一种用于空投翼伞雀降时的声波高度计系统设计

针对空投翼伞雀降时的准确测高问题,在分析了现有高度测量设备优缺点的基础上,提出了采用声波高度计来提高高度测量信号的准确度。首先完成了声波高度计系统原理样机的研制,并利用设计的声波高度计系统在室内和室外针对不同反射面分别进行了不同高度情况下的试验研究,多组试验数据事后处理的最大测量误差均值分别为室内的0.326m和室外的0.814m,表明设计的高度计在试验量测范围内,其测量精度可以满足空投的要求。     

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...     

地形对雷达高度计卫星自主导航精度影响分析

以中低轨道卫星为应用背景,对基于星载雷达高度计的卫星自主导航系统展开研究,着重分析了雷达高度计卫星自主导航中的关键因素,即地形起伏对导航精度的影响。根据实际地形的统计特性,并结合导航精度仿真分析的需要,建立了模拟地形的数学模型;对不同地形条件下雷达高度计卫星自主导航系统的导航精度进行了仿真研究,分析了不同的地形条件对雷达高度计卫星自主导航精度的影响。研究的结论对雷达高度计自主导航技术的实际应用将具有重要的参考价值。     

基于雷达高度计-星敏感器的卫星自主导航精度分析

考虑到采用多个雷达高度计进行卫星自主定位的不足,提出采用单个雷达高度计,结合星敏感器提供的测量信息,构成雷达高度计—星敏感器的卫星组合自主导航系统。通过大量的仿真实验,分析了地形起伏、可见导航星数目、星敏感器精度、地平仪精度等因素对定位精度的影响,并总结其变化规律,对提高卫星自主定位精度有重要的借鉴意义。     

星载海洋雷达高度计中基于FPGA的FFT运算模块的实现及性能分析

FFT运算是星载海洋雷达高度计实时跟踪处理的重要步骤，现代高分辨率雷达高度计要求处理速度更高，这时如果采用软件来进行FFT运算会导致处理时间过长。考虑到上星的需要，提出了一种采用FPGA技术来硬件实现高度计的FFT运算方法，理论和实验结果证明，采用此技术完全能满足高度计有关精度和处理速度的要求，解决了高分辨率星载雷达高度计控制中的一项关键的技术问题。     

一种提高海洋雷达高度计重跟踪估值精度的处理方法

重跟踪处理可以从雷达高度计接收的海洋回波信号中提取精确的测量信息,传统的海洋高度计重跟踪模型中没有考虑到仪器对回波信号的影响,这种影响造成回波波形与重跟踪模型的偏离,从而降低了重跟踪的参数提取精度。提出了一种利用点目标响应和加权窗进行海洋高度计重跟踪的新方法,该方法考虑了仪器对回波波形的影响因素,在此基础上重新构造了重跟踪的信号模型,使回波波形与重跟踪模型曲线之间符合更好,从而提高了参数提取的精度。利用该方法对SZ-4高度计的数据进行了处理,并将处理结果与同期测量的ERS-2高度计数据进行对比,对比结果显示该方法显著改善了参数提取的效果。     

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MATLAB/SIMULINK的海面回波模拟器仿真与分析

星载雷达高度计是一种重要的对海洋进行精确测量的主动式微波遥感器。因为高度计能够有效地测量卫星到海面的高度、海面有效波高和海面后向散射系数,它在海洋大地水准面研究和海洋应用研究的诸多方面得到了广泛的应用。海面回波模拟器能够接收和处理高度计信号,产生海面回波波谱来调制高度计信号,最后精确延时后发射回高度计,是在地面对高度计进行测试和定标的一种有效手段。由于功能的全面性,回波模拟器是一个复杂度不亚于高度计本身的系统,因此,对回波模拟器的分析和仿真对于指导它的设计、确定它的精度以及定标的效果有着重要意义。介绍了回波模拟器的结构,分析了海面回波波谱的产生原理并设计了回波模拟器的SIMULINK仿真模型,给出并分析了仿真结果。     

雷达高度计误指向角的估计与补偿

在星载雷达高度计的测量中,天线的误指向角对测量结果影响很大。采用非线性最小二乘方法(nonlinear least square,NLS),从雷达高度计回波波形中进行误指向角估计,理论分析和仿真结果表明该方法估计的精度满足补偿要求。利用上述估计结果,还提出了一种补偿方法,用以矫正由天线误指向角引入的高度计测高误差,从而提高了测高精度。     

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。     

地球自转对星载合成孔径高度计的影响

合成孔径高度计在方位向采用了合成孔径的方法,是一种新型高度计。在回波数据处理中,要在多普勒域进行延迟补偿,故而需对回波的多普勒频率特性进行研究。通过对卫星雷达和地面目标相对运动速度的分析,得到了回波的多普勒频率公式。地球自转所产生的多普勒频率对合成孔径高度计的回波波形、有效视数和测量精度存在一定影响。因此在延迟补偿、系统设计、信号处理等方面要加以考虑。     

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。     

利用星下点干涉相位法提高三维成像高度计测高精度

基线倾角是三维成像高度计获取海表面高度的一个重要参数。基线倾角误差造成的高程误差随着交轨距离增加而增大。微小的基线倾角误差在整个观测刈幅内会引起大幅度的高程测量误差,因此精确获得基线倾角值是十分必要的。星下点干涉相位与基线倾角具有较强的相关性,利用二者之间的关系进行基线倾角的计算可以获得比一般硬件测量更高的基线倾角测量精度,进而对基线倾角误差进行校正,以满足厘米级测高精度的需求。通过在仿真海面上进行基于几何关系模拟测量与高程重建,可以进行利用星下点干涉相位法校正基线倾角误差的研究。对已设定三维成像高度计的系统参数进行数值模拟,结果表明:在10-3 rad的干涉相位测量精度条件下,基线倾角精度可以达到0.03角秒,在10～60km刈幅范围内,对高程平均测量精度的影响由模拟硬件测量得到的0.36角秒对应的6.02cm降低至0.48cm,与理论计算结果一致,说明星下点干涉相位法能够有效地对基线倾角误差进行校正。     

基于现场观测数据的卫星雷达高度计海面风速和有效波高真实性检验方法研究

卫星遥感产品定量化应用前需通过真实性检验。卫星雷达高度计可观测海面风速大小和有效波高等海洋动力环境参数,而对其进行真实性检验存在不同的时空匹配方法。使用3种不同的时空匹配方法,利用美国国家浮标数据中心(NDBC)现场观测数据对2011年的Jason2海面风速和有效波高产品进行了检验。Jason2海面风速大小和有效波高的均方根误差分别为1.28 m/s和0.28 m,同时结果表明:采用卫星高度计海面风速大小(有效波高)和同步的现场观测数据在一定时间(1 h)和空间(50 km)限制条件下进行对比检验,可以得到合理的高度计海面风速大小和有效波高精度评价结果。 Jason2卫星高度计海面风速大小和有效波高的精度与探测海域有关,其精度在墨西哥湾与西大西洋海域相对较高。     

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-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。     

三维成像雷达高度计在海冰厚度估算中的误差研究

海冰是全球气候系统中最为重要的指示因子之一,海冰厚度作为描述海冰变化的重要参数,对研究区域热量调节、气候变化等有重大意义。现有高度计在海冰监测中存在空间分辨率低、观测刈幅窄等弊端,而新型三维成像雷达高度计以小入射角以及短基线干涉测量技术可实现宽刈幅、高精度的海面测量,在海冰监测中有巨大的潜力。从干涉测高原理入手,基于交轨距离分析三维成像雷达高度计的斜距测量误差、基线倾角误差、基线长度误差、干涉相位误差对测高精度的影响,并对上述误差构成的测高总误差进行仿真分析,结合海冰分布图像以及海冰厚度估算原理,探究提高海冰厚度估算精度的因素。实验发现：利用干涉相位与基线倾角的相关性对基线倾角误差进行改正,可提高三维成像雷达高度计在海冰厚度估算的精度,使海冰厚度的估算误差由85.47 cm降至70.23 cm,精度提高17.83%。     

中分辨率机载海洋雷达高度计系统分析及接收系统的研制

本文简要介绍了海洋雷达高度计的工作原理，分析了定量抖动、时钟精度及回波中的固有噪声等因素对高度测量造成的影响，讨论了“全去斜坡”等接收系统的关键技术，研制出了中分辨率机载海洋雷达高度计接收系统，并且与发射系统调取得了成功。系统分辨率达到了５ｎｓ的设计需要。     

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。