基于有源定标器的卫星雷达高度计近海测高基准重建方法研究

利用卫星雷达高度计开展高精度近海高度测量面临诸多问题,重构受污染的近海回波波形,建立近海测高基准是实现高精度近海高度测量的重要基础。介绍一种利用有源定标器重建卫星雷达高度计近海测高基准的方法,以HY-2卫星雷达高度计为例,分别分析了离岸距离大于20km、离岸距离小于2km及离岸距离处于2~20km之间处近海地区雷达高度计回波波形受影响情况,并从理论上推导了该方法建立近海测高基准的精度。在2012年7月5日唐山近海地区HY-2高度计在轨定标试验中,首次观测到近海地区有源定标器转发高度计信号的回波波形,结果表明:利用有源定标器重建卫星雷达高度计近海测高基准的方法可行,该方法将有助于提高近海测高精度。     

基于GPS浮标的高度计定标技术研究

20世纪90年代以来,卫星高度计在监测海平面变化、海洋环流、区域海面地形、气候变化等方面做出了巨大的贡献。但是,卫星高度计测量海面高度时都会存在偏差和偏移,需要进行定标。定标的基本原理是在卫星星下点位置处,卫星过境时刻现场测量海面绝对高度值,与卫星高度计的测量值进行对比,得到其偏差和偏移。利用自主设计的GPS浮标测量卫星过境时刻的瞬时绝对海面高度值,分别在山东石岛、海南清澜完成了4次针对HY-2卫星高度计的绝对定标工作。定标结果表明:(1)在岸基GPS基准站的支持下,使用自制的GPS浮标海面高程测量精度优于50mm,满足高度计定标检验的需求;(2)HY-2卫星高度计测量的海面高度测量值随时间产生了漂移,存在系统偏差;(3)通过使用Jason-2高度计数据对HY-2的相对定标和使用GPS浮标对其进行的绝对定标结果表明,HY-2绝对海面高度测量的精度可以达到国际先进水平。     

基于有源定标器的HY-2高度计后向散射系数在轨定标方法研究

为保证HY-2卫星高度计输出数据的准确性和稳定性,提高其对海面风速的测量精度,提出了一种基于脉冲重建型有源定标器对HY-2高度计后向散射系数进行在轨定标的方法,开展了在轨定标实验,得到了定标因子。将定标因子用于校正高度计测量的海面后向散射系数,并且与Jason2所测得的后向散射系数进行对比,取得了一致的结果,验证了方法的可行性和准确性。     

星载雷达高度计沙漠散射特性及定标方法研究

为了提高星载雷达高度计海面风速产品的精度并更好地修正海况偏差的影响,有必要对高度计测量的后向散射系数进行定标。分布目标是星载雷达散射系数定标的有效手段,而沙漠的散射特性特别适于高度计的散射系数定标。检验了Jason-2卫星高度计的沙漠回波波形,在澳大利亚辛普森沙漠和我国的塔克拉玛干沙漠选取了适当的区域,收集了在这些区域长达7a的Jason-2高度计数据。基于这些数据,研究了Jason-2卫星雷达高度计在沙漠上的散射系数特性,并提出了基于沙漠的散射系数定标方法,分析了其原理、可行性和试验方案,探讨了高度计和现场定标散射计足迹匹配等关键技术,并对其定标误差进行了分析,论证了沙漠定标场可实现优于0.5dB的定标精度。该方法有助于进一步提升海洋2号(HY-2A)卫星风速和海况偏差产品的质量和应用前景。     

星载雷达高度计有源定标器回波模型及性能仿真研究

为了对HY-2卫星雷达高度计进行定标,中国科学院空间科学与应用研究中心微波遥感重点实验室研制了3台有源定标器,并设计了利用有源定标器对高度计进行高度和散射系数定标的方案和算法。基于HY-2高度计和有源定标器的系统参数和定标方案,对高度计接收到的有源定标器回波波形和轨迹进行了仿真,研究了从中提取测量参数的方法,并对测量精度进行了分析。同时验证了3台有源定标器同时工作及其布设方案的可行性。     

基于神经网络分类的星载雷达高度计近岸回波处理方法

对HY-2B卫星雷达高度计香港近岸波形进行了统计分析,将近岸非海洋波形分为似海洋波形、似陆地波形、单锥波形。在此基础上,提出基于神经网络分类的星载雷达高度计近岸回波处理方法,提取7项波形特征作为回波分类的输入,构建误差逆传播神经网络（Back propagation,BP）,不同的波形类别对应不同的重跟踪方法。其中针对似海洋波形,提出异常波峰剔除的重跟踪方法,有效提高了似海洋波形的重跟踪成功率。使用Jason-2卫星雷达高度计近岸数据进行实验,结果表明重跟踪成功率和数据有效性均得到提高;利用HY-2B卫星雷达高度计直湾岛海域数据进行实验,并将验潮站数据作为参照标准,重跟踪得到的海面高与验潮站的海面高进行差值比较,该方法得到差分序列的标准差为6.5 cm,优于传统处理方法的14.5 cm。     

基于位置信息的低轨卫星上行时钟同步方法

针对传统基于测距信息来设定上行同步方法中出现的频繁更新距离信息的问题，提出了基于位置信息的上行时钟同步方法。首先，通过测量伪距组成非线性方程组，采用基于最小二乘原理的解算方法定位出地面单元的位置信息；然后，由于卫星运动的位置信息已知，进一步可以得到星地间距离随时间的变化关系，距离换算成时延，即可得地面单元的上行信号发送时间提前量；最后，调整地面单元的发射机使上行信号以较高精度恰好在分配的时隙到达卫星，实现系统上行时钟同步的目的。仿真结果表明，所提方法能对全球范围内地面静止单元以较高精度实现卫星星座通信系统内上行时钟同步，避免频繁的测距更新，且精度更高。     

卫星高度计轨道设计的因素分析

卫星高度计轨道的选取需要综合考虑到轨道高度、偏心率、轨道倾角和重复周期等多种因素。对高度计轨道设计中涉及的诸多因素,以及高度计的采样模式进行了分析。通过对多颗高度计轨道设计标准的描述,重点分析了T/P高度计轨道参数的选择。在此基础上,提出了我国HY-2卫星高度计轨道设计的技术方案。     

神舟4号雷达高度计在轨工作模式及实时数据处理

SZ-4雷达高度计作为我国第一个上星工作的雷达高度计于2002年12月30日发射入轨,按预定工作模式,获得了大量的跟踪数据。就SZ-4雷达高度计的在轨工作模式、实时跟踪处理以及在轨调试等内容进行了讨论,并给出了实际的测量结果。     

HY-2卫星高度计定标方法初探

为确保高度计数据的可用性和有效性,发射后需对高度计进行绝对定标。本文首先结合卫星高度计的应用领域,提出了我国HY-2的定标需求,进而介绍了国内外现有的验潮站定标、海上石油平台定标、GPS浮标定标等3种高度计定标法,并分析了各种定标法的优缺点。在此基础上,提出了适用于我国HY-2卫星高度计定标法,并简单介绍了具体的实施方案和数据处理方法。该方法为HY-2的定标方案的确定具有一定的参考价值和指导意义。     

卫星高度计电离层校正模型比较分析

雷达高度计电磁波穿过大气中的电离层时,会受到电离子的影响而发生延时现象,从而使高度计的测高数据产生误差,必须对其进行校正。基于Jason-1卫星高度计数据,比较分析了目前多种卫星高度计所采用的主流电离层校正模型:Bent模型、IRI95模型和IRI2007模型。从模型的分层、各层的算法及参数设置方面对3种模型进行了比较,并利用Jason-1卫星高度计的电离层双频校正算法数据对3种模型的校正结果进行了评价。研究发现,IRI模型优于Bent模型,IRI2007模型优于IRI95模型,尤其是在中国近海的中纬度地区IRI2007模型的校正效果最好。上述工作可为HY-2卫星高度计电离层校正的模型选择提供参考。     

Prelaunch calibration and primary results from in-orbit calibration of the atmospheric correction microwave radiometer (ACMR) on the HY-2A satellite of China

The atmospheric correction microwave radiometer (ACMR) is one of the main payloads for correcting atmospheric path delay in the radar altimeter on the Haiyang-2A (HY-2A) satellite. The ACMR is a three-band microwave radiometer operating at 18.7, 23.8, and 37.0 GHz. Calibration of the ACMR is important for applying its measurements to correct for atmospheric effects on the HY-2A altimeter signal transmission in the air. Therefore, a detailed introduction to the principles and specifications of the ACMR system is given first. The thermal vacuum calibration method of the ACMR is discussed and analysed, and the microwave transfer functions and related coefficients are given, especially the nonlinear coefficients derived from a test for correcting nonlinear responses between the input of antenna temperature and the output of voltage at each channel of the ACMR. Furthermore, antenna pattern correction algorithms for removing the effects of side lobe and cross-polarization are derived and their coefficients are used for in-orbit data processing. Primary calibration results are given by comparing with the similar spaceborne Jason microwave radiometer (JMR) on the Jason-1 satellite and with the advanced microwave radiometer (AMR) on Jason-2. The results of this comparison show that the data from the ACMR match well to those from the JMR and AMR.     

基于海洋二号高度计内定标方案的工程设计和误差分析

星载雷达高度计是很有应用价值的微波遥感器,我国将于近年发射海洋二号卫星,高度计是其主载荷。在航天环境中,硬件性能的不理想会带来测高误差。通过在星上进行内定标工作能够较好地修正这些误差。首先描述了内定标的主要任务,推导了内定标模式中的信号流程。然后,总结了目前国内外星载高度计的内定标技术,对它们进行了分析和比较,选择了一套内定标方案,对延时和衰减参数进行了工程设计,并分析了双频和多带宽体制对内定标的影响。最后,作者对内定标模式1中产生的误差源及其对测高的影响进行了分析,并结合TOPEX参数对内定标模式2对测高性能的改善进行了定量研究。     

The computation of ocean wave heights from GEOS-3 satellite radar altimeter data

The GEOS-3 satellite, carrying a short pulse radar altimeter, was launched into orbit round the earth in April 1975. The altimeter was designed to provide an accurate measurement of the distance of the satellite above the earth, and also to record the shape of the radar return pulse as a measure of the mean roughness of the earth's surface. The satellite is intended to operate over the oceans, where surface height changes show variations in the earth's gravitational field, and roughness changes are due to waves.This paper is concerned with methods of determining waveheights from the shape of the radar return pulse and the corrections that have to be taken into account. The effects of timing variations on the shape of the average return pulse shape are discussed in detail. Accurate calibration of the sampling gates that measure this shape is found to be particularly critical.The waveheights deduced are compared with ground truth derived from ship reports on waveheights in the N.E. Pacific Ocean and routine measurements made at Ocean Weather Station PAPA. It is found that with suitable calibration and adjustments, the satellite measurements agree with surface observations to about 0.5 meters in $\text{H}{}_{\mathrm{<mtext>1</mtext><mtext>3</mtext>}}$.     

基于现场观测的星载雷达高度计定标方法进展

综述了截至目前的高度计定标相关进展。简要论述了星载雷达高度计的发展历史,高度计的主要误差来源,并以此引出并重点论述了用以校正这些误差来源并获得定标参数的3种基于现场观测的高度计定标方法,分别为依据GPS浮标、锚系压力验潮仪阵列以及沿岸验潮仪进行现场观测方法。同时论述了高度计定标场的历史发展,分析了国际高度计定标场的建设现状,重点介绍了国际上4个主要的业务化高度计定标场：Harvest石油平台、Bass海峡定标场、Corsica岛定标场、Gavdos岛定标场与我国为HY-2定标建设中的珠海万山定标场。通过对定标方法与国际业务化定标场的介绍,将为我国HY-2系列星载高度计万山定标场建设提供一定的思路。     

基于现场观测的星载雷达高度计定标方法进展

综述了截至目前的高度计定标相关进展。简要论述了星载雷达高度计的发展历史，高度计的主要误差来源，并以此引出并重点论述了用以校正这些误差来源并获得定标参数的3种基于现场观测的高度计定标方法，分别为依据GPS浮标、锚系压力验潮仪阵列以及沿岸验潮仪进行现场观测方法。同时论述了高度计定标场的历史发展，分析了国际高度计定标场的建设现状，重点介绍了国际上4个主要的业务化高度计定标场：Harvest石油平台、Bass海峡定标场、Corsica岛定标场、Gavdos岛定标场与我国为HY-2定标建设中的珠海万山定标场。通过对定标方法与国际业务化定标场的介绍，将为我国HY-2系列星载高度计万山定标场建设提供一定的思路。