【摘要】：雷達高度計是一種主動式的微波遙感器,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)可以反演海面風速。利用雷達高度計測得的數(shù)據(jù)可以進一步用于海洋重力異常、大地水準面、海面地形、海底地形、海洋潮汐、風浪和海洋動力學的研究。隨著技術的發(fā)展,雷達高度計測得的數(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、陸地動力學、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。為了滿足科學研究和應用的需求,衛(wèi)星雷達高度計的測量結果需要達到很高的精度,這對雷達高度計工作體制、系統(tǒng)設計及數(shù)據(jù)處理技術等各方面都提出了非常高的要求,而雷達高度計的測高誤差校正和回波信號處理技術是雷達高度計數(shù)據(jù)處理技術的重要組成部分,對于提高雷達高度計測量精度具有重要意義。海洋二號A星(HY-2A)雷達高度計是我國第一個星載雷達高度計,自2011年在軌運行以來,積累了大量的觀測數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)進行分析、定標、建模及應用是衛(wèi)星工程的目標。本文圍繞HY-2A雷達高度計的測高誤差、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HY-2A雷達高度計數(shù)據(jù)進行了再處理,對處理的海面高度和有效波高數(shù)據(jù)進行了評估,并開展了初步的應用研究。本文的主要工作和創(chuàng)新點概括如下:(1)以四階Stokes波理論為基礎,論證了海浪波周期和海況偏差的關系,在此基礎上將ECMWF再分析數(shù)據(jù)集ERA-interim的平均波周期引入高度計海況偏差估計,提出了一種基于交叉點數(shù)據(jù)和三維非參數(shù)模型的海況偏差估計方法。和傳統(tǒng)的基于風速和有效波高的二維海況偏差估計相比,該方法能提高1.15 cm的海面高度產(chǎn)品精度。(2)在海況偏差的估計算法中,提出了一種改進的局部線性回歸估計器,改進后的算法降低了時間復雜度,時間復雜度由O(n2)降低到O(n)。(3)采用星下點交叉方法對HY-2A雷達高度計兩個頻段的時標偏差進行估計和校正,將校正后的結果應用于HY-2A雷達高度計雙頻電離層校正中,有效地提高了HY-2A雷達高度計雙頻電離層校正的精度。(4)完成雷達高度計從原始波形處理、誤差校正以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量評估的全鏈條數(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雷達高度計的應用范圍,為HY-2A雷達高度計數(shù)據(jù)的后續(xù)應用奠定了基礎。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院國家空間科學中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN957.51;V447;P715.6
【圖文】：

圖 2.6 雷達高度計脈沖與平坦海面(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 雷達高度計回波波形Figure 2.7 The waveform of the radar altimeter.時間功率熱噪聲上升沿下降沿

將式(3.10)中的分母0g ( )用泰勒級數(shù)展開，并保留與緯度么干對流層延遲校正可以表示為：00.22274 (1+0.0026cos2 )dry R P 對流層延遲校正的計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)務化天氣模式數(shù)據(jù)或再分析數(shù)據(jù)集來計算校正。歐洲中期天氣預報中心(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流層延遲校正適合于計算氣候尺度的海平面洲的氣候變化計劃(Climate change initiative, CCI)項目中[150]。本nterim 提供的海面氣壓數(shù)據(jù)來計算干對流層延遲校正，選取數(shù)據(jù)的 0.25o×0.25o，時間分辨率為 6 小時。

HY-2A 衛(wèi)星雷達高度計測高誤差校正和海陸回波信號處理技術研究附近，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 ，濕對流層延遲校正將會引入一個與緯度差，在赤道附近約為 1.8 cm，而在高緯度地區(qū)約為 0。微波輻射計可以亮度溫度來對濕對流層延遲校正進行估計，從而避免了使用有效溫度 。圖 3.3 給出了利用 Jason-2 先進微波輻射計(advance microwave radioR)得到的濕對流層延遲校正在全球的分布圖，圖中的結果是利用 2009 年據(jù)得到的�？梢悦黠@看出濕對流層延遲校正具有明顯的時空分布特性，空間的變化比較大。在低緯度區(qū)域，濕對流層校正的值比較大，且變化劇高緯度區(qū)域，濕對流層校正的值比較小，且變化相對較小。

【參考文獻】

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本文編號：2766717