【摘要】：雷達(dá)高度計(jì)是一種主動(dòng)式的微波遙感器,它通過向海面發(fā)射電磁波和接收地面返回的回波,測(cè)量衛(wèi)星至海面的高度、有效波高和后向散射系數(shù),通過后向散射系數(shù)可以反演海面風(fēng)速。利用雷達(dá)高度計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步用于海洋重力異常、大地水準(zhǔn)面、海面地形、海底地形、海洋潮汐、風(fēng)浪和海洋動(dòng)力學(xué)的研究。隨著技術(shù)的發(fā)展,雷達(dá)高度計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)不僅可以用于海洋研究,還可以用于內(nèi)陸水域水位變化、陸地動(dòng)力學(xué)、海冰厚度變化、冰川質(zhì)量平衡和異常氣候影響等方面研究。為了滿足科學(xué)研究和應(yīng)用的需求,衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)的測(cè)量結(jié)果需要達(dá)到很高的精度,這對(duì)雷達(dá)高度計(jì)工作體制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)等各方面都提出了非常高的要求,而雷達(dá)高度計(jì)的測(cè)高誤差校正和回波信號(hào)處理技術(shù)是雷達(dá)高度計(jì)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的重要組成部分,對(duì)于提高雷達(dá)高度計(jì)測(cè)量精度具有重要意義。海洋二號(hào)A星(HY-2A)雷達(dá)高度計(jì)是我國(guó)第一個(gè)星載雷達(dá)高度計(jì),自2011年在軌運(yùn)行以來,積累了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、定標(biāo)、建模及應(yīng)用是衛(wèi)星工程的目標(biāo)。本文圍繞HY-2A雷達(dá)高度計(jì)的測(cè)高誤差、海陸回波特性分析及處理等方面開展了系統(tǒng)深入的研究工作,對(duì)HY-2A雷達(dá)高度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了再處理,對(duì)處理的海面高度和有效波高數(shù)據(jù)進(jìn)行了評(píng)估,并開展了初步的應(yīng)用研究。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)概括如下:(1)以四階Stokes波理論為基礎(chǔ),論證了海浪波周期和海況偏差的關(guān)系,在此基礎(chǔ)上將ECMWF再分析數(shù)據(jù)集ERA-interim的平均波周期引入高度計(jì)海況偏差估計(jì),提出了一種基于交叉點(diǎn)數(shù)據(jù)和三維非參數(shù)模型的海況偏差估計(jì)方法。和傳統(tǒng)的基于風(fēng)速和有效波高的二維海況偏差估計(jì)相比,該方法能提高1.15 cm的海面高度產(chǎn)品精度。(2)在海況偏差的估計(jì)算法中,提出了一種改進(jìn)的局部線性回歸估計(jì)器,改進(jìn)后的算法降低了時(shí)間復(fù)雜度,時(shí)間復(fù)雜度由O(n2)降低到O(n)。(3)采用星下點(diǎn)交叉方法對(duì)HY-2A雷達(dá)高度計(jì)兩個(gè)頻段的時(shí)標(biāo)偏差進(jìn)行估計(jì)和校正,將校正后的結(jié)果應(yīng)用于HY-2A雷達(dá)高度計(jì)雙頻電離層校正中,有效地提高了HY-2A雷達(dá)高度計(jì)雙頻電離層校正的精度。(4)完成雷達(dá)高度計(jì)從原始波形處理、誤差校正以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估的全鏈條數(shù)據(jù)處理工作,得到了較高精度的海面高度和有效波高產(chǎn)品,海面高度產(chǎn)品精度優(yōu)于5.5 cm,有效波高產(chǎn)品精度優(yōu)于0.2 m。(5)利用HY-2A數(shù)據(jù)獲得了全球平均海平面變化、厄爾尼諾現(xiàn)象、南極和格陵蘭島冰蓋高程圖以及青海湖水位變化,拓寬了HY-2A雷達(dá)高度計(jì)的應(yīng)用范圍,為HY-2A雷達(dá)高度計(jì)數(shù)據(jù)的后續(xù)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN957.51;V447;P715.6
【圖文】：

圖 2.6 雷達(dá)高度計(jì)脈沖與平坦海面(a)和粗糙海面(b)相互作用及返回功率[142]Figure 2.6 The reflected power from flat (a) and rough (b) sea surface.圖 2.7 雷達(dá)高度計(jì)回波波形Figure 2.7 The waveform of the radar altimeter.時(shí)間功率熱噪聲上升沿下降沿

將式(3.10)中的分母0g ( )用泰勒級(jí)數(shù)展開，并保留與緯度么干對(duì)流層延遲校正可以表示為：00.22274 (1+0.0026cos2 )dry R P 對(duì)流層延遲校正的計(jì)算需要用到海面大氣壓數(shù)據(jù)，而海面氣壓的直布比較稀疏，通常使用業(yè)務(wù)化天氣模式數(shù)據(jù)或再分析數(shù)據(jù)集來計(jì)算校正。歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(European Centre for Medium-Rangets, ECMWF)的再分析數(shù)據(jù)集 ERA-interim 提供海面氣壓數(shù)據(jù)，利用流層延遲校正和濕對(duì)流層延遲校正適合于計(jì)算氣候尺度的海平面洲的氣候變化計(jì)劃(Climate change initiative, CCI)項(xiàng)目中[150]。本nterim 提供的海面氣壓數(shù)據(jù)來計(jì)算干對(duì)流層延遲校正，選取數(shù)據(jù)的 0.25o×0.25o，時(shí)間分辨率為 6 小時(shí)。

HY-2A 衛(wèi)星雷達(dá)高度計(jì)測(cè)高誤差校正和海陸回波信號(hào)處理技術(shù)研究附近，effT 約為 288 K ，而在高緯度地區(qū)， 約為 268 ， 的均值 。如果使用 270.6 KeffT ，濕對(duì)流層延遲校正將會(huì)引入一個(gè)與緯度差，在赤道附近約為 1.8 cm，而在高緯度地區(qū)約為 0。微波輻射計(jì)可以亮度溫度來對(duì)濕對(duì)流層延遲校正進(jìn)行估計(jì)，從而避免了使用有效溫度 。圖 3.3 給出了利用 Jason-2 先進(jìn)微波輻射計(jì)(advance microwave radioR)得到的濕對(duì)流層延遲校正在全球的分布圖，圖中的結(jié)果是利用 2009 年據(jù)得到的�？梢悦黠@看出濕對(duì)流層延遲校正具有明顯的時(shí)空分布特性，空間的變化比較大。在低緯度區(qū)域，濕對(duì)流層校正的值比較大，且變化劇高緯度區(qū)域，濕對(duì)流層校正的值比較小，且變化相對(duì)較小。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2766717