雷达卫星测高.pdfVIP

十六 雷达卫星测高 1 调研背景概述 20 世纪70 年代以来，随着计算机技术和空间技术的高速发展，地球科学在宏观和微观的研 究上进入了一个迅速发展和深入探索的时期。在此期间，地球科学各分支学科出现了大量新的学 科生长点，提出了许多新学科、新概念、新技术。卫星测高学就是在这种形势下随着卫星遥感遥 测技术的应用而发展起来的新型边缘学科，它利用卫星上装载的微波雷达测高仪、辐射计和合成 孔径雷达等仪器，实时测量卫星到海面的距离、有效波高和后向散射系数，并通过数据处理和分 [1, 2] 析，来研究大地测量学、地球物理学和海洋学等方面的问题 。 卫星测高同GNSS 一样，是测绘领域里一个新的里程碑。由于其具有快速的全球覆盖能力， 能够从宇宙空间大范围、高精度、周期性地探测海洋上的各种现象及其变化，尤其是全球气候变 化对海平面上升的影响。因此在研究全球地球重力场模型、精化大地水准面，研究大洋环流、海 [3] 平面变化、岩石圈断裂带和大尺度海底地形方面，具有其他手段无法比拟的技术优势 。 经过30 多年的发展和深入，卫星雷达测高技术已日趋成熟，应用范围也不断扩大，社会效 益越来越显著。另外，近期该领域国际上也表现出一些新的发展动向和值得关注点，因此加强该 专题的国际科研动态跟踪调研非常必要，对于我国以及我院今后在该领域的理论和应用研究均具 有重要的指导和借鉴意义。 本次调研材料主要来源于国内外期刊文献、中欧合作项目“龙计划”研究成果、历届国际湖泊 大会论文集以及一些网络资料等。 2 卫星雷达测高原理及发展概况 2.1 卫星雷达测高原理 星载雷达测高仪（又称雷达高度计）并非成像装置，而是一种指向星下的主动式雷达。它首 先垂直向下发射脉冲信号，经过地球表面（海、陆、冰等）反射后回到接收天线，然后通过测量 脉冲往返时间来确定卫星质心到星下点的距离，继而计算得到星下点的海平面（或水面、平坦地 [4] [5] 面）高度（图1） 。计算公式为 ： GH = Alt - Ran - ΔRan - Hei Sat Sat Cor Geo （1） 421 式中：GH 为海洋（或陆地水域）水位正高；AltSat 为测高仪的椭球高；RanSat 为测高仪的观测 距离；△RanCor 为各项观测误差修正；HeiGeo 为大地基准面相对于参考椭球面高度。 图1 卫星雷达测高原理图 理想情况下，卫星测高仪的测量值应该等于卫星质心到海洋表面的瞬时距离，然而测高仪的 测量值受许多因素的影响，必须施以各项改正，才能得到卫星质心到海洋面的真实距离。这些改 [6] 正项可用公式表示为 ： ΔRan = h + h + h + h + h Cor sg i a s l （2 ） 式中：hsg 为卫星质心改正，因为卫星定轨是对卫星质心而言的，脉冲信号是由天线发出的，而 测高仪天线并不与卫星质心相重合，测高仪天线与卫星质心的距离即质心改正；hi 为由于仪器内 部电路延迟而引起的仪器延迟改正；ha 为由于雷达脉冲传播要穿过电离层和对流层以消除折射 效应产生的信号延迟而必须施加的一项改正，消除这种影响的办法是采用双频雷达测高仪；hs 为雷达脉冲和海洋表面风生波相互作用而产生的与有效波高有关的改正，称为有效波高改正；hl 为固体潮和海潮引起的潮汐改正。 2.2 卫星雷达测高发展概况 自1973 年第一颗星载主动微波遥感器Skylab 发射以来，雷达测高技术得到了迅速的发展， 至今世界上已相继实施了 10 余项卫星测高计划，其中，各主要测高卫星的基本情况归纳为表 [7-9