一种海面风场和海浪联合反演的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种海面风场和海浪联合反演的装置，所述装置包括：定标模块，用于将风场数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标；分割模块，用于将所述已过滤的图像按照预设大小进行分割得到若干个子图像；插值计算模块，用于采用人机交互式获取外部风向信息，并得到相应子图像的风向；反演模块，用于反演获得海面风场；分离处理模块，用于输入所述海面风场，采用波数分离法进行分离，得到合成孔径雷达图像的风浪图像谱和涌浪图像谱；联合反演模块，用于联合反演处理得到所述海浪谱，得到所述海浪要素。实现了避免重复输入外部信息，对SAR海面风场的反馈更加精准和高效，保证了风场与海浪具有相同空间分辨率，提高了反演结果的准确性。
【专利说明】一种海面风场和海浪联合反演的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合成孔径雷达【技术领域】，特别涉及一种处理海面风场和海浪联合反演 的装置。
【背景技术】
[0002] 随着海洋资源的开发以及海事活动的频繁，比如海上运输业和海上捕鱼业的发 展，海难事故的发生的关注度也随之增高。海难事故在政治、经济、军事上都会给世界沿海 各国带来巨大灾难，不仅是人员伤亡和财产的损失，还会给社会发展带来不良影响，海上搜 救工作也越来越得到各沿海国家的重视，因此，获取海面的风场以及海浪情况是人们进行 海上运动不可或缺的信息。
[0003] 然而，海面风场、海浪的传统观测方法主要通过出海调查实地实时观测，浮标和海 上平台观测等等。然而传统方式需要投入大量的人力物力，并且对于大尺度全球的观测无 能为力，因此常规观测系统获得的海面风场与海浪资料十分有限，难以满足各方面的需求。
[0004] 现有技术中，合成孔径雷达(英文全称：Synthetic Aperture Radar,英文缩写： SAR)是一种具有较高空间分辨率的主动式卫星微波探测器，它的出现为受制于传统观测的 物理海洋学研究方向提供丰富的资料。SAR可以在其运行轨道上全天候连续获得对海洋表 面大面积的图像，其高分辨率意味着高精度的风场和海浪信息。目前，SAR已发展出单一提 取海面风场或海浪信息的方法。
[0005] 但是在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
[0006] 由于海面风场或海浪信息两者的反演密不可分，例如风场的反演需要提供外部的 风向信息，海浪的提取则需要同时刻的风场资料。现有的单一反演海面风场和海浪的方法， 不仅需要重复的输入外部的风场信息耗费多余的运算时间，外部风场的信息与SAR的空间 上的不匹配性也导致了反演结果不准确性。
【发明内容】
[0007] 为了解决现有技术中单一反演方法需要重复输入外部的风场信息、耗费多余运算 时间以及反演结果不准确的问题，本发明实施例提供了一种网真会议的控制方法和装置。 所述技术方案如下：
[0008] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0009] 第一方面，本发明提供了一种海面风场和海浪联合反演的方法，所述方法包括：
[0010] 将风场数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，并对定标后的图像进行过滤， 得到已过滤的图像；
[0011] 将所述已过滤的图像按照预设大小进行分割得到若干个子图像，并分别计算所述 子图像的平均后向散射截面和中心点入射角；
[0012] 采用人机交互式获取外部风向信息，并得到相应子图像的风向，将所述子图像的 风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向；
[0013] 根据所述合成孔径雷达图像的风向和所述中心点的入射角进行风速反演获得海 面风场；
[0014] 输入所述海面风场，采用波数分离法进行分离，得到合成孔径雷达图像的风浪图 像谱和涌浪图像谱；
[0015] 对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到所述海浪谱，根据所述 海浪谱与海浪要素之间的关系，得到所述海浪要素。
[0016] 优选地，所述将风向数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，并对定标后的图 像进行过滤，得到已过滤的图像之间，还包括：
[0017] 根据预设时间内天气预报数据进行分析历史模式的风场数据，建立风场数据库。
[0018] 优选地，将风向数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，并对定标后的图像进 行过滤，得到已过滤的图像，具体包括：
[0019] 将风向数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，
[0020] 根据数字高程模型对定标后将图像中陆地信息的后向散射截面的值设为0,过滤 所述陆地信息，得到已过滤的图像。
[0021] 优选地，所述采用人机交互式获取外部风向信息，并得到相应子图像的风向，将所 述子图像的风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向，具体包括：
[0022] 通过人机交互方式从合成孔径雷达图像上获取风向的斜率信息，根据所述风向的 斜率信息推出具有180°模糊度的风向，
[0023] SAR图像预处理过程中通过交互式的方式从图像上手动获取风向的斜率信息，据 此可以推测出具有180°模糊度的风向，根据已建立的风场数据库中的数据中查找与所述 合成孔径雷达图像的子图像匹配的数据，根据所述匹配的数据去除风向的180°模糊度，得 到所述子图像的风向，
[0024] 将所述子图像的风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向。
[0025] 优选地，所述输入所述海面风场，采用波数分离法进行分离，得到合成孔径雷达图 像的风浪图像谱和涌浪图像谱，具体包括：
[0026] 输入所述海面风场，将从合成孔径雷达获得IOm内符合第一预设区间的风速，并 将所述风速以〇. 2m/s进行离散，得到合成孔径雷达图像的风浪图像谱；并从所述风浪合成 孔径雷达图像谱中获得符合第二预设区间的谱峰波速，并将所述谱峰波速以〇. lm/s进行 离散；得到所述合成孔径雷达图像的涌浪图像谱。
[0027] 优选地，所述对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到所述海浪 谱，根据所述海浪谱与海浪要素之间的关系，得到所述海浪要素，具体包括：
[0028] 对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到最优海浪谱，并根据参 数化参演模式得到SAR子图像的海浪方向谱，根据海浪谱与海浪要素之间的关系计算分别 得到海浪要素效波高、主波波长和跨零周期。
[0029] 第二方面，本发明提供了一种海面风场和海浪联合反演的装置，所述装置包括：
[0030] 定标模块，用于将风场数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，并对定标后的 图像进行过滤，得到已过滤的图像；
[0031] 分割模块，用于将所述已过滤的图像按照预设大小进行分割得到若干个子图像， 并分别计算所述子图像的平均后向散射截面和中心点入射角；
[0032] 插值计算模块，用于采用人机交互式获取外部风向信息，并得到相应子图像的风 向，将所述子图像的风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向；
[0033] 反演模块，用于根据所述合成孔径雷达图像的风向和所述中心点的入射角进行风 速反演获得海面风场；
[0034] 分离处理模块，用于输入所述海面风场，采用波数分离法进行分离，得到合成孔径 雷达图像的风浪图像谱和涌浪图像谱；
[0035] 联合反演模块，用于对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到所 述海浪谱，根据所述海浪谱与海浪要素之间的关系，得到所述海浪要素。
[0036] 优选地，所述装置，还包括：
[0037] 预建立模块，用于根据预设时间内天气预报数据进行分析历史模式的风场数据， 建立风场数据库。
[0038] 优选地，所述定标模块，具体用于：
[0039] 将风向数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，
[0040] 根据数字高程模型对定标后将图像中陆地信息的后向散射截面的值设为0,过滤 所述陆地信息，得到已过滤的图像。
[0041] 优选地，所述插值计算模块，具体用于：
[0042] 通过人机交互方式从合成孔径雷达图像上获取风向的斜率信息，根据所述风向的 斜率信息推出具有180°模糊度的风向，
[0043] SAR图像预处理过程中通过交互式的方式从图像上手动获取风向的斜率信息，据 此可以推测出具有180°模糊度的风向，根据已建立的风场数据库中的数据中查找与所述 合成孔径雷达图像的子图像匹配的数据，根据所述匹配的数据去除风向的180°模糊度，得 到所述子图像的风向，
[0044] 将所述子图像的风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向。
[0045] 优选地，所述分离处理模块，具体用于：
[0046] 输入所述海面风场，将从合成孔径雷达获得IOm内符合第一预设区间的风速，并 将所述风速以〇. 2m/s进行离散，得到合成孔径雷达图像的风浪图像谱；并从所述风浪合成 孔径雷达图像谱中获得符合第二预设区间的谱峰波速，并将所述谱峰波速以〇. lm/s进行 离散；得到所述合成孔径雷达图像的涌浪图像谱。
[0047] 优选地，所述联合反演模块，具体用于：
[0048] 对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到最优海浪谱，并根据参 数化参演模式得到SAR子图像的海浪方向谱，根据海浪谱与海浪要素之间的关系计算分别 得到海浪要素效波高、主波波长和跨零周期。
[0049] 本发明提供了一种海面风场和海浪联合反演方法，通过将风场数据库中合成孔径 雷达图像进行辐射定标并过滤，将已过滤的图像按照预设大小分割成若干个子图像，并分 别计算所述子图像的后向散射截面和中心点入射角；采用人机交互式获取外部风向信息， 得到相应子图像的风向并进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向；根据所述合 成孔径雷达图像的风向和所述中心点的入射角进行处理得到所述海浪谱，根据所述海浪谱 与海浪要素之间的关系，得到所述海浪要素，避免了重复的输入外部信息，使得对SAR海面 风场的反馈更加精准和高效，保证了风场与海浪具有相同的空间分辨率，并采用波数分离 法和参数化猜测谱反演模式，提高了反演结果的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0050] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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 的附图。
[0051] 图1为本发明优选方法实施例提供的一种海面风场和海浪联合反演方法流程图；
[0052] 图2为图1中步骤SlOl的详细流程图；
[0053] 图3为图1中步骤S103的详细流程图；
[0054] 图4为优选方法实施例中对风速进行CM0D4和CM0D5仿真示意图；
[0055] 图5为本发明优选装置实施例提供的一种海面风场和海浪联合反演装置结构示 意图。
【具体实施方式】
[0056] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0057] 图1是本发明实施例中提供的一种海面风场和海浪联合反演的方法流程图，本发 明实施例基于运用合成孔径雷达技术，参见图1，该方法包括：
[0058] SlOl :将风场数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，并对定标后的图像进行 过滤，得到已过滤的图像。
[0059] 具体地，参见图2, SlOl的具体流程包括：
[0060] SlOll :将风向数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，
[0061] 具体地，将风场数据库中合成孔径雷达图像进行辐射标定具体可以为：把每个像 素点的值转换成后向散射截面，定标后的类型主要包括：C波段ERS-2、Radarsat-2SAR、 Envisat-ASAR 和 X 波段 TerraSAR-X 和 TanDEM-X ;
[0062] 其中，计算各类型的方式如下：
【权利要求】
1. 一种海面风场和海浪联合反演的装置，其特征在于，所述装置包括： 定标模块，用于将风场数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标，并对定标后的图像 进行过滤，得到已过滤的图像； 分割模块，用于将所述已过滤的图像按照预设大小进行分割得到若干个子图像，并分 别计算所述子图像的平均后向散射截面和中心点入射角； 插值计算模块，用于采用人机交互式获取外部风向信息，并得到相应子图像的风向，将 所述子图像的风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向； 反演模块，用于根据所述合成孔径雷达图像的风向和所述中心点的入射角进行风速反 演获得海面风场； 分离处理模块，用于输入所述海面风场，采用波数分离法进行分离，得到合成孔径雷达 图像的风浪图像谱和涌浪图像谱； 联合反演模块，用于对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到所述海 浪谱，根据所述海浪谱与海浪要素之间的关系，得到所述海浪要素。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括： 预建立模块，用于根据预设时间内天气预报数据进行分析历史模式的风场数据，建立 风场数据库。
3. 根据权利要求1-2所述的装置，其特征在于，所述定标模块，具体用于： 将风向数据库中合成孔径雷达图像进行辐射定标， 根据数字高程模型对定标后将图像中陆地信息的后向散射截面的值设为〇,过滤所述 陆地信息，得到已过滤的图像。
4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述插值计算模块，具体用于： 通过人机交互方式从合成孔径雷达图像上获取风向的斜率信息，根据所述风向的斜率 信息推出具有180°模糊度的风向， SAR图像预处理过程中通过交互式的方式从图像上手动获取风向的斜率信息，据此可 以推测出具有180°模糊度的风向，根据已建立的风场数据库中的数据中查找与所述合成 孔径雷达图像的子图像匹配的数据，根据所述匹配的数据去除风向的180°模糊度，得到所 述子图像的风向， 将所述子图像的风向进行插值计算得到所述合成孔径雷达图像的风向。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离处理模块，具体用于： 输入所述海面风场，将从合成孔径雷达获得l〇m内符合第一预设区间的风速，并将所 述风速以0. 2m/s进行离散，得到合成孔径雷达图像的风浪图像谱；并从所述风浪合成孔径 雷达图像谱中获得符合第二预设区间的谱峰波速，并将所述谱峰波速以〇. lm/s进行离散； 得到所述合成孔径雷达图像的涌浪图像谱。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述联合反演模块，具体用于： 对所述风浪图像谱和所述涌浪图像进行联合反演处理得到最优海浪谱，并根据参数化 参演模式得到SAR子图像的海浪方向谱，根据海浪谱与海浪要素之间的关系计算分别得到 海浪要素效波高、主波波长和跨零周期。
【文档编号】G06F19/00GK104331588SQ201410081497
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】邵伟增, 孙建, 孙展凤 申请人:浙江海洋学院