[发明专利]极轨卫星高分辨率卫星资料条纹噪音滤除方法

说明书

本发明涉及一种极轨卫星高分辨率卫星资料条纹噪音滤除方法，噶方法利用主成分分析方法PCA提取观测亮温中的稳定变化特征部分，并利用自适应性能的波动提取方法‑集合正交模态分析EEMD来提取主成分模态对应系数中的高频部分，从而消除条纹噪音，该方法可以很好的提取观测亮温中的条纹噪音，而且不影响亮温中的实际大气信息，可直接应用于卫星亮温资料的条纹噪音滤除。

技术领域

本发明涉及一种极轨卫星高分辨率卫星资料条纹噪音滤除方法，属于卫星遥感技术领域。

背景技术

高空间分辨率是新一代极轨卫星微波探测仪的主要特征，但是高分辨率的观测仪器也伴随着大的观测噪音。美国最新一代极轨卫星微波探测仪ATMS(Advanced TechnologyMicrowave Sounder)资料中首先被发现存在明显的条纹噪音，随后的研究也发现，其他高分辨率微波湿度探测资料中也存在明显的条纹噪音。我国的最新极轨卫星风云3C的微波温度和湿度探测仪中都存在明显的条纹噪音，而且远大于美国的ATMS资料中的同类噪音，严重影响了我国卫星资料的有效利用。业务评估表明同化微波温度计资料对全球数值预报水平提高最为明显，所以提高微波温度计资料质量尤其重要，这就迫切需要发展能够满足业务应用需求的条纹噪音滤除方法，且不影响观测资料中包含的观测信息。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，利用空间分析方法和自适应的波动提取方法，建立了一个直接应用于卫星亮温资料的条纹噪音滤除方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种极轨卫星高分辨率卫星资料条纹噪音滤除方法，包括如下步骤：

步骤一、将卫星观测资料组成二维亮温矩阵A，一维是卫星行进方向的扫描线个数，另外一维是每根扫描线上的视场，对亮温矩阵A利用主成分分析方法分析，获得各个主成分模态和对应的系数；

步骤二、对各个主成分模态的系数进行集合正交模态分析，得到各自光滑的系数；

步骤三、将步骤二得到的光滑后的系数转置并与各自主成分模态相乘，得到去除条纹噪音后的各个主成分模态代表的亮温空间变化特征；

第四步：利用下述公式得到重构亮温矩阵消除亮温中的条纹噪音，

其中，P_i代表第i模态及其时间系数代表的观测变量信息，e_i为第i个主成分模态，u_i为第 i个主成分模态对应的系数，i为主成分模态序号，j为卫星观测资料扫描线的序号，k为每根扫描线上视场的序号，k＝1,2,...,90,j＝1,2,…,N。

对上述技术方案的进一步设计为：步骤一中二维亮温矩阵A为k＝1,2,...,90, j＝1,2,…,N)，代表观测的亮温；

利用主成分分析方法将亮温矩阵A分解为：

其中

是第i个主成分模态和对应的系数，则亮温矩阵A可以表示成：

其中

本技术方案的设计思路为：为了滤除条纹噪音，首先必须有效的分离条纹噪音，而且不影响观测中所包含的大气信息。由于条纹噪音主要是沿卫星行进方向变化，在扫描方向则是基本不变，所以对于扫描方向而言，条纹噪音可以认为是稳定的变化特征。利用主成分分析方法(PCA，Principal Component Analysis)就可以提取观测亮温中的稳定变化特征部分。