基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法技术

本公开提供了一种基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：基于射线追踪技术，利用斯涅耳定律建立正向模型数据库二维表；根据多通道频率波数域偏移处理结果建立与目标沿轨迹向位置坐标对应的二维层析输出矩阵；根据二维层析输出矩阵和归一化空间频率确定与归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角；基于正向模型数据库二维表对与归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角进行遍历得到目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的二维冰下地形；基于目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的二维冰下地形，遍历沿轨迹向位置坐标得到三维冰下地形。置坐标得到三维冰下地形。置坐标得到三维冰下地形。

【技术实现步骤摘要】
基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法


[0001]本公开涉及极地冰雷达数据处理
，尤其涉及一种基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法、装置、设备、介质和程序产品。

技术介绍

[0002]冰盖模型的建立对掌握全球气候变化和预测海平面的上升有着重要意义，其中冰盖厚度和冰下地形对研究冰盖稳定性和预测冰盖演化提供了重要参考价值。目前用于估计海平面上升的冰盖模型大多忽略了格陵兰岛和南极洲观测到的快速变化相关的动态过程，因此开发下一代更为精准的冰盖模型至关重要。
[0003]相关技术中，传统基于f
‑
k(频率波数域偏移处理)偏移的冰雷达数据处理算法仅能对行进轨迹测线下的二维冰下地形进行测量，需要地理插值才能得到三维冰下地形，但插值精度会影响到最终的三维地形图精度，特别是在冰流速较大区域，该地理插值方案会引起地形插值误差大和跨轨迹向分辨率低的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本公开提供了一种基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法、装置、设备、介质和程序产品。
[0005]根据本公开的第一个方面，提供了一种基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法，包括：
[0006]基于射线追踪技术，利用斯涅耳定律，建立正向模型数据库二维表，其中，上述正向模型数据库二维表是以冰盖深度和入射角为输入、以距离和跨轨迹向位置坐标为输出的，上述入射角表征从空气向上述冰盖入射的角度；
[0007]根据多通道频率波数域偏移处理结果，建立与目标沿轨迹向位置坐标对应的二维层析输出矩阵，其中，上述多通道频率波数域偏移处理结果是根据上述目标沿轨迹向位置坐标和目标距离确定的；
[0008]根据上述二维层析输出矩阵和归一化空间频率，确定与归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角；
[0009]基于上述正向模型数据库二维表，对与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角进行遍历，得到上述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的二维冰下地形；以及
[0010]基于上述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的上述二维冰下地形，遍历沿轨迹向位置坐标，得到三维冰下地形。
[0011]根据本公开的实施例，上述基于射线追踪技术，利用斯涅耳定律，建立正向模型数据库二维表，包括：
[0012]基于上述射线追踪技术，利用上述斯涅耳定律，根据空气的折射率和上述入射角，确定上述冰盖中第i层的折射角，其中，i为大于等于1的整数；
[0013]根据上述冰层深度、上述第i层的折射角和与上述第i层对应的介电常数，确定上述距离和上述跨轨迹向位置坐标；
[0014]根据上述入射角、上述冰盖深度、上述距离和上述跨轨迹向位置坐标，建立上述正向模型数据库二维表。
[0015]根据本公开的实施例，上述根据多通道频率波数域偏移处理结果，建立与目标沿轨迹向位置坐标对应的二维层析输出矩阵，包括：
[0016]根据上述目标距离，对所有沿轨迹向位置的多通道冰雷达回波信号数据进行距离向脉冲压缩处理和频率波数域偏移处理，得到沿轨迹向多通道频率波数域偏移处理结果；
[0017]根据上述目标沿轨迹向位置坐标，连续设置多个间隔固定长度、以上述目标沿轨迹向位置坐标为中心的沿轨迹向位置；
[0018]根据上述沿轨迹向多通道频率波数域偏移处理结果，构造与上述目标沿轨迹向位置坐标和上述目标距离对应的上述自相关矩阵；
[0019]根据上述自相关矩阵，构造与上述目标沿轨迹向位置坐标和上述目标距离对应的空间谱函数，其中，上述二维层析输出矩阵中的一行是根据与上述目标距离对应的上述空间谱函数构成的；
[0020]基于与上述目标距离对应的上述空间谱函数，遍历上述距离，建立与上述目标沿轨迹向位置坐标对应的上述二维层析输出矩阵。
[0021]根据本公开的实施例，上述根据上述自相关矩阵，构造与上述目标沿轨迹向位置和上述目标距离对应的空间谱函数，包括：
[0022]对上述自相关矩阵进行特征值分解，得到噪声特征值和与上述噪声特征值对应的特征向量；
[0023]根据与上述噪声特征值对应的特征向量，构建噪声子空间；
[0024]根据上述噪声子空间与上述归一化空间频率的方向向量正交，构造与上述目标沿轨迹向位置坐标和上述目标距离对应的上述空间谱函数。
[0025]根据本公开的实施例，上述根据上述二维层析输出矩阵和归一化空间频率，确定与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角，包括：
[0026]基于上述二维层析输出矩阵，确定与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离；以及
[0027]根据空间波数，确定与上述归一化空间频率值域中的值对应的入射角，其中，上述空间波数是根据上述归一化空间频率得到的。
[0028]根据本公开的实施例，上述基于上述正向模型数据库二维表，对与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角进行遍历，得到上述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的二维冰下地形，包括：
[0029]对与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角进行遍历，从上述正向模型数据库二维表检索得到对应的深度和跨轨迹向位置坐标；以及
[0030]根据对应的上述深度和上述跨轨迹向位置坐标，得到上述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的二维冰下地形。
[0031]根据本公开的实施例，上述基于上述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的上述二维冰下地形，遍历沿轨迹向位置坐标，得到三维冰下地形，包括：
[0032]基于上述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的上述二维冰下地形，遍历沿轨迹向位置坐标，得到全部上述沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的上述二维冰下地形；以及
[0033]根据全部上述沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的上述二维冰下地形，得到上述三维冰下地形。
[0034]本公开的第二方面提供了一种基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取装置，包括第一建立模块、第二建立模块、确定模块、第一获得模块和第二获得模块。其中，第一建立模块，用于基于射线追踪技术，利用斯涅耳定律，建立正向模型数据库二维表，其中，上述正向模型数据库二维表是以冰盖深度和入射角为输入、以距离和跨轨迹向位置坐标为输出的，上述入射角表征从空气向上述冰盖入射的角度。第二建立模块，用于根据多通道频率波数域偏移处理结果，建立与目标沿轨迹向位置坐标对应的二维层析输出矩阵，其中，上述多通道频率波数域偏移处理结果是根据上述目标沿轨迹向位置坐标和目标距离确定的。确定模块，用于根据上述二维层析输出矩阵和归一化空间频率，确定与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角。第一获得模块，用于基于上述正向模型数据库二维表，对与上述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多通道冰雷达数据层析处理的三维冰下地形提取方法，包括：基于射线追踪技术，利用斯涅耳定律，建立正向模型数据库二维表，其中，所述正向模型数据库二维表是以冰盖深度和入射角为输入、以距离和跨轨迹向位置坐标为输出的，所述入射角表征从空气向所述冰盖入射的角度；根据多通道频率波数域偏移处理结果，建立与目标沿轨迹向位置坐标对应的二维层析输出矩阵，其中，所述多通道频率波数域偏移处理结果是根据所述目标沿轨迹向位置坐标和目标距离确定的；根据所述二维层析输出矩阵和归一化空间频率，确定与归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角；基于所述正向模型数据库二维表，对与所述归一化空间频率值域中的值对应空间谱函数的最大函数值对应的距离和入射角进行遍历，得到所述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的二维冰下地形；以及基于所述目标沿轨迹向位置坐标处跨轨迹向的所述二维冰下地形，遍历沿轨迹向位置坐标，得到三维冰下地形。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于射线追踪技术，利用斯涅耳定律，建立正向模型数据库二维表，包括：基于所述射线追踪技术，利用所述斯涅耳定律，根据空气的折射率和所述入射角，确定所述冰盖中第i层的折射角，其中，i为大于等于1的整数；根据所述冰层深度、所述第i层的折射角和与所述第i层对应的介电常数，确定所述距离和所述跨轨迹向位置坐标；根据所述入射角、所述冰盖深度、所述距离和所述跨轨迹向位置坐标，建立所述正向模型数据库二维表。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据多通道频率波数域偏移处理结果，建立与目标沿轨迹向位置坐标对应的二维层析输出矩阵，包括：根据所述目标距离，对所有沿轨迹向位置的多通道冰雷达回波信号数据进行距离向脉冲压缩处理和频率波数域偏移处理，得到沿轨迹向多通道频率波数域偏移处理结果；根据所述目标沿轨迹向位置坐标，连续设置多个间隔固定长度、以所述目标沿轨迹向位置坐标为中心的沿轨迹向位置；根据所述沿轨迹向多通道频率波数域偏移处理结果，构造与所述目标沿轨迹向位置坐标和所述目标距离对应的所述自相关矩阵；根据所述自相关矩阵，构造与所述目标沿轨迹向位置坐标和所述目标距离对应的空间谱函数，其中，所述二维层析输出矩阵中的一行是根据与所述目标距离对应的所述空间谱函数构成的；基于与所述目标距离对应的所述空间谱函数，遍历所述距离，建立与所述目标沿轨迹向位置坐标对应的所述二维层析输出矩阵。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据所述自相关矩阵，构造与所述目标沿轨迹向位置坐标和所述目标距离对应的空间谱函数，包括：对所述自相关矩阵进行特征值分解，得到噪声特征值和与所述噪声特征值对应的特征向量；
根据与所述噪声特征值对应的特征向量，构建噪声子空间；根据所述噪声子空间与所述归一化空间频率的方向向量正交，构造与所述目标沿轨迹向位置坐标和所述目标距离对应的所述空间谱函数。5.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博，徐源鸿，吴亚伟，刘小军，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：