一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法与流程

技术特征：

1.一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于其包括以下步骤：

(1)选取由同一遥感平台，在时间间隔小于5分钟内成像的双视角光学遥感图像，根据观测方向与遥感平台运动方向的关系，分别记为前视遥感图像N和后视遥感图像B；

(2)根据遥感图像的成像时间确定太阳高度角θ₀和方位角

(3)根据遥感图像文件所记录的遥感图像获取时的轨道倾角S和侧视角P，分别逐像元地计算前视遥感图像的传感器高度角θ_N和方位角后视遥感图像的传感器高度角θ_B和方位角

(4)对前视遥感图像和后视遥感图像分别进行大气校正，获得前视太阳耀光辐射强度L_gN和后视太阳耀光辐射强度L_gB；

(5)利用太阳耀光辐射传输模型和海面波面倾斜概率模型，分别建立前视太阳耀光辐射强度L_gN和后视太阳耀光辐射强度L_gB与海面粗糙度的关系；

(6)采用比值法，逐像元地计算获得海面粗糙度；

(7)利用海面粗糙度和海面风速的定量关系，计算海面风速，获得整幅图像的风速信息。

2.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(2)中，根据获取的遥感图像的经纬度位置和成像时间，逐像元计算太阳天顶角θ₀和方位角太阳天顶角θ₀的计算方法为：

θ₀＝90°-h₀

sinh₀＝sinγsinδ₀+cosγcosδ₀cost₀

公式中，各参数确定如下：

①h₀为太阳高度角；

②γ为当地纬度，即遥感图像各像元的纬度；

③t₀为当地太阳时角，由遥感图像时的地方时确定，中午12时为0°，每早一小时差-15°，每晚一小时差15°；

④δ₀为太阳赤纬角，计算方法为：

其中，D为某天在儒略历中该年中的排序；

太阳方位角的计算方法为：

3.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(3)中根据遥感图像文件所记录的遥感图像获取时的轨道倾角S和侧视角P，分别逐像元地计算前视遥感图像的传感器高度角θ_N和方位角后视遥感图像的传感器高度角θ_B和方位角计算公式如下：

θ_N＝|n*IFOV+P|

其中，n为距离中心像元的像元数，在中心点左边为正值，右边为负值；IFOV为遥感器的视场角；

其中，h为遥感器的高度；m为遥感图像的空间分辨率；前视方向和后视方向的夹角；

其中，G为前视和后视影像的基高比。

4.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(4)中对前视遥感图像和后视遥感图像分别进行大气校正，获得前视太阳耀光辐射强度L_gN和后视太阳耀光辐射强度L_gB；大气校正的过程是根据步骤(2)确定的太阳高度角θ₀和方位角步骤(3)确定的前视遥感图像的传感器高度角θ_N和方位角后视遥感图像的传感器高度角θ_B和方位角分别计算前视遥感图像的瑞利散射强度L_rN和气溶胶散射强度L_aN、后视遥感图像的瑞利散射强度L_rB和气溶胶散射强度L_aB，计算方式采用单次散射函数进行计算：

$L_{xy}=\frac{{\mathrm{\ω}}_x{\mathrm{\τ}}_x{F}_0\[P_x\left({\mathrm{\α}}_{y-}\right)+\left(R\right({\mathrm{\θ}}_0)+R({\mathrm{\θ}}_y\left)P_x\right({\mathrm{\α}}_{y+}\left)\right)\]}{4{\mathrm{\πcos\θ}}_y}$

公式中，各参数确定如下：

①下标x为r和a，分别代表瑞利散射和气溶胶散射；

②下标y为N和B分别代表前视遥感图像和后视遥感图像；

③ρ为大气分子单次散射率；

④τ为大气光学厚度；

⑤F₀为大气层外太阳垂直辐照度；

⑥α_±为散射角，由下式计算：

⑦P(α_±)为散射相函数；

⑧R为菲尼尔反射率。

5.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(4)中，获得L_rN、L_aN、L_rB和L_aB后，采用以下公式计算前视太阳耀光辐射强度L_gN和后视太阳耀光辐射强度L_gB：

L_gy＝L_ty-L_ry-L_ay

其中下标y为N和B分别代表前视遥感图像和后视遥感图像，L_ty为遥感图像记录的辐射强度。

6.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(5)中利用太阳耀光辐射传输模型和海面波面倾斜概率模型，分别建立前视太阳耀光辐射强度L_gN和后视太阳耀光辐射强度L_gB与海面粗糙度的关系：

公式中，各参数确定如下：

①F₀为大气层外太阳垂直辐照度；

②T₀为太阳光大气直射透过率；

③ω_N和ω_B分别是前视遥感图像和后视遥感图像的反射角，计算方法为：

其中，下表y为前视(N)和后视(B)；

④R为菲尼尔反射率，计算方法如下：

$R\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{2}\[\frac{{\sin }^2(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}^{\′})}{{\sin }^2(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}^{\′})}+\frac{{\tan }^2(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}^{\′})}{{\tan }^2(\mathrm{\ω}+{\mathrm{\ω}}^{\′})}\],$

其中ω’为海水的折射角，计算方法为：

${\mathrm{sin\ω}}^{\′}=\frac{\sin \mathrm{\ω}}{1.34}.$

⑤β_N和β_B分别为前视和后视的反射面倾角，计算方法为：

${\mathrm{cos\β}}_y=\frac{{\mathrm{cos\θ}}_0+{\mathrm{cos\θ}}_y}{2{\mathrm{cos\ω}}_y}.$

其中，下表y为前视N和后视B。

7.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(6)中将步骤(5)获得的前视太阳耀光辐射强度L_gN和后视太阳耀光辐射强度L_gB进行比值计算：

$\frac{L_{gN}}{L_{gB}}=\frac{R\left({\mathrm{\ω}}_N\right){\mathrm{cos\θ}}_B{\cos }^4{\mathrm{\β}}_B}{R\left({\mathrm{\ω}}_B\right){\mathrm{cos\θ}}_N{\cos }^4{\mathrm{\β}}_N}\exp \[\frac{{\tan }^2{\mathrm{\β}}_B-{\tan }^2{\mathrm{\β}}_N}{{\mathrm{\σ}}_0^2}\]$

通过变形可以获得海面粗糙度

${\mathrm{\σ}}_0^2=({\tan }^2{\mathrm{\β}}_B-{\tan }^2{\mathrm{\β}}_N)/Ln\[L_{gN}R\left({\mathrm{\ω}}_B\right){\mathrm{cos\θ}}_N{\cos }^4{\mathrm{\β}}_N/L_{gB}R\left({\mathrm{\ω}}_N\right){\mathrm{cos\θ}}_B{\cos }^4{\mathrm{\β}}_B\].$

8.如权利要求1所述的一种基于双视角光学遥感图像的海面风速探测方法，其特征在于步骤(7)中利用步骤(6)获得的海面粗糙度信息，逐像元地计算获得10米海面风速U₁₀；计算方法海面粗糙度和海面风速之间的定量关系：

${\mathrm{\σ}}_0^2=0.003+0.00512U_{10}$

利用该公式逐像元计算10米海面风速，获得海面风速探测结果。