[发明专利]极轨高分辨率卫星全通道资料条纹噪声滤除方法

说明书

本发明公开了一种极轨高分辨率卫星全通道资料条纹噪声滤除方法，该方法不仅适用于大气高层探测通道同样也可用于大气窗区通道，实现全通道资料条纹噪声的有效去除。本发明的条纹噪声滤除方法，利用自适应性的波动提取方法‑集合经验模态分析EEMD方法将观测亮温资料中的高频大梯度值分离，并利用主成分分析方法PCA和EEMD对剩余亮温场进行处理来消除条纹噪音，该方法在有效去除条纹噪声的同时，较好地保留了地表和天气信号，并可避免窗区通道资料中海陆边界及降水云边界的影响，能够完成极轨高分辨率卫星全通道资料的条纹噪声去除。

技术领域：

本发明涉及一种极轨高分辨率卫星全通道资料条纹噪声滤除方法，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仪器的主要特征，但是高分辨率的观测仪器也伴随着较大的噪声。2015年，研究人员发现极轨卫星微波探测仪 ATMS(AdvancedTechnology Microwave Sounder)资料中存在明显的条纹噪音。随后，在其他高分辨率微波观测资料中也发现存在明显的条纹噪音。极轨卫星风云FY-3C/D的微波温度、湿度探测仪以及微波成像仪中都存在明显的条纹噪音，而且远大于同类仪器噪音，严重影响了卫星资料的有效利用。

已有研究表明，条纹噪声的存在会对卫星资料的有效同化及气象参数反演构成较大影响。然而，目前已有的一种条纹噪声去除算法(专利号： ZL201711465323.8)仅适用于大气高层探测通道，在对大气窗区通道的条纹噪声进行去除时受到海陆边界及降水云边界影响，无法在应用于窗区通道，而极轨卫星窗区通道资料在地表信息监测和降水信息反演方面有重要作用，因此亟需发展能够满足业务应用需求的、适用于包含大气窗区通道的全通道条纹噪声去除方法。同时，要求这种去噪方案在有效去除条纹噪声的同时，较好地保留地表和天气信息。

发明内容：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种极轨高分辨率卫星全通道资料条纹噪声滤除方法，其技术方案如下：

一种极轨高分辨率卫星全通道资料条纹噪声滤除方法，包括如下步骤：

1)由极轨高分辨率卫星资料形成观测亮温矩阵，再利用集合经验模态分解方法分解所述观测亮温矩阵，得到亮温大梯度矩阵C_M×N和剩余亮温矩阵T′_M×N；其中，M为极轨高分辨率卫星资料中单根扫描线的视场总数；N为极轨高分辨率卫星资料中扫描线总数；

2)利用主成分分析方法按下式对所述剩余亮温矩阵T′_M×N进行分解分析，得到各个主成分模态和对应的时间系数：

其中，E为模态矩阵；U为模态系数矩阵；为第i个主成分模态；为第 i个主成分模态对应的时间系数；i为主成分模态序号，i＝1，2，...，M；

3)利用集合经验模态分解法对前N_pca个主成分模态的时间系数进行分解，每个分解为由高频到低频的多个本征模态分量；对于分解后的该N_pca个主成分模态的时间系数逐个去除前N_imf个高频本征模态分量，得到平滑后的该N_pca个主成分模态的时间系数；其中，N_pca和N_imf的取值范围均为[1，3]；

4)将步骤3中平滑后的主成分模态的时间系数和未进行分解的主成分模态的时间系数与步骤2)中的各个主成分模态进行重构，得到去除条纹噪声后的剩余亮温矩阵t′_reb，再按下式得到去掉条纹噪声后的观测亮温矩阵T_reb:

T_reb＝T′_reb+C_M×N。