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基于机器学习模型FY⁃3D MWRI海面风速反演
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作者 张云 韩天辉 +3 位作者 孟婉婷 杨树瑚 周绍辉 韩彦岭 《上海航天(中英文)》 CSCD 2024年第4期120-132,172,共14页
风云三号D星(FY-3D)微波成像仪(MWRI)L1级亮温数据可用于全球海面风速反演,本文讨论了在晴空区和云区使用多元线性统计回归模型和机器学习模型反演海面风速的情况,在晴空区将4 d测试集分别放入多元线性统计回归模型,采用随机森林(RF),... 风云三号D星(FY-3D)微波成像仪(MWRI)L1级亮温数据可用于全球海面风速反演,本文讨论了在晴空区和云区使用多元线性统计回归模型和机器学习模型反演海面风速的情况,在晴空区将4 d测试集分别放入多元线性统计回归模型,采用随机森林(RF),支持向量回归(SVR),卷积神经网络(CNN)和Stacking融合(SF)模型对海面风速进行反演,最优的均方根误差(RMSE)分别为1.56、1.31、1.24、1.29和1.27 m/s;在云区2 d测试集上的最优RMSE分别为2.12、1.98、1.87、1.89和1.89 m/s。为了进一步验证晴空区海面风速反演的可靠性,选取美国国家浮标数据中心(NDBC)实测的浮标风速对海面反演风速进行验证,CNN反演风速与NDBC实测风速的RMSE为0.74 m/s,决定系数(R^(2))为0.80;SF反演风速与NDBC实测风速的RMSE为0.85 m/s,R^(2)为0.74。结果证实了通过机器学习模型能够很好地完成FY-3D MWRI亮温反演全球海面风速的任务。 展开更多
关键词 风云三号D星(FY-3D) 微波成像仪(MWRI) 海面风速反演 机器学习 Stacking融合(SF)模型
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基于深度学习的Sentinel-1双极化SAR台风海况下海面风速反演方法
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作者 李潇寒 闫秋双 +1 位作者 范陈清 张杰 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期1095-1101,共7页
实现台风海况下海面风场的高精度观测,对防灾减灾等具有重要意义。传统方法使用地球物理模型函数反演风速,需要外部风向信息的输入,风向的精度将直接影响风速反演的精度。深度神经网络方法将传统方法与数据挖掘相融合,使用此方法反演海... 实现台风海况下海面风场的高精度观测,对防灾减灾等具有重要意义。传统方法使用地球物理模型函数反演风速,需要外部风向信息的输入,风向的精度将直接影响风速反演的精度。深度神经网络方法将传统方法与数据挖掘相融合,使用此方法反演海面风速,不需要外部风向信息的输入,简化了反演过程,开拓了合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)海面风速反演的新发展方向,但其拟合能力有限。为实现高精度且无需外部风向信息输入的海面风速反演,本文提出了一种基于DenseNet深度学习模型的Sentinel-1双极化SAR台风海况下海面风速反演方法。实验结果表明,本文方法反演风速的均方根误差为1.741 8 m/s,相关度可达0.9以上,优于传统方法和深度神经网络方法的反演结果。本文提出的方法进一步证明了深度学习技术在SAR海面风场反演领域的有效性,可为海面风场反演提供新思路,开辟新方向。 展开更多
关键词 哨兵一号合成孔径雷达(Sentinel-1 SAR) 海面风速反演 深度学习 数据挖掘 台风
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基于卷积神经网络的GNSSGR海面风速反演方法研究
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作者 陈趁新 杨志 +1 位作者 王晓宇 白照广 《先进小卫星技术(中英文)》 2024年第4期8-13,共6页
传统基于地球物理模型函数(geophysical model function,GMF)的全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)海面风速反演存在特征提取准确度低、模型复杂度高等问题。针对上述问题,提出了一种... 传统基于地球物理模型函数(geophysical model function,GMF)的全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)海面风速反演存在特征提取准确度低、模型复杂度高等问题。针对上述问题,提出了一种基于卷积神经网络的GNSS-R海面风速反演方法。通过构建卷积模块自动提取时延-多普勒映射图像(delay-Doppler map,DDM)中的观测特征,特征融合模块将提取的特征与辅助特征关联,全连接模块将上述特征向量逐级映射到海面风速。以“捕风一号”卫星观测数据为例验证了上述方法的有效性,较传统GMF方法,风速反演精度在均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均偏差(mean bias error,MBE)上分别降低了0.51 m/s和0.19 m/s,反演效果分别提升了21%和16%。试验结果表明:该方法能够有针对性地自动提取DDM特征,有效提高特征提取的精度,同时显著降低模型的复杂度。本研究为同类卫星各种地表参数反演提供了新思路。 展开更多
关键词 深度学习 GNSS-R “捕风一号”卫星 海面风速反演 卷积神经网络
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基于交叉极化数据的海面风速反演研究 被引量:4
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作者 许遐祯 韩冰 +3 位作者 黄敬峰 李正泉 龚强 王秀珍 《气象科学》 北大核心 2017年第5期629-638,共10页
全极化数据可以获取比单极化数据更多的目标信息,研究发现C波段交叉极化数据同样可用于海面风速反演。针对RADARSAT-2 Fine Quad模式具有全极化成像的特点,以我国东部海域为研究区,结合同极化数据和交叉极化数据反演海面风速模型,探究... 全极化数据可以获取比单极化数据更多的目标信息,研究发现C波段交叉极化数据同样可用于海面风速反演。针对RADARSAT-2 Fine Quad模式具有全极化成像的特点,以我国东部海域为研究区,结合同极化数据和交叉极化数据反演海面风速模型,探究各种极化数据的最优风速反演方法。对于同极化数据采用地球物理模型函数(GMF)和极化率模型(PR)组合的方式进行海面风速反演,对交叉极化数据采用C波段交叉极化海面散射模型(C-2PO)进行海面风速反演,反演结果与ERA-Interim风场数据进行比较分析;此外,对Scan SAR模式交叉极化数据的后向散射系数与海面风速的关系进行探索分析。研究结果表明,RADARSAT-2 Fine Quad模式四种极化数据选用合适的模型均可反演出高精度的海面风速,其中VH和HV极化数据的反演结果基本相同,交叉极化数据反演风速效果好于同极化数据,同时,Scan SAR模式交叉极化数据的后向散射系数随海面风速的增大表现出一定的线性变化趋势。全极化模式数据在海面风速反演上表现出比单极化模式数据较为明显的优势,将成为未来海面风速反演的发展方向。 展开更多
关键词 RADARSAT-2 ERA-INTERIM 交叉极化 海面风速反演
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基于有理函数模型的GNSS-R岸基海面风速反演算法 被引量:2
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作者 刘原华 魏伟 牛新亮 《现代电子技术》 北大核心 2019年第1期65-67,72,共4页
岸基条件下,海浪不能充分生长,海浪谱的理论模型不足以完全描述相关时间和风速的关系,已有研究一般使用幂函数形式的经验模型反演海面风速。文中提出一种新的有理函数形式的经验模型,取代传统幂函数形式的经验模型进行海面风速的反演。... 岸基条件下,海浪不能充分生长,海浪谱的理论模型不足以完全描述相关时间和风速的关系,已有研究一般使用幂函数形式的经验模型反演海面风速。文中提出一种新的有理函数形式的经验模型,取代传统幂函数形式的经验模型进行海面风速的反演。试验数据分析表明,新的有理函数形式的经验模型反演得到的风速与实际风速的相关系数为0.986 2,均方根误差为0.45 m/s,与传统的幂函数形式的经验模型反演结果相比,其相关系数提高了0.80%,均方根误差降低了20.19%。 展开更多
关键词 岸基 理论模型 相关时间 幂函数模型 海面风速反演 有理函数模型 数据拟合
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基于ANN的GNSS-R海面风速反演方法 被引量:2
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作者 刘原华 许荣鸽 牛新亮 《信息技术与信息化》 2021年第6期40-44,共5页
全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)进行海面风速反演时,传统方法主要有波形匹配法和经验函数方法。针对传统方法存在计算量大,反演过程繁琐等不足,引入人工神经网络,提出了一种多隐藏层的人工神经网络方法进行海面风速反演。首先分析不... 全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)进行海面风速反演时,传统方法主要有波形匹配法和经验函数方法。针对传统方法存在计算量大,反演过程繁琐等不足,引入人工神经网络,提出了一种多隐藏层的人工神经网络方法进行海面风速反演。首先分析不同输入特征参数与风速之间的关系,其次建立用于风速反演的ANN模型,最后进行模型训练,验证该模型的可行性。反演结果表明,风速小于15 m/s的低风速时,反演误差约为1.53 m/s,风速大于15 m/s的高风速时,反演误差约为2.74 m/s。 展开更多
关键词 机载GNSS-R 海面风速反演 ANN
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针对GNSS-R海面风速反演的自适应CDF匹配方法 被引量:8
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作者 杜皓 郭文飞 +2 位作者 郭迟 路鹏远 叶世榕 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1924-1931,F0002,共9页
利用全球导航卫星系统反射(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)信号对海面风速进行反演时,连续地球物理模式函数常用于建立时延-多普勒图像(delay/Doppler map,DDM)特征值与风速之间的映射关系。该模型在DDM较... 利用全球导航卫星系统反射(global navigation satellite system reflectometry,GNSS-R)信号对海面风速进行反演时,连续地球物理模式函数常用于建立时延-多普勒图像(delay/Doppler map,DDM)特征值与风速之间的映射关系。该模型在DDM较少的风速范围内(0~5 m/s及12~20 m/s)存在较大系统偏差。为解决该问题,提出了一种自适应累积分布函数(cumulative distribution function,CDF)匹配方法。该方法将反演风速序列与参考风速序列进行CDF匹配,并利用最小二乘自适应地寻找最优阶数多项式,对风速偏差序列进行拟合和改正。公开数据实验验证结果表明,在0~5 m/s和12~20 m/s内,改正后的反演风速均方根误差分别减小了6%和15%,系统偏差分别减小了45%和25%,明显提升了少样本情况下的反演精度,反演风速更符合自然界中风速分布。 展开更多
关键词 海面风速反演 时延-多普勒图 地球物理模式函数 累积分布函数匹配
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同极化Radarsat-2数据的海面风速反演研究 被引量:3
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作者 韩冰 许遐祯 +4 位作者 刘焕彬 张康宇 郭乔影 黄敬峰 王秀珍 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第3期419-426,共8页
基于Radarsat-2雷达数据具有多极化方式、多分辨率等成像模式的特点,以中国东部海域为研究区选取多景Radarsat-2影像进行海面风速反演研究。采用导入ERA-Interim数据构建初始海面风向的方法,针对不同极化方式的Radarsat-2数据,利用GMF... 基于Radarsat-2雷达数据具有多极化方式、多分辨率等成像模式的特点,以中国东部海域为研究区选取多景Radarsat-2影像进行海面风速反演研究。采用导入ERA-Interim数据构建初始海面风向的方法,针对不同极化方式的Radarsat-2数据,利用GMF模型和极化率模型组合进行海面风速反演,并将反演风速与ERA-Interim风速数据进行比较分析。结果表明:对于VV极化的Radarsat-2数据采用3种GMF模型均可反演出较高精度的海面风速,其中CMOD4模型总体表现好于其他二者,其均方根误差可达到1.5m/s以内;HH极化Radarsat-2数据采用Kirchhoff模型进行极化转换更适用于海面风速的反演,3种GMF模型之间反演效果差异不大,其均方根误差均在2m/s以内。同时,研究发现VV和HH极化的Radarsat-2数据均表现出高分辨率成像模式影像的风速反演效果优于低分辨率成像模式的特点。 展开更多
关键词 RADARSAT-2 ERA-INTERIM 同极化 海面风速反演
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基于SAR图像雨团足印的海面风向提取方法 被引量:1
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作者 叶小敏 林明森 +2 位作者 梁超 邹亚荣 袁新哲 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期41-50,共10页
利用地球物理模式函数进行SAR海面风速反演时,需以风向作为地球物理模式函数的输入。本文应用了一种利用SAR图像上雨团足印顺风一侧比逆风一侧明亮的图像特征的海面风向提取方法,以进行海面风速反演。4景RADARSAT-2卫星SAR示例数据风向... 利用地球物理模式函数进行SAR海面风速反演时,需以风向作为地球物理模式函数的输入。本文应用了一种利用SAR图像上雨团足印顺风一侧比逆风一侧明亮的图像特征的海面风向提取方法,以进行海面风速反演。4景RADARSAT-2卫星SAR示例数据风向提取结果相对于ASCAT散射计的风向均方根误差满足不大于16°。分别以本文方法提取的风向和ASCAT散射计风向作为输入,利用地球物理模式函数CMOD5进行海面风速的SAR反演,两者的风速反演结果基本一致,其均方根误差差值不超过0.3m/s。本文利用SAR图像雨团足印信息的风向提取方法准确可靠,可应用于SAR海面风速反演。 展开更多
关键词 雨团 合成孔径雷达 风向 海面风速反演
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高分辨率合成孔径雷达卫星反演风场资料在中国近海风能资源评估中的应用研究 被引量:19
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作者 常蕊 朱蓉 +4 位作者 周荣卫 叶冬 张晓伟 Merete Badger Charlotte Bay Hasager 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期606-613,共8页
由于海上测风非常昂贵,实地测风资料严重不足,而卫星反演海面风场资料可以有效地弥补这一缺陷,对近海风能资源评估具有至关重要的意义。近年来,欧洲太空局2002年3月发射的Envisat卫星搭载合成孔径雷达(SAR)图像产品在欧洲近海风能资源... 由于海上测风非常昂贵,实地测风资料严重不足,而卫星反演海面风场资料可以有效地弥补这一缺陷,对近海风能资源评估具有至关重要的意义。近年来,欧洲太空局2002年3月发射的Envisat卫星搭载合成孔径雷达(SAR)图像产品在欧洲近海风能资源评估中得到了广泛应用。文中探讨了空间分辨率约1 km×1 km的SAR卫星反演海面风场资料应用于杭州湾近海风能资源评估的技术方法,通过杭州湾海域的实测风速与SAR卫星反演海面风速数据的对比分析发现:(1)14个实测站点中13个站的相对误差小于20%,其中7个站的相对误差小于10%,平均标准差为2.29 m/s;(2)以SAR卫星反演风速数据为基础计算的风能参数(形状参数和尺度参数)与实测数据计算结果的一致性较高;(3)将该数据同化进入WRF数值模式中,与控制试验相比,大部分检验站点的风速相关系数明显提高,标准差和相对误差也得到改善。SAR卫星反演风场资料可用于中国的近海风能资源评估。 展开更多
关键词 合成孔径雷达 卫星反演海面风速 高分辨率 数值模拟 资料同化 海上风能资源评估
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“吉林一号”宽幅01B卫星GNSS-R数据风速反演研究 被引量:1
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作者 王峰 李建强 +2 位作者 杨东凯 郑琦 李峰辉 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期56-67,共12页
为了初步分析和评估“吉林一号”宽幅01B卫星全球导航卫星系统反射(global navigation satellite systemreflectometry,GNSS-R)测量数据反演海面风速的有效性和可用性,建立未标定时延多普勒相关功率峰值信噪比、归一化时延波形前沿斜率... 为了初步分析和评估“吉林一号”宽幅01B卫星全球导航卫星系统反射(global navigation satellite systemreflectometry,GNSS-R)测量数据反演海面风速的有效性和可用性,建立未标定时延多普勒相关功率峰值信噪比、归一化时延波形前沿斜率和后沿斜率反演海面风速的模型,得到了反演模型反演风速与ECMWF(European Centre for MediumRange Weather Forecasts)风速的均方根误差。当无严格数据质量控制和数据定标时,时延-多普勒图(delay-Doppler map,DDM)的峰值信噪比、时延波形前沿和后沿斜率的反演风速的均方根误差分别为3.22 m/s、3.67 m/s和3.49 m/s。当控制信噪比大于-6 dB时,DDM峰值信噪比反演的风速的均方根误差满足低风速反演精度2 m/s的需求,但数据量下降为无严格数据质量控制的78.11%;对于前沿和后沿斜率,当信噪比大于-3 dB时,均方根误差小于2 m/s,数据量下降至53.74%。结果表明“,吉林一号”宽幅01B卫星的GNSS-R数据可用于海面风速的测量。 展开更多
关键词 “吉林一号”宽幅01B卫星 星载GNSS-R 海面风速反演 时延-多普勒图
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A new algorithm for sea-surface wind-speed retrieval based on the L-band radiometer onboard Aquarius 被引量:3
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作者 王进 张杰 +1 位作者 范陈清 王晶 《Chinese Journal of Oceanology and Limnology》 SCIE CAS CSCD 2015年第5期1115-1123,共9页
Aquarius is the second satellite mission to focus on the remote sensing of sea-surface salinity from space and it has mapped global sea-surface salinity for nearly 3 years since its launch in 2011. However,benefiting ... Aquarius is the second satellite mission to focus on the remote sensing of sea-surface salinity from space and it has mapped global sea-surface salinity for nearly 3 years since its launch in 2011. However,benefiting from the high atmospheric transparency and moderate sensitivity to wind speed of the L-band brightness temperature(TB),the Aquarius L-band radiometer can actually provide a new technique for the remote sensing of wind speed. In this article,the sea-surface wind speeds derived from TBs measured by Aquarius' L-band radiometer are presented,the algorithm for which is developed and validated using multisource wind speed data,including Wind Sat microwave radiometer and National Data Buoy Center buoy data,and the Hurricane Research Division of the Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory wind field product. The error analysis indicates that the performance of retrieval algorithm is good. The RMSE of the Aquarius wind-speed algorithm is about 1 and 1.5 m/s for global oceans and areas of tropical hurricanes,respectively. Consequently,the applicability of using the Aquarius L-band radiometer as a near all-weather wind-speed measuring method is verified. 展开更多
关键词 microwave radiometer Aquarius wind speed L-BAND
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