星载盐度计冷空外定标方法和装置的制造方法

星载盐度计冷空外定标方法和装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种星载盐度计冷空外定标方法和装置，涉及卫星观测领域，所述方法包括：根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外定标的预选区域；根据星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于冷空外定标的时间窗口；其中，观测数据包括：太空辐射、太阳辐射和月亮辐射；根据预选区域和时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道，计算标准天线温度；对标准天线温度和星载盐度计的实测天线温度进行统计处理，得到用于校正盐度计观测亮温偏差的冷空外定标系数；其能够定期对盐度计进行外定标以获得仪器定标系数，用于纠正盐度计获取的观测亮温的偏差，并且，上述方法系统的解决了我国星载盐度计冷空定标的问题。
【专利说明】
星载盐度计冷空外定标方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及卫星观测领域，具体而言，涉及星载盐度计冷空外定标方法和装置。
【背景技术】
[0002] 海水盐度是描述海洋状态的重要参数之一，研究其变化和分布规律对分析海洋自 身特性以及了解海洋在海-气复杂系统中的作用有重要意义。并且，海水盐度也是气象学、 生态学、水文学和渔业等其他学科与应用领域重点关注的研究对象。
[0003] 在对海水盐度进行研究的过程中，首先需要获取海面盐度；目前，通过卫星搭载微 波辐射计直接获取目标海面的亮温数据，然后，通过观测的亮温数据反演海水盐度。
[0004] 但是，上述反演海面盐度值的方法中，观测亮温的精度对反演所得海水盐度有很 大影响，由于盐度计的仪器性能衰减等原因会使得其观测值有一定的偏差，为了保证盐度 计观测亮温的准确定及时纠正仪器观测亮温的偏差，需要定期对盐度计进行外定标以获得 仪器定标系数用于纠正偏差。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种星载盐度计冷空外定标方法和装置，能够定期对盐度 计进行外定标以获得仪器定标系数，用于纠正盐度计获取的观测亮温的偏差。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种星载盐度计冷空外定标方法，包括：
[0007] 根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外定标的预选区 域；
[0008] 根据星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于冷空外定标的时间窗 口；观测数据包括:太空辐射、太阳辐射和月亮辐射；
[0009] 根据预选区域和时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道，计算标准天线温 度；
[0010] 对标准天线温度和星载盐度计的实测天线温度进行统计处理，得到用于校正盐度 计观测亮温偏差的冷空外定标系数。
[0011]结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根 据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外定标的预选区域，包括：
[0012] 根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算星载盐度计的天线指向的地面定位位 置;其中，卫星轨道参数包括:卫星坐标矢量、卫星速度矢量;卫星姿态参数包括:卫星俯仰 角和卫星滚动角；
[0013] 根据预设网格化地球陆地掩膜数据确定地面定位位置对应的呈现状态;其中，呈 现状态包括:陆地和海洋；
[0014] 根据星载盐度计的天线对应的天线方向图对地面定位位置的陆地呈现状态进行 积分计算，得到星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重；
[0015] 根据预设阈值对天线背瓣视场内的陆地比重进行判断，确定适于冷空外定标的预 选区域。
[0016] 结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种 可能的实施方式，其中，根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算星载盐度计的天线指向的 地面定位位置，包括：
[0017] 利用天线的观测视角Θ和天线的方位角P，计算天线在卫星本体坐标系的单位观 测矢量〗
[0018]按照预设旋转矩阵Tecr/sciTecr/locTloc/sc，将卫星本体坐标系中的单位视矢量W转 换到地心旋转坐标系中，得到单位矢量D';其中， 其中，TWs。为单位观测矢量W从卫星本体坐标
系到轨道坐标系的转换对应的三维旋转矩 阵，三维旋转矩阵与卫星姿态有关;5、?、X分别对应Ζι。。轴、Υι。。轴和Χι。。轴在地心旋转坐标 系中的单位矢量;:F为地心直角坐标系中的卫星位置矢量; r为位置矢量的模；??为卫星的速 度矢量;V为速度的模；
[0019] 按照以下几何关系计算目标观测点的坐标G;其中，几何关系包括:S+D = G; D = d ·
-:;S为卫星的位置矢量;D为天线观测矢量;G为观测目标点的位置矢 量；
[0020] 按照以下公式计算根据观测点坐标计算地理经炜度
[0021] 结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种 可能的实施方式，其中，根据星载盐度计的天线对应的天线方向图对地面定位位置的陆地 呈现状态进行积分计算，得到星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，包括：
[0022] 按照以下公式对地面定位位置的陆地呈现状态进行积分计算，得到星载盐度计的 天线背瓣视场内的陆地比重：
[0023]
Icross- poll2是天线旁瓣和背瓣增益矩阵，d Ω为像素对应的陆地、海水的立体角。
[0024] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种 可能的实施方式，其中，根据星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于冷空外 定标的时间窗口，包括：
[0025] 按照以下公式计算天线接收到的太空辐I 其中，G为天 线方向图，Ω为太空在星载盐度计视向上的立体角，Th sky为星载盐度计指向上的太空辐射；
[0026] 按照以下公式计算天线接收到的太阳辐射和月亮辐！
中，Tf M为太阳或月亮的辐射亮温，Ω S/M为太阳或月亮对应的立体角；
[0027] 根据太空辐射、太阳辐射和月亮辐射与天线温度稳定性的预设关联关系，确定适 于冷空外定标的时间窗口。
[0028] 结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种 可能的实施方式，其中，根据预选区域和时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道，计 算标准天线温度，包括：
[0029]根据卫星实际运行轨道的轨道参数和时间，计算星载盐度计的天线实际接收到的 实际观测数据；
[0030] 根据星载盐度计的天线对应的天线方向图和实际观测数据，计算总的天线温度。
[0031] 第二方面，本发明实施例还提供了一种星载盐度计冷空外定标装置，包括：
[0032] 第一确定模块，用于根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷 空外定标的预选区域；
[0033] 第二确定模块，用于根据星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于 冷空外定标的时间窗口；观测数据包括:太空福射、太阳福射和月壳福射；
[0034]计算模块，用于根据预选区域和时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道， 计算标准天线温度；
[0035]统计处理模块，用于对标准天线温度和星载盐度计的实测天线温度进行统计处 理，得到用于校正盐度计观测亮温偏差的冷空外定标系数。
[0036]结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，第 一确定t吴块，包括：
[0037]第一计算单元，用于根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算星载盐度计的天线 指向的地面定位位置;其中，卫星轨道参数包括:卫星坐标矢量、卫星速度矢量;卫星姿态参 数包括:卫星俯仰角和卫星滚动角；
[0038] 第一确定单元，用于根据预设网格化地球陆地掩膜数据确定地面定位位置对应的 呈现状态;其中，呈现状态包括:陆地和海洋；
[0039] 积分计算单元，用于根据星载盐度计的天线对应的天线方向图对地面定位位置的 陆地呈现状态进行积分计算，得到星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重；
[0040] 第二确定单元，用于根据预设阈值对天线背瓣视场内的陆地比重进行判断，确定 适于冷空外定标的预选区域。
[0041] 结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第二种 可能的实施方式，其中，第一计算单元，包括：
[0042] 第一计算子单元，用于利用天线的观测视角Θ和天线的方位角P，计算天线在卫星 本体坐标系的单位观测矢量_
[0043]转换子单元，用于按照预设旋转矩阵Tecr/sc^Tecr/locTloc/sc，将卫星本体坐标系中 的单位视矢量W转换到地心旋转坐标系中，得到单位矢量D';其中，
其中，tWs。为单位观测矢量w从卫星本体坐标系到轨道坐标系的转换对应的三维旋转矩 阵，三维旋转矩阵与卫星姿态有关；2、f、X分别对应Ζι。。轴、Υι。。轴和Χι。。轴在地心旋转 坐标系中的单位矢量;？为地心直角坐标系中的卫星位置矢量;r为位置矢量的模3为卫星 的速度矢量;V为速度的模；
[0044] 第二计算子单元，用于按照以下几何关系计算目标观测点的坐标G;其中，几何关 系包括
-;S为卫星的位置矢量;D为天线观测矢量;G 为观测目标点的位置矢量；
[0045] 第三计算子单元，用于按照以下公式计算根据观测点坐标计算地理经炜度：
[0046] 结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种 可能的实施方式，其中，积分计算单元，包括：
[0047] 积分计算子单元，用于按照以下公式对地面定位位置的陆地呈现状态进行积分计 算，得到星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重
其中
是天线旁瓣和背瓣增益矩阵，(1Ω为像素对应的 陆地、海水的立体角；
[0048] 设置子单元，用于将积分计算子单元的计算结果设置为星载盐度计的天线背瓣视 场内的陆地比重。
[0049] 本发明实施例提供的一种星载盐度计冷空外定标方法和装置，与现有技术中的由 于仪器的衰减性能使得获取的亮温数据与实际值偏差较大相比，其能够通过计算星载盐度 计翻转姿态下陆地比重对定标区域进行选择，通过模拟太空背景辐射、太阳辐射和月亮辐 射对定标时间进行选择，最后利用模拟的天线温度对星载盐度计实际测得的天线温度进行 统计处理，得到定标系数，这系统的解决了我国星载盐度计冷空定标的技术问题，并且根据 该定标系数对盐度计获取的观测亮温进行纠正，使得纠正后的观测亮温更准确。
[0050] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合 所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
[0051] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对 范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。
[0052] 图1示出了本发明实施例所提供的一种星载盐度计冷空外定标方法的流程图；
[0053] 图2示出了本发明实施例所提供的另一种星载盐度计冷空外定标方法的流程图； [0054]图3示出了本发明实施例所提供的星载盐度计地理定位原理示意图；
[0055] 图4示出了本发明实施例所提供的另一种星载盐度计冷空外定标方法的流程图；
[0056] 图5示出了本发明实施例所提供的一种星载盐度计冷空外定标装置的结构示意 图；
[0057]图6示出了本发明实施例所提供的一种星载盐度计冷空外定标装置中第一确定模 块和第一计算单元的结构示意图；
[0058]图7示出了本发明实施例所提供的一种星载盐度计冷空外定标装置中积分计算单 元和第二确定模块的结构示意图；
[0059] 图8示出了本发明实施例所提供的一种星载盐度计冷空外定标装置中计算模块的 结构示意图。
【具体实施方式】
[0060] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在 此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因 此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的 范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做 出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061] 现有技术中直接通过观测的亮温数据反演海水盐度，由于仪器的衰减性能使得获 取的亮温数据与实际值偏差较大，故使根据上述亮温数据反演得到的海水盐度与实际盐度 值偏离较大。基于该问题，本发明实施例提供的一种星载盐度计冷空外定标方法和装置，与 现有技术中的由于仪器的衰减性能使得获取的亮温数据与实际值偏差较大相比，定期对盐 度计进行外定标以获得仪器定标系数，用于纠正盐度计获取的观测亮温的偏差。
[0062] 参考图1，本发明实施例提供了一种星载盐度计冷空外定标方法，所述方法包括如 下步骤：
[0063] S101、根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外定标的预 选区域。
[0064]在上述步骤中，盐度计即传感器，该传感器上设置有天线，而星载盐度计就是在卫 星上搭载盐度计；星载盐度计在正常运行时，是天线的主瓣指向地球，天线的背瓣指向太 空;而本发明实施例中，是计算星载盐度计翻转状态下的天线背瓣视场内的陆地比重;星载 盐度计的翻转状态下，即天线的主瓣指向太空，天线的背瓣指向地球，计算该翻转状态下天 线背瓣视场内的陆地比重;并根据陆地比重筛选出适合冷空定标的预选区域。
[0065] S102、根据所述星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于冷空外定 标的时间窗口；所述观测数据包括:太空辐射、太阳辐射和月亮辐射。
[0066] 具体的，星载盐度计的翻转状态下，即天线的主瓣指向太空，天线的背瓣指向地 球，本发明实施例通过在预测轨道上模拟太空辐射、太阳辐射和月亮辐射等预设观测数据， 并根据模拟的上述预设观测数据筛选出适合冷空定标的时间窗口；其中，上述预测轨道即 根据卫星的当前实际运行轨道及卫星的运行参数，预测的卫星在下一个时刻的运行轨道， 在确定了上述预设轨道且计算出上述每个预测轨道上对应的预设观测数据后，根据上述预 设观测数据对天线温度稳定性的影响（即上述预设观测数据与天线温度稳定性的关联关 系），确定适合冷空定标的时间窗口；其中，该时间窗口优选为一个时间段。
[0067] S103、根据所述预选区域和所述时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道， 计算标准天线温度。
[0068] 步骤101中确定了适于冷空外定标的预选区域，步骤102中确定了适于冷空外定标 的时间窗口，根据上述预选区域和时间窗口即确定了冷空外定标对应的卫星实际运行轨 道;而在该卫星实际运行轨道中，可以根据卫星实际运行轨道的轨道参数、卫星运行时的姿 态数据、太空辐射数据、太阳和月亮的同步辐射数据等综合计算出总的天线温度。
[0069] S104、对所述标准天线温度和所述星载盐度计的实测天线温度进行统计处理，得 到用于校正所述盐度计观测亮温偏差的冷空外定标系数。
[0070] 具体的，首先获取在步骤103确定的冷空外定标对应的卫星实际运行轨道中，获取 星载盐度计直接采集的实测天线温度;将该实测天线温度与步骤103中综合计算出总的天 线温度进行统计处理，即可得到冷空外定标系数，该冷空外定标系数用于校正所述盐度计 的观测亮温偏差，使得校正后的观测亮温更接近于实际的观测亮温，以便后续根据该观测 亮温反演的海水盐度值更接近于实际盐度值。
[0071] 本发明实施例提供的一种星载盐度计冷空外定标方法和装置，与现有技术中的由 于仪器的衰减性能使得获取的亮温数据与实际值偏差较大相比，其能够通过计算星载盐度 计翻转姿态下陆地比重对定标区域进行选择，通过模拟太空背景辐射、太阳辐射和月亮辐 射对定标时间进行选择，最后利用模拟的天线温度对星载盐度计实际测得的天线温度进行 统计处理，得到定标系数，这系统的解决了我国星载盐度计冷空定标的技术问题，并且根据 该定标系数对盐度计获取的观测亮温进行纠正，使得纠正后的观测亮温更准确。
[0072] 进一步，参考图2,本发明实施例中进行针对上述步骤101中，确定适于冷空外定标 的预选区域的具体方法包括如下步骤：
[0073] S201、根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算所述星载盐度计的天线指向的地 面定位位置;其中，所述卫星轨道参数包括:卫星坐标矢量、卫星速度矢量;所述卫星姿态参 数包括:卫星俯仰角和卫星滚动角。
[0074]具体的，星载盐度计冷空定标区域选择方法是首先利用卫星轨道参数，包括卫星 坐标矢量、卫星速度矢量;卫星姿态参数，包括卫星俯仰角、卫星滚动角，然后根据上述卫星 轨道参数和卫星姿态参数计算传感器指向的地面定位位置(或者为定位点）。
[0075] S202、根据预设网格化地球陆地掩膜数据确定所述地面定位位置对应的呈现状 态;其中，所述呈现状态包括:陆地和海洋。
[0076] 具体的，预设网格化地球陆地掩膜数据是标准数据，根据该网格化地球陆地掩膜 数据可以判断上述地面定位位置的呈现状态，即确定是陆地还是海洋。
[0077] S203、根据所述星载盐度计的天线对应的天线方向图对所述地面定位位置的陆地 呈现状态进行积分计算，得到所述星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重。
[0078] 具体的，在确定了上述地面定位位置的呈现状态后，根据天线方向图计算传感器 背瓣视场内的陆地比重。
[0079] S204、根据预设阈值对所述天线背瓣视场内的陆地比重进行判断，确定适于冷空 外定标的预选区域。
[0080] 具体的，设置一个陆地比重阈值，根据该陆地比重阈值对陆地比重进行判断，确定 陆地比重小于上述陆地比重阈值对应的区域为冷空外定标的预选区域。
[0081] 具体的，在设置陆地比重阈值时，背景场造成的天线温度误差要小于0.02K。在假 设陆地和海洋最高辐射差为100K的前提下，统计得到适于进行冷空定标的阈值在0.02%-0.03%，范围对应不同的天线波束和极化。
[0082]具体的，上述步骤201中，根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算所述星载盐度 计的天线指向的地面定位位置，包括：
[0083] 利用天线的观测视角Θ和天线的方位角识，计算天线在卫星本体坐标系的单位观 测矢量^
[0084] 按照预设旋转矩阵TeWsci二^:^^^/^将卫星本体坐标系中的单位视矢量评转 换到地心旋转坐标系中，得到单位矢暈D 7 :其中，
中，Tws。为单位观测矢量W从卫星本体坐标系到轨道坐标系的转换对应的三维旋转矩阵， 所述三维旋转矩阵与卫星姿态有关;2、f、交分别对应Ζι。。轴、Τι。。轴和Χι。。轴在地心旋转 坐标系中的单位矢量；？为地心直角坐标系中的卫星位置矢量;r为所述位置矢量的模;获为 卫星的速度矢量;V为速度的模；
[0085]按照以下几何关系计算目标观测点的坐标G;其中，所述几何关系包括：S+D = G; D
S为卫星的位置矢量;D为天线观测矢量;G为观测目标点的
位置矢量；
[0086] 按照以下公式计算根据所述观测点坐标计算地理经炜度
[0087]具体的，上述步骤201的过程，先计算天线在卫星本体坐标系的单位观测矢量W，公 式如下
纟后将星体坐标系（即上述卫星本体坐标系）中的单位视矢量W转 换到地心旋转坐标系中，得到单位矢量D7 ;其旋转矩阵为
[0088]星体坐标系到轨道坐标系的转换是由与卫星姿态有关的三维旋转矩阵实现的。卫 星在运动过程中的俯仰(PitCh)、滚动(ro11)和偏航(yaw)三个角度是随时间变化的，因此 该坐标系的转换矩阵也是也是随时间变化的。转换矩阵为：
[0089]
[0090]星体坐标系到地心旋转坐标系之间的变换，首先要计算得到星体坐标系的三个坐 标轴在地心旋转坐标系中的单位矢量。
[0091] Ζι。。轴、Υι。。轴和Χι。。轴在地心旋转坐标系中的单位矢量分别为 ；因此， 局部坐标系到地心旋转坐标系的矩阵为：
[0092]
[0093] 其中，户为地心直角坐标系中的卫星位置矢量，:r为位置矢量的模，为卫星的速度 矢量，V为速度的模。
[0094] 至此已经求出地心旋转坐标系下的卫星位置矢量S和天线单位观测矢量亇，如果 再求得观测矢量的长度d，就可以得到观测矢量D，那么根据图3所示的几何关系就可以解算 出目标点的位置G。
[0095] 如图3所示，根据卫星的位置矢量S、天线观测矢量D和观测目标点的位置矢量G之 间的几何关系可以得出：S+D=G，即：S+d · D' =G;
[0096] 式中存在两个未知数，必须再建立一个方程，先求出斜距d，才能得到最终的结果。
展开得到 箱球方程，将待求点G代入：
[0097] 中，其中，a为地球的半长轴，e为地球偏心率。于是得到：
L〇1〇0」觯一兀二次万程，取斜跑的购个根中较小的那一个，因为这个根是观测矢量与地 球近端的交点，求得d，可以计算得到目标观测点的坐标G。
[0101]考虑地球扁率的影响，通过观测点坐标计算地理经炜度如下式：
[0102] 通过以上计算步骤就可以唯一确定天线视角为Θ、天线方位角为资处的目标观测 点经炜度坐标。
[0103] 具体的，上述计算得到的目标观测点经炜度坐标即确定适于冷空外定标的预选区 域。
[0104] 在星载盐度计冷空定标区域选择中还传感器背瓣陆地比重计算两项关键技术，本 发明实施例具体通过以下方法实现，所述方法具体包括：
[0105] 按照以下公式对所述地面定位位置的陆地呈现状态进行积分计算，得到所述星载
盐度计的不能裡输加 +?由?Μ由+A hk甫.
[0106]
[0107] 其中，6(θ,φ) = |〇> poll2 + Icross-poll2 Λ?天线旁瓣和背瓣增益矩阵，(1Ω为像 素对应的陆地、海水的立体角。
[0108] 具体的，首先，需要计算卫星平台翻转时天线背瓣视场内陆地的比重，这是为了保 证视场内目标辐射相对均一且容易模拟。在实际计算中，假设地球目标辐射值相同，则陆地
I I 丰'~_*、I~~I t -r I ./. / . r ^、?
[0109]
[0110] I天线旁瓣和背瓣增益矩阵，d Ω为像素对应的陆地、海水的立体角。
[0111] 由于在卫星升、降轨过程中背瓣视场不同，需要对卫星每个重复周期内的所有升 降轨都进行计算。
[0112] 在确定了适于冷空外定标的预选区域之后，还需要确定适于冷空外定标的时间窗 口，具体的，如图3所示，确定时间窗口的具体方法具体如下：
[0113]星载盐度计冷空定标时间选择是首先利用卫星轨道参数，包括卫星坐标矢量、速 度矢量，将处于卫星本体坐标系传感器指向转换到天球坐标系，然后根据天球坐标系下的 传感器指向获得太空辐射数据、太阳辐射数据和月亮辐射数据，即根据天线方向图计算得 到天线接收到的太空辐射、太阳辐射和月亮辐射，通过评估太空辐射对的天线温度的稳定 性的影响以及太阳辐射和月亮辐射对天线温度的影响筛选出适合冷空定标的时间。
[0114] 对应的，利用天线方向图计算天线接收到的+
[0115] 按照以下公式计算天线接收到的太空辐射 其中，G为 天线方向图，Ω为太空在星载盐度计视向上的立体角，Tfky为星载盐度计指向上的太空辐 射；
[0116] 由于太阳和月亮可以看作点光源，所以太阳/月亮的直接辐射可以采用以下公式 计算，即：
[0117] 按照以下公式计算天线接收到的太阳辐射和月亮辐射
；其 中，Tf M为太阳或月亮的辐射亮温，Ω S/M为太阳或月亮对应的立体角；
[0118] 根据所述太空辐射、所述太阳辐射和所述月亮辐射与所述天线温度稳定性的预设 关联关系，确定适于冷空外定标的时间窗口。
[0119]由于盐度计卫星采用太阳同步轨道，卫星平台相对太阳的方向是不变的，但由于 地球运行轨道的原因，卫星平台相对于冷空背景的角度变化大约为1°/天，变化周期为1年。 针对同一定标轨道，在不同时间进行冷空定标时冷空背景辐射并不一致，需要在一年中选 择合适的时间以满足冷空定标中冷空辐射场均匀的要求。为了实现精确定标，要求在定标 过程中，及选定的定标时间内天线温度的变化不能超过0.1K。
[0120] 具体的，根据确定的适于冷空外定标的预选区域和适于冷空外定标的时间窗口， 即可确定用于冷空外定标的卫星实际运行轨道，参考图4,根据该用于冷空外定标的卫星实 际运行轨道，计算标准天线温度的具体方法包括：
[0121] S301、根据所述卫星实际运行轨道的轨道参数和时间，计算星载盐度计的天线实 际接收到的实际观测数据。
[0122] S302、根据星载盐度计的天线对应的天线方向图和所述实际观测数据，计算总的 天线温度。
[0123] 综合上述步骤301~上述步骤302,基于星载盐度计冷空定标区域选择和时间选择 的确定星载盐度计进行冷空定标的轨道。在星载盐度计完成冷空定标的操作后，基于用于 冷空外定标的卫星实际运行轨道的轨道参数和时间，计算传感器天线实际接收到的太空辐 射、太阳辐射和月亮辐射，并根据天线方向图计算得到总的天线温度；以便于后续将技术的 总的天线温度与实测的天线温度对比进行定标，最终获得冷空定标系数。
[0124] 本发明实施例提供的一种星载盐度计冷空外定标方法，与现有技术中的由于仪器 的衰减性能使得获取的亮温数据与实际值偏差较大相比，其能够通过计算星载盐度计翻转 姿态下陆地比重对定标区域进行选择，通过模拟太空背景辐射、太阳辐射和月亮辐射对定 标时间进行选择，最后利用模拟的天线温度对星载盐度计实际测得的天线温度进行统计处 理，得到定标系数，这系统的解决了我国星载盐度计冷空定标的技术问题，并且根据该定标 系数对盐度计获取的观测亮温进行纠正，使得纠正后的观测亮温更准确。
[0125] 本发明实施例还提供了一种星载盐度计冷空外定标装置，所述装置用于执行上述 星载盐度计冷空外定标方法，参考图5，所述装置包括：
[0126] 第一确定模块11，用于根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于 冷空外定标的预选区域；
[0127] 第二确定模块12,用于根据星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适 于冷空外定标的时间窗口；观测数据包括:太空福射、太阳福射和月壳福射；
[0128] 计算模块13,用于根据预选区域和时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨 道，计算标准天线温度；
[0129] 统计处理模块14,用于对标准天线温度和星载盐度计的实测天线温度进行统计处 理，得到用于校正盐度计观测亮温偏差的冷空外定标系数。
[0130] 本发明实施例提供的一种星载盐度计冷空外定标装置，与现有技术中的由于仪器 的衰减性能使得获取的亮温数据与实际值偏差较大相比，其能够通过计算星载盐度计翻转 姿态下陆地比重对定标区域进行选择，通过模拟太空背景辐射、太阳辐射和月亮辐射对定 标时间进行选择，最后利用模拟的天线温度对星载盐度计实际测得的天线温度进行统计处 理，得到定标系数，这系统的解决了我国星载盐度计冷空定标的技术问题，并且根据该定标 系数对盐度计获取的观测亮温进行纠正，使得纠正后的观测亮温更准确。
[0131 ]进一步的，该星载盐度计冷空外定标装置中，参考图6，第一确定模块11，包括：
[0132] 第一计算单元111，用于根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算星载盐度计的天 线指向的地面定位位置;其中，卫星轨道参数包括:卫星坐标矢量、卫星速度矢量;卫星姿态 参数包括:卫星俯仰角和卫星滚动角；
[0133] 第一确定单元112,用于根据预设网格化地球陆地掩膜数据确定地面定位位置对 应的呈现状态;其中，呈现状态包括:陆地和海洋；
[0134] 积分计算单元113,用于根据星载盐度计的天线对应的天线方向图对地面定位位 置的陆地呈现状态进行积分计算，得到星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重；
[0135] 第二确定单元114,用于根据预设阈值对天线背瓣视场内的陆地比重进行判断，确 定适于冷空外定标的预选区域。
[0136]进一步的，该星载盐度计冷空外定标装置中，参考图6，第一计算单元111，包括：
[0137] 第一计算子单元1111，戶$制田￥&的咖》_角0和天线的方位角??，计算天线在 卫星本体坐标系的单位观测矢量
[0138] 转换子单元1112，用于按照预设旋转矩阵1^17^ = 1^171。。1'1。。/^，将卫星本体坐标 系中的单位视矢量W转换到地心旋转坐标系中，
得到单位矢量D';其中， 其中，TWs。为单位观测矢量W从卫星本体坐标系到轨道坐标系的转换对应的三维旋转矩 阵，三维旋转矩阵与卫星姿态有关j、F、?分别对应Ζι。。轴、Υι。。轴和Χι。。轴在地心旋转 坐标系中的单位矢量为地心直角坐标系中的卫星位置矢量;r为位置矢量的模;f为卫星 的速度矢量;V为速度的模；
[0139] 第二计筧子单元ΠΠ,用干桉照以下几何关系计算目标观测点的坐标G;其中，几 何关系包??
L ;:s为卫星的位置矢量;D为天线观测矢 量;G为观测目标点的位置矢量；
[0140] 第三计算子单元1114,用于按照以下公式计算根据观测点坐标计算地理经炜度：
[0141] 进一步的，该星载盐度计冷空外定标装置中，参考图7,积分计算单元113,包括：
[0142] 积分计算子单元1131，用于按照以下公式对地而由你你?的陡袖STO仲太进奸和 分计算，得到星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比1 其中，是天线旁瓣和背瓣增益矩阵，d Ω为像素对应的 陆地、拇爪的互怀用；
[0143] 设置子单元1132,用于将积分计算子单元的计算结果设置为星载盐度计的天线背 瓣视场内的陆地比重。
[0144] 进一步的，该星载盐度计冷空外定标装置中，参考图7,第二确定模忭
[0145] 第二计算单元121，用于按照以下公式计算天线接收到的太空福射 其中，G为天线方向图，Ω为太空在星载盐度计视向上的立体角，Tfy为星载盐度计指向上 的太空辐射；
「mai笛二彳99田丰始照以下公式计算天线接收到的太阳辐射和月亮辐射： %太阳或月亮的辐射亮温，Ω S/M为太阳或月亮对应的立 体角；
[0147] 第三确定单元123,用于根据太空辐射、太阳辐射和月亮辐射与天线温度稳定性的 预设关联关系，确定适于冷空外定标的时间窗口。
[0148] 进一步的，该星载盐度计冷空外定标装置中，参考图8,计算模块13,包括：
[0149] 第四计算单元131，用于根据卫星实际运行轨道的轨道参数和时间，计算星载盐度 计的天线实际接收到的实际观测数据；
[0150] 第五计算单元132,用于根据星载盐度计的天线对应的天线方向图和实际观测数 据，计算总的天线温度。
[0151] 本发明实施例提供的一种星载盐度计冷空外定标装置，与现有技术中的由于仪器 的衰减性能使得获取的亮温数据与实际值偏差较大相比，其能够通过计算星载盐度计翻转 姿态下陆地比重对定标区域进行选择，通过模拟太空背景辐射、太阳辐射和月亮辐射对定 标时间进行选择，最后利用模拟的天线温度对星载盐度计实际测得的天线温度进行统计处 理，得到定标系数，这系统的解决了我国星载盐度计冷空定标的技术问题，并且根据该定标 系数对盐度计获取的观测亮温进行纠正，使得纠正后的观测亮温更准确。
[0152] 本发明实施例所提供的进行星载盐度计冷空外定标的计算机程序产品，包括存储 了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例 中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0153] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、 装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0154] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以 通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分， 仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可 以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨 论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接 耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0155] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个 网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目 的。
[0156] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0157] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以 存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说 对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计 算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个 人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(R0M，Read-0nly Memory)、随机存取存 储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0158] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种星载盐度计冷空外定标方法，其特征在于，包括： 根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外定标的预选区域； 根据所述星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于冷空外定标的时间窗 口；所述观测数据包括:太空福射、太阳福射和月亮福射； 根据所述预选区域和所述时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道，计算标准天 线溫度； 对所述标准天线溫度和所述星载盐度计的实测天线溫度进行统计处理，得到用于校正 所述盐度计观测亮溫偏差的冷空外定标系数。2. 根据权利要求1所述的星载盐度计冷空外定标方法，其特征在于，所述根据星载盐度 计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外定标的预选区域，包括： 根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算所述星载盐度计的天线指向的地面定位位 置;其中，所述卫星轨道参数包括:卫星坐标矢量、卫星速度矢量;所述卫星姿态参数包括： 卫星俯仰角和卫星滚动角； 根据预设网格化地球陆地掩膜数据确定所述地面定位位置对应的呈现状态；其中，所 述呈现状态包括:陆地和海洋； 根据所述星载盐度计的天线对应的天线方向图对所述地面定位位置的陆地呈现状态 进行积分计算，得到所述星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重； 根据预设阔值对所述天线背瓣视场内的陆地比重进行判断，确定适于冷空外定标的预 选区域。3. 根据权利要求2所述的星载盐度计冷空外定标方法，其特征在于，所述根据卫星轨道 参数和卫星姿态参数，计算所述星载盐度计的天线指向的地面定位位置，包括： 利用天线的观测视角Θ和天线的方位角0，计算天线在卫星本体坐标系的单位观测矢量 W./=co^φ?nθ W ^ sin C9sill ： = cos θ 按照预设旋转矩阵了6。173。=16。171。。1'1。。/3。，将卫星本体坐标系中的单位视矢量胖转换到地 屯、旋转坐标系中，得到单位矢量其中，其中，Tiw/s。为单位观测矢量W从卫星本体坐标系到轨道坐标系的转换对应的Ξ维旋转矩 阵，所述Ξ维旋转矩阵与卫星姿态有关；2、5K X分别对应Zi。。轴、Yi。。轴和Xi。。轴在地屯、 旋转坐标系中的单位矢量；？为地屯、直角坐标系中的卫星位置矢量;r为所述位置矢量的模； V为卫星的速度矢量;V为速度的模； 按照W下几何关系计算目标观测点的坐标G;其中，所述几何关系包括:S+D = G;D = d·S为卫星的位置矢量;D为天线观测矢量;G为观测目标点的位置矢 量； 按照w下公式计算根据所述观测点坐标计算地理经缔度4. 根据权利要求3所述的星载盐度计冷空外定标方法，其特征在于，所述根据所述星载 盐度计的天线对应的天线方向图对所述地面定位位置的陆地呈现状态进行积分计算，得到 所述星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，包括： 按照W下公式对所述地面定位位置的陆地呈现状态进行积分计算，得到所述星载盐度 计的天线背瓣视场内的陆地比重：；其中， G觀φ) = |co-pol|2 + |cross-pol|2是天线旁瓣和背瓣增益矩阵，(1Ω为像素对应的陆地、 海水的立体角。5. 根据权利要求4所述的星载盐度计冷空外定标方法，其特征在于，所述根据所述星载 盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于冷空外定标的时间窗口，包括： 按照W下公式计算天线接收到的太空福射：串中，G为天线方 向图，Ω为太空在星载盐度计视向上的立体角为星载盐度计指向上的太空福射； 按照W下公式计算天线接收到的太阳福射和月亮福射·rfM 其中， TbS/M为太阳或月亮的福射亮溫，Qs/m为太阳或月亮对应的立体角； 根据所述太空福射、所述太阳福射和所述月亮福射与所述天线溫度稳定性的预设关联 关系，确定适于冷空外定标的时间窗口。6. 根据权利要求5所述的星载盐度计冷空外定标方法，其特征在于，所述根据所述预选 区域和所述时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨道，计算标准天线溫度，包括： 根据所述卫星实际运行轨道的轨道参数和时间，计算星载盐度计的天线实际接收到的 实际观测数据； 根据星载盐度计的天线对应的天线方向图和所述实际观测数据，计算总的天线溫度。7. -种星载盐度计冷空外定标装置，其特征在于，包括： 第一确定模块，用于根据星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重，确定适于冷空外 定标的预选区域； 第二确定模块，用于根据所述星载盐度计的天线主瓣对应的预设观测数据，确定适于 冷空外定标的时间窗口；所述观测数据包括:太空福射、太阳福射和月亮福射； 计算模块，用于根据所述预选区域和所述时间窗口对应的冷空外定标卫星实际运行轨 道，计算标准天线溫度； 统计处理模块，用于对所述标准天线溫度和所述星载盐度计的实测天线溫度进行统计 处理，得到用于校正所述盐度计观测亮溫偏差的冷空外定标系数。8. 根据权利要求7所述的星载盐度计冷空外定标装置，其特征在于，所述第一确定模 块，包括： 第一计算单元，用于根据卫星轨道参数和卫星姿态参数，计算所述星载盐度计的天线 指向的地面定位位置;其中，所述卫星轨道参数包括:卫星坐标矢量、卫星速度矢量;所述卫 星姿态参数包括:卫星俯仰角和卫星滚动角； 第一确定单元，用于根据预设网格化地球陆地掩膜数据确定所述地面定位位置对应的 呈现状态;其中，所述呈现状态包括:陆地和海洋； 积分计算单元，用于根据所述星载盐度计的天线对应的天线方向图对所述地面定位位 置的陆地呈现状态进行积分计算，得到所述星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重； 第二确定单元，用于根据预设阔值对所述天线背瓣视场内的陆地比重进行判断，确定 适于冷空外定标的预选区域。9. 根据权利要求8所述的星载盐度计冷空外定标装置，其特征在于，所述第一计算单 元，包括： 第一计算子单元，用于利用天线的观测视角Θ和天线的方位角?>，计算天线在卫星本体 坐标系的单位观测矢量W;转换子单元，用于按照预设旋转矩阵Teer/s。= Teer/lDcTlw/s。，将卫星本体坐标系中的单位 视矢量W转换到地屯、旋转坐标系中，得到单位矢量其中，其中，Tiw/s。为单位观测矢量W从卫星本体坐标系到轨道坐标系的转换对应的Ξ维旋转矩 阵，所述Ξ维旋转矩阵与卫星姿态有关;3、y、X分别对应Zi。。轴、Yi。。轴和Xi。。轴在地屯、 旋转坐标系中的单位矢量；？为地屯、直角坐标系中的卫星位置矢量;r为所述位置矢量的模； 巧为卫星的速度矢量;V为速度的模； 第二计算子单元，用于按照W下几何关系计算目标观测点的坐标G;其中，所述几何关 系包括:S+D = G;D = d · 〇/;S为卫星的位置矢量;D为天线观测矢量;G 为观测目标点的位置矢量； 第Ξ计算子单元，用于按照W下公式计算根据所述观测点坐标计算地理经缔度：10. 根据权利要求9所述的星载盐度计冷空外定标装置，其特征在于，所述积分计算单 元，包括： 积分计算子单元，用于按照W下公式对所述地面定位位置的陆地呈现状态进行积分计 算，得到所述星载盐度计的天线背瓣视场内的陆地比重其中，G印如=..|c;o-.polp+ |;.cr〇ss-pol|·2是天线旁瓣和背瓣增益矩阵，dQ为像素对应的 陆地、海水的立体角； 设置子单元，用于将积分计算子单元的计算结果设置为所述星载盐度计的天线背瓣视 场内的陆地比重。
【文档编号】G01N22/00GK105842259SQ201610158460
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】赵屹立, 朱建华, 周武, 黄磊, 安文涛
【申请人】国家海洋技术中心, 国家卫星海洋应用中心