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，分析了定时抖动、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，并且与发射系统联调取得了成功。系统分辨率达到了５ｎｓ的设计需求。     

SZ-4雷达高度计及其在轨测量结果

SZ-4雷达高度计搭乘神舟4号飞船（SZ-4）于2002年12月30日发射入轨,按预定模式工作,获得了大量有效的观测数据。SZ-4雷达高度计是中国第一个上星工作的实验性海洋雷达高度计,为中国海洋动力环境卫星的发展奠定了基础。本文系统地论述了SZ-4雷达高度计系统方案、系统实现和在轨测量结果。     

小型延时多普勒雷达高度计

延时多普勒雷达高度计（Delay Doppler Radar Altimeter,DDA）是采用孔径合成技术进行高度测量的雷达高度计。与传统雷达高度计相比,DDA沿航迹方向分辨率提高了10倍,发射峰值功率降低了10dB,测高精度提高到2cm。采用DDA技术可以使仪器测量精度更高、空间分辨率更高、功耗更低,易于实现小型化。DDA代表了新一代的卫星测高技术,特别适合海洋、海岸带和极冰的测量。该文就DDA测量机理、波形仿真和精度分析进行了研究。     

中分辨率机载海洋雷达高度计信号处理方法及其实现

该文简要地介绍了海洋雷达高度计的工作原理 ,分析了“全去斜坡”技术在高度计信号处理中的时域和频域的对应关系及其相关的控制技术。研制出了分裂门跟踪和全程搜索软件 ,该软件在飞行实验中获得了成功 ,在国内首次获得了海洋回波曲线。首次提出全程搜索的方法 ,在此基础上提出了“平滑归并”的方法进行数据复合处理 ,进而提高了系统的指标     

激光站在星载雷达高度计绝对定标中的应用

推导了一般情况下激光站为星载雷达高度计进行绝对定标的数学模型,并进行了仿真验证和误差分析,对高度计定标精度进行了定量评估。利用Corsica定标场区中Grasse激光站对Jason-2卫星定轨的实测数据进行了分析,取得了满意的结果。     

海洋测高卫星高度计定标理论与方法研究

正本文针对海洋测高卫星高度计的自主定标需求,兼顾新型双星串飞编队测高模式下高度计相对定标的研究需要,对卫星高度计定标理论与方法进行了研究。主要内容概括如下:(1)梳理了卫星高度计绝对定标的意义与研究现状,给出了常用绝对定标方法的实现原理,分析了各种方法的优缺点。(2)系统研究了海水温度、盐度对GPS浮标测量海     

基于干涉测量的宽刈幅测高技术及其应用研究

基于不同长度基线干涉测量技术提出了一种宽刈幅海洋测高技术。该方法采用两颗小卫星干涉测量,单颗卫星上配置雷达高度计载荷实现系统的宽刈幅测量;双星采用编队飞行控制,实现不同长度基线相结合对观测目标的协同测量,使其共同配合工作。在高精度海面高程测量的同时兼顾陆地测量,实现对全球目标的快速三维成像覆盖测量的同时,使其实现对中尺度涡、海洋洋流等中尺度海洋现象以及海洋风场、海冰测量等方面的应用。     

星载雷达高度计系统设计及测高精度分析

在总结机载海洋雷达高度计研制及其飞行实验的基础上,根据海面回波的性质,设计了一个星载雷达高度计系统。系统工作在脉冲有限足迹方式,发射脉冲为线性调频（Ｃｈｉｒｐ）脉冲,接收系统采用“全去斜坡”技术及频谱分析方法将海面回波信号从时域转换至频域处理,自适应跟踪器可抑制大于７５％的噪声,高脉冲重复频率使有效独立脉冲数达到最大,保证最大限度地抑制海面斑点噪声;设计了系统的主要工作模式：双分辨率捕获跟踪模式使海面回波信号的捕获时间小于５ｓ,定标模式可保证系统达到设计的测高精度;分析了主要噪声,即海面斑点噪声和接收机热噪声对高度估值的影响,通过对几种典型海况海面回波的模拟分析表明,系统则高精度可达±２ｃｍ。     

CryoSat-2雷达高度计海冰波形优选特征分类

监测海冰的类型变化或厚度变化是较为有效的海冰监测方式,本文通过CryoSat-2雷达高度计对北极海冰类型开展研究。利用雷达高度计对北极海冰进行分类,一方面是难以挑选出最优特征参数,另一方面单一的雷达高度计数据难以实现海冰的相对精细化分类。针对以上问题,本文构建了一种利用卡方检验、互相关信息及Wrapper包装法组合的特征优选方法,利用该方法挑选出的特征子集（SSD+Sigma0+LTPP+PP+SK+LEW）结合随机森林分类法将北极地区的雷达高度计数据分为海水、一年薄冰、一年厚冰及多年冰。本文方法在训练集分类正确率为93.32%,验证集正确率为92.42%,Kappa系数为0.90,均优于其他特征组合,可以基本实现对北极地区海冰的有效分类,同时分类结果也有助于海冰厚度的反演。     

卫星雷达高度计近海波形重构算法进展研究

目前,制约卫星雷达高度计继续发展的一个主要问题是近海海域数据精度较低,并且大范围不可用。在现有的科技条件下,解决该问题的有效方法是波形重构。本文首先介绍了卫星雷达高度计回波波形形成原理,接着对几种用于近海的经典波形重构算法以及几种改进算法做了综述。     

Altimetry with GNSS-R interferometry: first proof of concept experiment

The Global Navigation Satellite System Reflectometry (GNSS-R) concept was conceived as a means to densify radar altimeter measurements of the sea surface. Until now, the GNSS-R concept relied on open access to GNSS transmitted codes. Recently, it has been proposed that the ranging capability of the technique for ocean altimetric applications can be improved by using all the signals transmitted in the bandwidth allocated to GNSS, which includes open access as well as encrypted signals. The main objective of this study is to provide experimental proof of this enhancement through a 2-day experiment on the Zeeland Bridge (The Netherlands). In the experiment, we used a custom built GNSS-R system, composed of high gain GPS antennas, calibration subsystem, and an FPGA-based signal processor which implemented the new concepts, an X-band radar altimeter and a local geodetic network. The results obtained indicate that the new approach produces a significant improvement in GNSS-R altimetric performance.     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。     

合成孔径高度计的海面回波仿真

本文首先采用经验海浪谱仿真了三维海面,进而在此基础上根据镜面反射理论计算了海面小面元散射系数。然后根据雷达方程和合成孔径高度计的合成孔径处理计算了海面回波信号的矩阵,以便给出最终的功率回波。在目前国内外缺少相应试验数据的条件下,验证了合成孔径高度计工作方式的有效性,经验证其回波模型基本正确。同时,为了与传统高度计比较,给出了传统高度计在相同参数下的回波仿真结果。文章还通过展示合成孔径高度计在同种波高、不同涌浪和风浪方向情况下的回波,说明波浪方向也会影响合成孔径高度计回波。     

海洋涡旋遥感：进展与挑战

海洋涡旋数量大、分布广、含能高、裹挟强,是研究物质循环、能量级联和圈层耦合的理想载体。对涡旋的全生命周期追踪观测成为21世纪以来海洋遥感领域最重要的进展之一,并引发了新一轮涡旋研究的热潮。本文从涡旋的温度异常、物质示踪、旋转流场和闭合拓扑等特征出发,简述了红外辐射计、可见光扫描仪、微波高度计、合成孔径雷达等遥感技术在涡旋观测中的机理和方法,重点阐述了卫星高度计涡旋识别与追踪算法及其在涡旋形态学、运动学和动力学中的应用。基于虚拟星座下的多参数遥感,介绍了涡旋在海洋、大气、生态等交叉学科领域的前沿应用和最新进展。指出当前涡旋遥感发展面临的亚中尺度、垂直结构、跨学科研究等3大挑战,展望了新一代遥感技术在未来海洋科学特别是涡旋海洋学研究中的应用前景。     

中国地壳运动观测网络基准站应变场变化的海潮负荷信号改正问题

利用最新的卫星测高全球Csr3.0模型，中国近海海潮数据和标准地球模型负荷格林函数，采用直接褶积积分方法研究中国地壳运动观测网络基准站应变固体潮观测的海潮负荷影响。计算25个台站8个主要潮波的负荷振幅和相位，讨论几个主要台站的负荷应变花和负荷应变随时间的变化特征。     

Impact of accounting for coloured noise in radar altimetry data on a regional quasi-geoid model

We study the impact of an accurate computation and incorporation of coloured noise in radar altimeter data when computing a regional quasi-geoid model using least-squares techniques. Our test area comprises the Southern North Sea including the Netherlands, Belgium, and parts of France, Germany, and the UK. We perform the study by modelling the disturbing potential with spherical radial base functions. To that end, we use the traditional remove-compute-restore procedure with a recent GRACE/GOCE static gravity field model. Apart from radar altimeter data, we use terrestrial, airborne, and shipboard gravity data. Radar altimeter sea surface heights are corrected for the instantaneous dynamic topography and used in the form of along-track quasi-geoid height differences. Noise in these data are estimated using repeat-track and post-fit residual analysis techniques and then modelled as an auto regressive moving average process. Quasi-geoid models are computed with and without taking the modelled coloured noise into account. The difference between them is used as a measure of the impact of coloured noise in radar altimeter along-track quasi-geoid height differences on the estimated quasi-geoid model. The impact strongly depends on the availability of shipboard gravity data. If no such data are available, the impact may attain values exceeding 10 centimetres in particular areas. In case shipboard gravity data are used, the impact is reduced, though it still attains values of several centimetres. We use geometric quasi-geoid heights from GPS/levelling data at height markers as control data to analyse the quality of the quasi-geoid models. The quasi-geoid model computed using a model of the coloured noise in radar altimeter along-track quasi-geoid height differences shows in some areas a significant improvement over a model that assumes white noise in these data. However, the interpretation in other areas remains a challenge due to the limited quality of the control data.     

Bathymetric inversion of South China Sea from satellite altimetry data

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｏｃｅａｎｗｉｄｅｌｙａｎｄｄｅｅｐｌｙ ,ｗｅｎｅｅｄａｂｕｎｄａｎｔｏｃｅａｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ .Ａｓａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｐａｒｔｏｆｓｕｃｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ,ｓｅａｆｌｏｏｒｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｐｌａｙｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎａｖａｒｉｅｔｙｏｆｍａｒｉｎｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ .Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｈｉｇｈｃｏｓｔｆｏｒｏｃｅａｎｂａｔｈｙｍｅｔｒｉｃｓｕｒｖｅｙｉｎｇｌｉｍｉｔｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏ…