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CN111487621B - 一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备 - Google Patents

一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备 Download PDF

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CN111487621B
CN111487621B CN202010382548.2A CN202010382548A CN111487621B CN 111487621 B CN111487621 B CN 111487621B CN 202010382548 A CN202010382548 A CN 202010382548A CN 111487621 B CN111487621 B CN 111487621B
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Abstract

本发明公开了一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备，在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像，获得与预设区域对应的表征成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，之后再去除第一多普勒频率fDp以及去除第三多普勒频率fD1，从而获得更接近于海流运动对应的雷达视向的多普勒频移fg，之后再基于所述多普勒频移fg确定对应的海表流场的径向速率VD；进一步获得与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的海表径向流场。本申请实施例中的技术方案中的计算过程可以摈弃传统的实现方式，并采用了实际的雷达成像波束指向角来进行计算，从而可以使得最终计算获得的海表径向流场结果更加精确，具有提高海表流场反演实现效率以及结果精度的技术效果。

Description

一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备。
背景技术
海表流场是海水重要的运动形式，其反映的是海水在准定常状态下各种尺度的输运状态。海洋表面流场的研究对深入理解海洋、陆地和大气之间的相互作用以及海洋灾害预警方面都具有十分重要的科学意义。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称：SAR)是一种不依赖于太阳辐射、能够透过云层和雨，具有多种极化方式、多种成像模式和多种不同尺度的空间分辨率的雷达，其可以实现对海洋全天时和全天候的观测。
在实际应用中，SAR影像可以捕捉到海表流场引起的海表面微尺度波的空间分布，然后基于SAR探测的雷达视向多普勒频移正比于海表运动与雷达平台的相对速率的运算关系，据此可以反演得到高分辨率的海表流场信息。
但是，在上述反演计算过程中，最关键的原始雷达视向多普勒频移的计算往往是通过计算“测量多普勒频率fDc”与“预测多普勒频率fDp”的差值而获取，其中，fDc是雷达成像波束中心的回波频率，fDp是地球和卫星间相对运动引起的多普勒频率。fDp的计算大多是采用Envisat的预编译C语言库CFI实现，计算时需要获取精确的SAR轨道时间、位置和传感器姿态参数等；另一方面，fDp的计算采用理论而非实际的雷达成像波束指向角会导致海表流场反演的误差。此外，SAR探测的雷达视向多普勒频移并非由单一因素引起，还包含了由海表流场、海面风场、Bragg散射和轨道速度所引起的多普勒频移。
可见，现有技术中存在着基于雷达图像的海表流场反演方法往往因关键参数：“地球和卫星间相对运动引起的多普勒频率”中掺杂各种噪音多普勒频移数据，从而造成最终反演计算获得的海表径向流场数据精度低的技术问题。
发明内容
本申请提供一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备，用以解决现有技术中存在着的基于雷达图像的海表流场反演方法往往因关键参数：“地球和卫星间相对运动引起的多普勒频率”中掺杂各种噪音多普勒频移数据，从而造成最终反演计算获得的海表径向流场数据精度低的技术问题。
本申请第一方面提供了一种基于星载雷达获取高精度海表流场的反演方法，包括：
在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像时，获得与预设区域对应的表征所述预设雷达辐射出的成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，其中，所述回波频率fDc为在以时间间隔为刻度，距离和方向分别为x轴、y轴的预设二维坐标系中所表示的参数；
对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，其中，所述第一多普勒频率fDp包括所述预设雷达搭载的卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ以及在距离向上产生的多普勒频率fDpR；
对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，其中，所述第三多普勒频率fD1包括由海表风场引起的多普勒频移fw和由Bragg散射引起的多普勒频移fB；
基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；
按照预设方式确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场，其中，所述第一海表径向流场包括在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表流场径向速率VD以及海表流场方向。
可选地，所述对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，包括：
在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，获得所述第一频率图在所述方位向上的平均值fAZm；
基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；
采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，其中，所述线性函数关系F(t)以所述预设二维坐标系中的方位向上的每个斜距时间刻度为自变量t，且以在距离向上与每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值为因变量；
基于最大相关系数R2对应的F(t)，计算获得所述方位向上每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值，获得f(Dc-AZm)’；
将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ。
可选地，所述对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，包括：
在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿所述方位向进行每单位斜距时间刻度对应的fDc-fDpAZ的距离向平均值计算，获得表征地球与卫星相对运动产生的多普勒频率fDpR；
基于计算式：fDca＝fDc-fDpAZ-fDpR，计算获得所述第二多普勒频率fDca。
可选地，所述对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，包括：
获取监测参数集，所述监测参数集包括与所述预设二维坐标系中每个时间刻度分别一一对应的所述预设雷达的视向方向上的海表风向参数、海表风速参数、所述预设雷达的辐射波束入射角参数、所述预设雷达的极化方式参数；
基于所述监测参数集及地球物理经验模型CDOP，计算获得在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表风场产生的多普勒频移fw。
可选地，所述对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，包括：
基于双尺度辐合散射模型，得到在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的所述布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB。
可选地，所述基于双尺度辐合散射模型，得到在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的所述布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB，包括：
基于计算式：
Figure BDA0002482719510000041
计算获得多普勒频移fB；
其中，g为重力加速度，ke为所述成像波束中心的入射电磁波波数，θ为入射角，fB的正负取值与所述预设区域中的海流运动方向对应。
可选地，在所述按照预设方式确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的海表径向流场之后，所述方法还包括：
基于SAR产品头文件中的地理定位网格注释数据集，将在所述预设二维坐标系中的第一海表径向流场转换为在经纬度坐标系中表征的第二海表径向流场。
本申请第二方面提供了一种电子设备，包括：
信号接收装置，用以获取雷达图像数据；
处理器，与所述信号接收装置连接，用以在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像时，获得与预设区域对应的表征所述预设雷达辐射出的成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；基于所述径向速率VD确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的海表径向流场，其中，所述回波频率fDc为在以时间间隔为刻度，距离和方向分别为x轴、y轴的预设二维坐标系中所表示的参数；所述第一多普勒频率fDp包括所述预设雷达搭载的卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ以及在距离向上产生的多普勒频率fDpR；所述第三多普勒频率fD1包括由海表风场引起的多普勒频移fw和由Bragg散射引起的多普勒频移fB，所述第一海表径向流场包括在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表流场径向速率VD以及海表流场方向。
可选地，所述处理器，用以在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，获得所述第一频率图在所述方位向上的平均值fAZm；基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，基于最大相关系数R2对应的F(t)，计算获得所述方位向上每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值，获得f(Dc-AZm)’；将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ，其中，所述线性函数关系F(t)以所述预设二维坐标系中的方位向上的每个斜距时间刻度为自变量t，且以在距离向上与每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值为因变量。
可选地，所述处理器，用以在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿所述方位向进行每单位斜距时间刻度对应的fDc-fDpAZ的距离向平均值计算，获得表征地球与卫星相对运动产生的多普勒频率fDpR；基于计算式：fDca＝fDc-fDpAZ-fDpR，计算获得所述第二多普勒频率fDca。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中的技术方案在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像，由此可以获得与预设区域对应的表征成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，之后再分别对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理以及去除第三多普勒频率fD1处理，从而获得与预设区域的海流运动对应的、更接近于原始雷达视向的多普勒频移fg，之后再基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；进一步获得与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的海表径向流场。本申请实施例中的技术方案中的计算过程可以摈弃传统的实现方式，并采用了实际的雷达成像波束指向角来进行计算，从而可以使得最终计算获得的海表径向流场结果更加精确，具有提高海表流场反演实现效率以及结果精度的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于星载雷达获取高精度海表流场的反演方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电子设备的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种基于星载雷达获取高精度海表流场反演方法的计算过程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于星载雷达获取高精度海表流场反演方法计算获得的海表流场示意图。
具体实施方式
本申请提供一种基于雷达图像的海表流场反演方法及电子设备，用以解决现有技术中存在着的基于雷达图像的海表流场反演方法往往因关键参数：“地球和卫星间相对运动引起的多普勒频率”中掺杂各种噪音多普勒频移数据，从而造成最终反演计算获得的海表径向流场数据精度低的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本申请实施例中的技术方案在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像，由此可以获得与预设区域对应的表征成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，之后再分别对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理以及去除第三多普勒频率fD1处理，从而获得与预设区域的海流运动对应的、更接近于原始雷达视向的多普勒频移fg，之后再基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；进一步获得与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的海表径向流场。本申请实施例中的技术方案中的计算过程可以摈弃传统的实现方式，并采用了实际的雷达成像波束指向角来进行计算，从而可以使得最终计算获得的海表径向流场结果更加精确，具有提高海表流场反演实现效率以及结果精度的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一
请参考图1、图2、图3、图4，本申请实施例一提供一种基于星载雷达获取高精度海表流场的反演方法，包括：
步骤101：在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像时，获得与预设区域对应的表征所述预设雷达辐射出的成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，其中，所述回波频率fDc为在以时间间隔为刻度，距离和方向分别为x轴、y轴的预设二维坐标系中所表示的参数；
在本申请实施例中，所述预设雷达具体是指合成孔径雷达SAR。
所述时间间隔可以是指在所述预设二维坐标系中，可以是以单位时间间隔作为坐标轴的刻度，也可以是以不同的时间间隔为坐标轴的刻度。
图3、图4所表征的是2007年7月26日ENVISAT卫星C波段(波长5.6cm)的ASAR影像，影像刈幅宽度约为420km，空间分辨率为150m，VV极化方式，升轨影像，多普勒网格数量在方位向为115，距离向为100。
如图3所示，在具体实施过程中，可以从雷达图像的成像波束中心测量获得对应的回波频率fDc，进一步再确定出与fDc对应的第一频率图。由于在实际操作时，用户往往需要测量获得在一段时间范围(也就是所述第一时间范围)内的海表径向流场数据，该时间范围可以是30分钟、1个小时、3个小时、1天、2天等等，而卫星只能是在经过所述预设区域上方时才能获得对应的雷达图像，而卫星经过的时长有可能小于所述第一时间范围，也可以是大于所述第一时间范围。
因此，本步骤在实际操作时可以是采用如下工作模式：当所述第一时间范围属于所述预设雷达搭载的卫星经过所述预设区域上方的时间范围时，所述预设雷达可以在所述第一时间范围持续不断获取对应所需雷达图像参数，进一步再测量获得fDc，以及对应的第一频率图；而当所述第一时间范围超出所述预设雷达搭载的卫星经过所述预设区域上方的时间范围时，所述预设雷达可以在卫星经过所述预设区域上方时获取对应所需雷达图像，由此可以获得与所述预设区域对应的、非连续时间范围的、多段雷达图像数据，再在计算时将所述多段雷达图像数据进行提取拼合，从而作为所述预设第一时间范围内的与预设区域对应的雷达图像数据，并进一步获取对应的成像波束中心的回波频率fDc，以及第一频率图。
步骤102：对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，其中，所述第一多普勒频率fDp包括所述预设雷达搭载的卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ以及在距离向上产生的多普勒频率fDpR；
也就是说，在本申请实施例中的技术方案中，可以将所述第一多普勒频率fDp作为所述卫星和地球相对运动产生的多普勒频率。而所述第一多普勒频率fDp包括了方位向多普勒频率fDpAZ以及距离向多普勒频率fDpR。具体地，所述方位向多普勒频率fDpAZ可以是指卫星和地球相对运动在相对于预定方向上产生的多普勒频率，实际操作时可以在对应时间刻度上取所述相对运动在方位上产生的多个多普勒频率的最大值、最小值、或平均值，或预测值；而距离向多普勒频率fDpR可以是指卫星和地球相对运动在相对移动距离上产生的多普勒频率，实际操作时可以在对应时间刻度上取所述相对运动在距离上产生的多个多普勒频率的最大值、最小值、或平均值，或预测值；总之，所述方位向多普勒频率fDpAZ以及距离向多普勒频率fDpR用户都可以根据需要而自行设置计算方式或取值方式。
步骤103：对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，其中，所述第三多普勒频率fD1包括由海表风场引起的多普勒频移fw和由Bragg散射引起的多普勒频移fB；
也就是说，在本申请实施例中的技术方案中，所述第三多普勒频率fD1包括了由海表风场引起的多普勒频移fw和由Bragg散射引起的多普勒频移fB。具体地，所述多普勒频移fw可以取在对应时间刻度上由海表风场引起的多个多普勒频率的最大值、最小值、或平均值，或预测值；所述多普勒频移fB可以取与对应时间刻度上由Bragg散射引起的多个多普勒频率的最大值、最小值、或平均值，或预测值；同样的，所述多普勒频移fw以及所述多普勒频移fB用户都可以根据需要而自行设置计算方式或取值方式。
步骤104：基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD。
由于所述多普勒频移fg是去除了卫星和地球相对运动产生的多普勒频率fDp、海表风场引起的多普勒频移fw、以及由Bragg散射引起的多普勒频移fB的成像波束中心的回波频率，因此，所述多普勒频移fg的值更接近于海表流场对应的雷达视向多普勒频移的值，在本步骤中可以基于雷达视向多普勒频移正比于海表运动与雷达平台的相对速率的运算关系而计算获得非常精确的海表流场的径向速率VD。
步骤105：按照预设方式确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场，其中，所述第一海表径向流场包括在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表流场径向速率VD以及海表流场方向。
在本申请实施例技术方案中，海表径向流场的方向取决于径向海流的符号，例如，正速率值可以代表海表径向海流的方向为远离雷达天线，负速率值可以代表海表径向海流的方向为朝向雷达天线；当然，反之亦然。
而确定了所述海表流场的径向速率VD以及海表流场方向后，即可在所述预设二维坐标系中确定出对应的海表径向流场。
进一步地，所述对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，包括：
在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，获得所述第一频率图在所述方位向上的平均值fAZm；基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，其中，所述线性函数关系F(t)以所述预设二维坐标系中的方位向上的每个斜距时间刻度为自变量t，且以在距离向上与每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值为因变量；基于最大相关系数R2对应的F(t)，计算获得所述方位向上每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值，获得f(Dc-AZm)’；将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ。
如图3所示，实际操作时，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，可以具体为如下：在预设二维坐标系中，某个时间间隔刻度上的方位向(或y轴)上的值可以是指，与该时间刻度对应的、所有距离向基准点上的值的平均值，即：在距离向上采用均值滤波方法所得到的值。
例如，所述预设二维坐标系为距离向(x轴)上为100个刻度，方位向(y轴)上为115个刻度，x轴、y轴的刻度均以时间间隔来划分，而每个刻度计算的值都是与该时间刻度对应的每个距离向上的115个方位向值求取平均值(即：沿每个距离方向上115个方位向值的平均值)。
如图3所示，在完成均值滤波处理得到fAZm后，再基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；再采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，在计算过程中相关系数R可以取多个值，本申请实施例中采用取最大的R值确定出所述F(t)，然后计算获得对应的f(Dc-AZm)’，并将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ。
进一步地，所述对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，包括：
在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿所述距离向进行每单位斜距时间刻度对应的fDc-fDpAZ的方位向平均值计算，获得表征地球与卫星相对运动产生的多普勒频率fDpR；基于计算式：fDca＝fDc-fDpAZ-fDpR，计算获得所述第二多普勒频率fDca。
同理，本申请实施例中的技术方案同样采取均值滤波的方式计算获得卫星和地球相对运动在距离向上产生的多普勒频率fDpR。
上述计算过程分别采用线性拟合计算卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ，采用均值滤波计算其在距离向上产生的多普勒频率fDpR，该计算过程不仅可以使fDp的计算摈弃了传统的实现方式，而且还采用了实际的雷达成像波束指向角来进行计算，使得计算结果更加精确，进一步可以使得最终获得的所述第二多普勒频率fDca表征为非常精确的、只包含海表多普勒频率异常的频率图像。
再进一步地，所述对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，包括：
获取监测参数集，所述监测参数集包括与所述预设二维坐标系中每个时间刻度分别一一对应的所述预设雷达的视向方向上的海表风向参数、海表风速参数、所述预设雷达的辐射波束入射角参数、所述预设雷达的极化方式参数；基于所述监测参数集及地球物理经验模型CDOP，计算获得在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表风场产生的多普勒频移fw。
同时，所述对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，还包括：
基于双尺度辐合散射模型，得到在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的所述布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB。
由于海表多普勒频率异常还包括由海表风场所引起的多普勒频移fw以及由布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB，因此本申请实施例中的技术方案进一步还会依靠地球物理经验模型CDOP，并输入相应的监测数据集来获得相对应的海表风场产生的多普勒频移fw；以及依靠双尺度辐合散射模型得到所述多普勒频移fB。
具体地，所述基于双尺度辐合散射模型，得到在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的所述布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB，包括：
基于计算式：
Figure BDA0002482719510000131
计算获得多普勒频移fB；其中，g为重力加速度，ke为所述成像波束中心的入射电磁波波数，θ为入射角，fB的正负取值与所述预设区域中的海流运动方向对应。
再进一步地，在所述按照预设方式确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场之后，所述方法还包括：
基于SAR产品头文件中的地理定位网格注释数据集，将在所述预设二维坐标系中的第一海表径向流场转换为在经纬度坐标系中表征的第二海表径向流场。
由于所述第一海表径向流场为采用时间多普勒网格的坐标系进行表征(也就是所述预设二维坐标系)，即以SAR影像方位向和距离向的后向接收时间为坐标，形成以时间间隔为单位的坐标系。
所述预设二维坐标系依赖于fg数据集，在实际操作时可借助SAR产品头文件中的地理定位网格注释数据集，从而可以将时间网格坐标系转换为通用的经纬度坐标系，进而获得国际上通用的以经纬度为坐标系的SAR径向流场，也就是所述第二海表径向流场。通过所述第二海表径向流场可以使用户更加直观的观察获知所述预设区域在第一时间范围内的海表径向流场动向。具体在图中，可以采用图像深度来表征海表径向流动动向。
由此可见，本申请实施例中的技术方案在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像，由此可以获得与预设区域对应的表征成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，之后再分别对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理以及去除第三多普勒频率fD1处理，从而获得与预设区域对应的更接近真实海流运动的雷达视向的多普勒频移fg，之后再基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；进一步获得与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的海表径向流场。本申请实施例中的技术方案中的计算过程可以摈弃传统的实现方式，并采用了实际的雷达成像波束指向角来进行计算，从而可以使得最终计算获得的海表径向流场结果更加精确，具有提高海表流场反演实现效率以及结果精度的技术效果。
实施例二
请参考图2、图3，本申请实施例二提供一种电子设备，包括：
信号接收装置201，用以获取雷达图像数据；
处理器202，与所述信号接收装置连接，用以在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像时，获得与预设区域对应的表征所述预设雷达辐射出的成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；基于所述径向速率VD确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场，其中，所述回波频率fDc为在以时间间隔为刻度，距离和方向分别为x轴、y轴的预设二维坐标系中所表示的参数；所述第一多普勒频率fDp包括所述预设雷达搭载的卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ以及在距离向上产生的多普勒频率fDpR；所述第三多普勒频率fD1包括由海表风场引起的多普勒频移fw和由Bragg散射引起的多普勒频移fB，所述第一海表径向流场包括在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表流场径向速率VD以及海表流场方向。
具体来讲，所述处理器202可以是通用的中央处理器(CPU)，也可以是特定应用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)，还可以是一个或多个用于控制程序执行的集成电路。
进一步的，所述电子设备还可以包括存储器，存储器的数量可以是一个或多个。存储器可以包括只读存储器(英文：Read Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)和磁盘存储器。
可选地，所述处理器202，用以在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，获得所述第一频率图在所述方位向上的平均值fAZm；基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，基于最大相关系数R2对应的F(t)，计算获得所述方位向上每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值，获得f(Dc-AZm)’；将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ，其中，所述线性函数关系F(t)以所述预设二维坐标系中的方位向上的每个斜距时间刻度为自变量t，且以在距离向上与每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值为因变量。
可选地，所述处理器202，用以在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿所述方位向进行每单位斜距时间刻度对应的fDc-fDpAZ的距离向平均值计算，获得表征地球与卫星相对运动产生的多普勒频率fDpR；基于计算式：fDca＝fDc-fDpAZ-fDpR，计算获得所述第二多普勒频率fDca。
当然，实际操作时，所述电子设备还可以包括显示器，用以显示上述各项参数或图形；指令输入装置，用以输入各项参数或操作指令，等等，用户可以根据需要而自行设置。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。进一步地，本申请技术方案中的各个方法步骤可以颠倒，变换先后顺序而依然落入本申请所涵盖的发明范围中。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于星载雷达获取高精度海表流场的反演方法，其特征在于，包括：
在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像时，获得与预设区域对应的表征所述预设雷达辐射出的成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，其中，所述回波频率fDc为在以时间间隔为刻度，距离和方向分别为x轴、y轴的预设二维坐标系中所表示的参数；
对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，其中，所述第一多普勒频率fDp包括所述预设雷达搭载的卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ以及在距离向上产生的多普勒频率fDpR，其中包括：在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，获得所述第一频率图在所述方位向上的平均值fAZm；基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，其中，所述线性函数关系F(t)以所述预设二维坐标系中的方位向上的每个斜距时间刻度为自变量t，且以在距离向上与每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值为因变量；基于最大相关系数R2对应的F(t)，计算获得所述方位向上每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值，获得f(Dc-AZm)’；将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ；
对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，其中，所述第三多普勒频率fD1包括由海表风场引起的多普勒频移fw和由布拉格散射Bragg散射引起的多普勒频移fB；
基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；
按照预设方式确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场，其中，所述第一海表径向流场包括在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表流场径向速率VD以及海表流场方向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，包括：
在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿所述方位向进行每单位斜距时间刻度对应的fDc-fDpAZ的距离向平均值计算，获得表征地球与卫星相对运动产生的多普勒频率fDpR；
基于计算式：fDca＝fDc-fDpAZ-fDpR，计算获得所述第二多普勒频率fDca。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，包括：
获取监测参数集，所述监测参数集包括与所述预设二维坐标系中每个时间刻度分别一一对应的所述预设雷达的视向方向上的海表风向参数、海表风速参数、所述预设雷达的辐射波束入射角参数、所述预设雷达的极化方式参数；
基于所述监测参数集及地球物理经验模型CDOP，计算获得在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表风场产生的多普勒频移fw。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，包括：
基于双尺度辐合散射模型，得到在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的所述布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于双尺度辐合散射模型，得到在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的所述布拉格散射Bragg产生的多普勒频移fB，包括：
基于计算式：
Figure FDA0004120990970000031
计算获得多普勒频移fB；
其中，g为重力加速度，ke为所述成像波束中心的入射电磁波波数，θ为入射角，fB的正负取值与所述预设区域中的海流运动方向对应。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述按照预设方式确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场之后，所述方法还包括：
基于SAR产品头文件中的地理定位网格注释数据集，将在所述预设二维坐标系中的海表径向流场转换为在经纬度坐标系中表征的第二海表径向流场。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
信号接收装置，用以获取雷达图像数据；
处理器，与所述信号接收装置连接，用以在第一时间范围内通过预设雷达获取雷达图像时，获得与预设区域对应的表征所述预设雷达辐射出的成像波束中心的回波频率fDc的第一频率图，对所述回波频率fDc进行去除第一多普勒频率fDp处理，获得第二多普勒频率fDca，对所述第二多普勒频率fDca进行去除第三多普勒频率fD1处理，获得与海流运动对应的多普勒频移fg，基于所述多普勒频移fg确定在所述第一时间范围内与所述预设区域对应的海表流场的径向速率VD；基于所述径向速率VD确定与所述预设区域对应的在所述第一时间范围内的第一海表径向流场，其中，所述回波频率fDc为在以时间间隔为刻度，距离和方向分别为x轴、y轴的预设二维坐标系中所表示的参数；所述第一多普勒频率fDp包括所述预设雷达搭载的卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ以及在距离向上产生的多普勒频率fDpR；所述第三多普勒频率fD1包括由海表风场引起的多普勒频移fw和由Bragg散射引起的多普勒频移fB，所述第一海表径向流场包括在所述预设二维坐标系中与每个时间刻度对应的海表流场径向速率VD以及海表流场方向；所述处理器，还用以在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿距离向进行每单位斜距时间刻度的方位向平均值计算，获得所述第一频率图在所述方位向上的平均值fAZm；基于计算式：fDc-fAZm＝fDc-AZm，在所述预设二维坐标系中计算获得表征fDc-AZm的值的第二频率图；采用线性拟合方法在所述预设二维坐标系中构建线性函数关系F(t)，获得对应的相关系数R2，基于最大相关系数R2对应的F(t)，计算获得所述方位向上每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值，获得f(Dc-AZm)’；将所述f(Dc-AZm)’的值作为所述卫星和地球相对运动在方位向上产生的多普勒频率fDpAZ，其中，所述线性函数关系F(t)以所述预设二维坐标系中的方位向上的每个斜距时间刻度为自变量t，且以在距离向上与每个斜距时间刻度分别一一对应的fDc-AZm的值为因变量。
8.如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述处理器，用以在所述预设二维坐标系中，对所述第一频率图沿所述方位向进行每单位斜距时间刻度对应的fDc-fDpAZ的距离向平均值计算，获得表征地球与卫星相对运动产生的多普勒频率fDpR；基于计算式：fDca＝fDc-fDpAZ-fDpR，计算获得所述第二多普勒频率fDca。
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