷达图像的有效波高提取方法,其特征在于;步骤5中,具体方法包括以下步骤:步骤101:使用高度计有效波高评估合成孔径雷达有效波高估计值,对比各入射角下合成孔径雷达有效波高估计值相比于高度计有效波高的平均偏差,又称权重偏差,其计算公式为:其中, 为合成孔径雷达有效波高估计值的权, 为每

0.2m区间合成孔径雷达有效波高估计值的区间中间值, 为合成孔径雷达有效波高估计值的权重偏差;

步骤102:使用现场观测的有效波高数据验证合成孔径雷达有效波高估计值,计算合成孔径雷达有效波高估计值相比于现场观测有效波高的偏差和标准差,偏差的计算公式如下:

其中, 为合成孔径雷达有效波高估计值, 为现场观测有效波高, 为合成孔径雷达有效波高估计值相比于现场观测有效波高的偏差,标准差的计算公式如下:

其中, 为单个合成孔径雷达有效波高估计值, 为合成孔径雷达有效波高估计值的平均数, 为合成孔径雷达有效波高估计值的样本总数,STD为合成孔径雷达有效波高估计值的标准差。