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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

用于雷达高度计定标的海面回波模拟器误差分析

雷达高度计发射前普遍采用回波模拟器来进行定标,所以对回波模拟器的误差进行准确的定量分析是高度计发射前的必备工作。在介绍回波模拟器原理的基础上,对影响回波模拟器误差的频综单元性能、二次相位、幅相起伏、延迟等特性进行了分析,最终根据设计指标计算了回波模拟器的系统误差。结果表明回波模拟器自身的精度能够满足海洋二号(HY-2)雷达高度计发射前定标的需要。     

基于有源定标器的HY-2B卫星雷达高度计时钟频率偏差在轨测试

雷达高度计的主要功能是测量全球平均海平面高度（SSH：Sea Surface Height）,它通过准确测量收发脉冲之间的时间间隔来实现精准的星地距离测量,时间测量的准确度取决于高度计时钟的准确性。卫星在轨运行期间,雷达高度计时钟频率会产生缓慢漂移,时钟频率漂移会影响星地距离的测量准确度,造成对海面高程的测量偏差。在基于重建型有源定标器对HY-2A卫星高度计时钟偏差在轨测试方法的基础上,提出了从星地斜距函数曲线时间偏移量中提取高度计时钟偏差的估计方法,应用于HY-2B卫星雷达高度计在轨定标测试中,测量了雷达高度计时钟频率漂移量,精度优于0.001 Hz。结果表明：HY-2B高度计原子钟性能稳定,时钟频率偏差造成的测距偏差为毫米量级,平均测距漂移率为2.95×10^-7 m/d。     

Investigation of sea level variability in the Baltic Sea from tide gauge,satellite altimeter data,and model reanalysis

The exploration of sea level variability from multiple satellite altimetry measurements in the Baltic Sea is yet to be performed due to the lack of reliable data, especially near the coast. In the present study, the number of available altimeter measurements was increased by 96% in coastal regions by replacing the radiometer wet troposphere correction with model-based correction. The satellite altimeter data show good agreement with monthly tide gauge data, with mean a root mean square difference (RMSD) of 3.4 cm and a mean correlation coefficient of 0.97 at 42 tide gauges in the Baltic Sea, and higher RMSD and lower correlation coefficient in the Gulf of Bothnian and the Danish Straits, respectively. Independent model reanalysis demonstrates similar performance at the sites. The collocated high-frequency tide gauge data and altimeter data demonstrate an RMSD of 8.86 cm and a bias of 6.63 cm at Stockholm, respectively. The tide gauge sea level variations in the Baltic Sea are highly correlated with the Hurrell North Atlantic oscillation (NAO) index at the decadal timescale. A decrease in the correlation coefficient of the tide gauge winter averaged sea level time series and the winter Hurrell NAO index has been observed on the decadal timescale in the last decade, especially during 2003 and 2005.