星載微波輻射計(jì)觀測(cè)亮溫的動(dòng)態(tài)濾波重采樣方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體而言，涉及星載微波輻射計(jì)觀測(cè)亮溫 的動(dòng)態(tài)濾波重采樣方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 星載微波輻射計(jì)具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕和工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域非 常寬廣。從大的方面來說，星載微波輻射計(jì)主要應(yīng)用于大氣探測(cè)、海洋觀測(cè)、對(duì)地觀測(cè)微波 遙感3個(gè)方面；從具體探測(cè)模版來說，星載微波輻射計(jì)主要應(yīng)用于氣相、農(nóng)林、地質(zhì)、海洋環(huán) 境檢測(cè)和軍事偵察等，還可用于天文、醫(yī)療和導(dǎo)彈的末制導(dǎo)等方面。
[0003] 星載微波福射計(jì)的觀測(cè)亮溫（BrightnessTemperature)重采樣（Resample)技術(shù) 是指，將不同頻率下不同分辨率的觀測(cè)亮溫處理為不同頻率下相同分辨率的觀測(cè)亮溫的方 法。觀測(cè)亮溫是衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收單位分發(fā)的輻射計(jì)產(chǎn)品中最核心的部分，其數(shù)值大小依賴于 被觀測(cè)者的物理信息以及觀測(cè)的天線方向圖，由于被觀測(cè)者的物理信息是客觀確定的，而 觀測(cè)的天線方向圖是可改變的儀器屬性。因此重采樣技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是對(duì)天線方向圖（通常 使用歸一化天線方向圖）進(jìn)行一系列計(jì)算，使不同分辨率的天線方向圖統(tǒng)一。
[0004] 目前常用的重采樣方法，均是使用Backus-Gilbert方法對(duì)某一觀測(cè)點(diǎn)的地表投 影天線方向圖和該觀測(cè)點(diǎn)地理位置上鄰近的觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖構(gòu)成的數(shù)據(jù)矩 陣（在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概念中，圖和矩陣是等價(jià)的）進(jìn)行計(jì)算。這一計(jì)算過程的結(jié)果包括一 組濾波系數(shù)和由該系數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行濾波得到的重采樣天線方向圖。由于天線方向圖和 觀測(cè)亮溫的線性一致性，由該組系數(shù)能夠直接獲得重采樣的觀測(cè)亮溫。
[0005] 實(shí)際應(yīng)用中，目前常用的業(yè)務(wù)化重采樣方法是使用特定區(qū)域（通常是低煒度地 區(qū)，如赤道地區(qū)）的某一數(shù)據(jù)矩陣結(jié)合Backus-Gilbert方法獲得一組確定的濾波系數(shù)，用 該系數(shù)對(duì)N個(gè)所有的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行濾波處理，然后根據(jù)濾波的結(jié)果對(duì)整體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
[0006] 發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)采用特定區(qū)域獲得的某一組確定的濾波系數(shù)對(duì)N個(gè)所有的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行濾波處理。這種方法的濾波系數(shù)是不變化的，沒有考慮不同地理區(qū) 域的觀測(cè)幾何（觀測(cè)者和被觀測(cè)者的相對(duì)地理關(guān)系）的差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種星載微波輻射計(jì)觀測(cè)亮溫的動(dòng)態(tài)濾波重采樣方法及 裝置，通過計(jì)算預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)，得到所有觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)，用以提高所有觀測(cè)點(diǎn) 的濾波系數(shù)的準(zhǔn)確度并且本發(fā)明的技術(shù)具有業(yè)務(wù)化應(yīng)用的潛力。
[0008] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種星載微波輻射計(jì)觀測(cè)亮溫的動(dòng)態(tài)濾波重采樣 方法，包括：
[0009] 根據(jù)預(yù)設(shè)載荷參數(shù)建立載荷天線方向圖；所述預(yù)設(shè)載荷參數(shù)包括：載荷的觀測(cè)頻 率、載荷的主波束效率、載荷的半功率束寬；
[0010] 根據(jù)所述載荷天線方向圖、標(biāo)準(zhǔn)載荷參數(shù)以及地球基本參數(shù)計(jì)算預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的觀 測(cè)幾何，得到所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖的數(shù)據(jù)矩陣；
[0011] 根據(jù)所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖的數(shù)據(jù)矩陣，計(jì)算所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的 濾波系數(shù)；
[0012] 根據(jù)所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)進(jìn)行關(guān)于觀測(cè)帶計(jì)數(shù)的插值計(jì)算，得到所有觀測(cè) 點(diǎn)的濾波系數(shù)，以便根據(jù)所述所有觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)得到的重采樣天線方向圖觀測(cè)亮溫。
[0013] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所 述根據(jù)預(yù)設(shè)載荷參數(shù)建立載荷天線方向圖包括：
的第一函數(shù)關(guān)系；其中，\表示漸削效率；
[0016] 根據(jù)邊緣照射C和口徑半徑a與漸削效率的函數(shù)關(guān)系，將所述第一函數(shù)關(guān)系將轉(zhuǎn) 換為漸削圓形口徑模型與漸削效率的第二函數(shù)關(guān)系；
[0017] 根據(jù)所述第二函數(shù)關(guān)系，獲取與一個(gè)漸削圓形口徑模型對(duì)應(yīng)的一個(gè)漸削效率和一 組模型主波束效率；
[0018] 將與所述模型主波束效率相同的主波束效率對(duì)應(yīng)的漸削圓形口徑模型確定為所 述載荷天線方向圖。
[0019] 結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種 可能的實(shí)施方式，其中，所述根據(jù)所述載荷天線方向圖、標(biāo)準(zhǔn)載荷參數(shù)以及地球基本參數(shù)計(jì) 算預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)幾何，包括：
[0020] 根據(jù)載荷天線方向圖、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的6個(gè)開普勒軌道根數(shù)和地球半徑，計(jì)算所述載 荷天線方向圖在地表的投影；
[0021] 根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行速度及衛(wèi)星的圓錐掃描速度，計(jì)算衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在軌道平面坐 標(biāo)系的坐標(biāo)；所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)為一整軌的衛(wèi)星觀測(cè)中的一次圓錐掃描的中心點(diǎn)過南極點(diǎn)、 升軌赤道、北極點(diǎn)和降軌赤道四個(gè)帶狀區(qū)域的觀測(cè)點(diǎn)；
[0022] 通過歐拉角旋轉(zhuǎn)的方式，將所述衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在軌道平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)，轉(zhuǎn) 換為第二赤道坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)；
[0023] 根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)角速度和觀測(cè)時(shí)間間隔，對(duì)第二赤道坐標(biāo)系內(nèi)的赤經(jīng)進(jìn)行修正， 得到衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在地理坐標(biāo)系的坐標(biāo)；
[0024] 根據(jù)所述衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在地理坐標(biāo)系的坐標(biāo)以及空間坐標(biāo)與平面坐標(biāo)的投 影規(guī)則，計(jì)算衛(wèi)星觀測(cè)的觀測(cè)方位角和類正軸等距投影坐標(biāo)系的坐標(biāo)；
[0025] 根據(jù)所述載荷天線方向圖在地表的投影、衛(wèi)星的觀測(cè)方位角和類正軸等距投影坐 標(biāo)系的坐標(biāo)，計(jì)算預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖，以得到所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影 天線方向圖的數(shù)據(jù)矩陣。
[0026] 結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種 可能的實(shí)施方式，其中，所述根據(jù)所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖的數(shù)據(jù)矩陣，計(jì)算 所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)，包括：
大變化，并在首次出現(xiàn)構(gòu)造天線方向圖非負(fù)時(shí)，計(jì)算所述載荷天線方向圖中所述預(yù)設(shè)觀測(cè) 點(diǎn)的濾波系數(shù)；其中：V=G+EP;E是單位矩陣，代表一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；G是一個(gè)n行n列的矩陣； u、v是n個(gè)元素的列向量；且Gij=/G^dAhUi=/GiClAji=/GiG0ClA;其中，A表示重采 樣區(qū)域；i、j分別表示矩陣元素編號(hào)邛表示平滑參數(shù)。
[0028] 結(jié)合第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種 可能的實(shí)施方式，其中，所述根據(jù)所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)進(jìn)行關(guān)于觀測(cè)帶計(jì)數(shù)的插值 計(jì)算，得到所有觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)，包括：
[0029] 將所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)作為插值結(jié)點(diǎn)，沿經(jīng)向?qū)λ鰹V波系數(shù)進(jìn)行關(guān)于觀測(cè)帶計(jì)數(shù)的 線性插值計(jì)算，得到所有觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)。
[0030] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種星載微波輻射計(jì)觀測(cè)亮溫的動(dòng)態(tài)濾波重采 樣裝置，包括：
[0031] 建立單元，用于根據(jù)預(yù)設(shè)載荷參數(shù)建立載荷天線方向圖；所述預(yù)設(shè)載荷參數(shù)包括： 載荷的觀測(cè)頻率、載荷的主波束效率、載荷的半功率束寬；
[0032] 第一計(jì)算單元，用于根據(jù)所述建立單元建立的所述載荷天線方向圖、標(biāo)準(zhǔn)載荷參 數(shù)以及地球基本參數(shù)計(jì)算預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)幾何，得到所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方 向圖的數(shù)據(jù)矩陣；
[0033] 第二計(jì)算單元，用于根據(jù)所述第一計(jì)算單元計(jì)算的所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天 線方向圖的數(shù)據(jù)矩陣，計(jì)算所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)；
[0034] 插值計(jì)算處理單元，用于根據(jù)所述第二計(jì)算單元計(jì)算的所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系 數(shù)進(jìn)行關(guān)于觀測(cè)帶計(jì)數(shù)的插值計(jì)算，得到所有觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)，以便根據(jù)所述所有觀測(cè) 點(diǎn)的濾波系數(shù)得到的重采樣天線方向圖觀測(cè)亮溫。
[0035] 結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所 述建立單元包括：
立的所述漸削圓形口徑模型與漸削效率、口徑半徑和邊緣照射的第一函數(shù)關(guān)系；其中，\ 表示漸削效率；
[0038] 第一轉(zhuǎn)換子單元，用于根據(jù)邊緣照射C和口徑半徑a與漸削效率的函數(shù)關(guān)系，將所 述第一計(jì)算子單元計(jì)算得到的所述第一函數(shù)關(guān)系將轉(zhuǎn)換為漸削圓形口徑模型與漸削效率 的第二函數(shù)關(guān)系；
[0039] 獲取子單元，用于根據(jù)所述第一轉(zhuǎn)換子單元轉(zhuǎn)換得到的所述第二函數(shù)關(guān)系，獲取 與一個(gè)漸削圓形口徑模型對(duì)應(yīng)的一個(gè)漸削效率和一組模型主波束效率；
[0040] 確定子單元，用于將與所述獲取子單元獲取的所述模型主波束效率相同的主波束 效率對(duì)應(yīng)的漸削圓形口徑模型確定為所述載荷天線方向圖。
[0041] 結(jié)合第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第二種 可能的實(shí)施方式，其中，所述第一計(jì)算單元包括：
[0042] 第二計(jì)算子單元，用于根據(jù)載荷天線方向圖、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的6個(gè)開普勒軌道根數(shù)和 地球半徑，計(jì)算所述載荷天線方向圖在地表的投影；
[0043] 第三計(jì)算子單元，用于根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行速度及衛(wèi)星的圓錐掃描速度，計(jì)算衛(wèi)星和預(yù) 設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在軌道平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)；所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)為一整軌的衛(wèi)星觀測(cè)中的一次圓錐掃 描的中心點(diǎn)過南極點(diǎn)、升軌赤道、北極點(diǎn)和降軌赤道四個(gè)帶狀區(qū)域的觀測(cè)點(diǎn)；
[0044] 第二轉(zhuǎn)換子單元，用于通過歐拉角旋轉(zhuǎn)的方式，將所述衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在軌道 平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換為第二赤道坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)；
[0045] 修正子單元，用于根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)角速度和觀測(cè)時(shí)間間隔，對(duì)第二赤道坐標(biāo)系內(nèi) 的赤經(jīng)進(jìn)行修正，得到衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在地理坐標(biāo)系的坐標(biāo)；
[0046] 第四計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述衛(wèi)星和預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)在地理坐標(biāo)系的坐標(biāo)以及空間 坐標(biāo)與平面坐標(biāo)的投影規(guī)則，計(jì)算衛(wèi)星觀測(cè)的觀測(cè)方位角和類正軸等距投影坐標(biāo)系的坐 標(biāo)；
[0047] 第五計(jì)算子單元，用于根據(jù)所述載荷天線方向圖在地表的投影、衛(wèi)星的觀測(cè)方位 角和類正軸等距投影坐標(biāo)系的坐標(biāo)，計(jì)算預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖，以得到所述 預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的地表投影天線方向圖的數(shù)據(jù)矩陣。
[0048] 結(jié)合第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第三種 可能的實(shí)施方式，其中，所述第二計(jì)算單元包括：
中P從0向無窮大變化；
[0050] 第六計(jì)算子單元，用于在所述調(diào)制子單元在調(diào)制過程中首次出現(xiàn)構(gòu)造天線方向圖 非負(fù)時(shí)，計(jì)算所述載荷天線方向圖中所述預(yù)設(shè)觀測(cè)點(diǎn)的濾波系數(shù)；其中：V=G+EP;E是 單位矩陣，代表一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；G是一個(gè)n行n列的矩陣；u、V是n個(gè)元素的列向量；且Gu= 工G^jdA、Ui=i"GidA、Vi=i"GAdA;其中，A表示重采樣區(qū)域；i、j