第七章海洋表面动力地形的卫星测量-海洋遥感教材
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2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
卫星测高原理：以卫星为载体，以海面作为遥测靶， 由卫星上装载的雷达高度计向海面发射微波信号，该雷达 脉冲到达海面后，经过海面发射再返回到雷达测高仪。
其原理与应用都是基于三个基本观测量：
• 时间延迟：高度计发射脉冲到接收海面回波信号的时间 间隔；
• 海面回波波形的前沿斜率； • 海面回波波形强度。
双星或多星联合平差、共线平差。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
3.卫星高度计测高的误差与消除
b.电磁偏差 hEBias
由于海面波浪分布并非高斯型，波谷反射脉冲 的能力强于波峰，因此高度计测得的海面高度偏离 平均海平面，趋向于波谷，这种偏差可通过利用带 有风速参量的经验关系式进行修正。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
2.卫星高度计百度文库测高原理
hssh horbit halt h
hinvbar hT
h hiono hDrytrop hWettrop hEBias
horbit 通过卫星的精密定 轨方法得出
为测量噪声； hinvbar 为大气压引起的海
GEOS-3
NASA
1975.4.9 25-50 13.9G
Seasat-A
NASA
1978.6.28 20-30 13.5G
开始 业务 运行
2019/6/13
Geosat
美，海军
1985.3.15 10-20
ERS-1
ESA
1991.7.17 10
Topex/Poseidon NASA/ CNES 1992.8.10 6
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
c.瞬时海面
即某一时刻的实际海面。
d.平均海平面
卫星高度计测得的瞬时海 面经海洋潮高、固体潮高和有 效波高修正之后，得到所谓平 均海平面。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
e.海面动力高度
c.干/湿对流层误差 h , h Wetdrop Drydrop
干湿空气都会引起雷达信号的延迟。可利用其 与海表大气压和纬度之间的关系来修正。
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2019/6/13
第七章 海洋表面动力地形的卫星测量
概述 卫星高度计的测高原理 高度计在海洋动力地形测量中的应用
2019/6/13
7.1 概述
1.卫星高度计的特点
卫星高度计是一种主动式微波测量仪，具有独特的 全天候、长时间历程、观测面积大、观测精度高、信息 量大的能力和特点。
由于高度计是非成像传感器，星上存储器可以满足 全球观测的要求，因而可以获得全球尺度及准实时的观 测数据，这对于海洋及海洋气象预报具有重要意义。
2019/6/13
7.1 概述
2.卫星高度计的发展历史
卫星测高技术的提出始于1964年在美国Woods Hole举行的“空间海洋学”研讨会，确定的测距技术指 标为10cm。
面误差；
2019/6/13
hssh hgeoid 0 t
7.2 卫星高度计的测高原理
2.卫星高度计的测高原理
※.卫星相对于海面高度的计算
即卫星高度计 的测量结果
halt
tc 2
t：雷达脉冲往返于卫星和海面之间 的时间；c：电磁波传播速度
厘米量级的测距精度要求是高度计的技术难度。对于 5cm的测高精度，相应的时间测量要准确到0.2ns 左右， 要求计时钟具有年误差不超过1s的精度。同时对发射和接 收技术也提出了较高要求。
2019/6/13
3.卫星高度计测高的误差与消除
单 位 厘 米
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
3.卫星高度计测高的误差与消除
由上页图，测高数据的误差主要分三类：轨道误差、 仪器误差和地球物理环境校正误差。
a.轨道误差 误差主要来源于卫星速度和高度的变化，卫星
高度处的重力场及卫星跟踪精度。 轨道误差的消除方法主要有：单星交叠平差、
首次原理性实验于1973年NASA发射的Skylab上 进行，其运行为后续的GEOS-3（1975）和Seasat-A （1978）高度计的设计积累了宝贵经验。
Seasat-A首次实现了重复地面轨迹运行模式。
2019/6/13
7.1 概述
2.卫星高度计的发展历史
卫星
研制单位 发射 精度cm 频率Hz
未来的高度计计划在近期的目标是提高空间和 时间分辨率，争取能够在几天内以几十公里的分辨 率覆盖同一地区。另外也会发射一些目标明确的、 耗费较小的小卫星。
• 测距精度的提高、数据处理方法的改进、观测 数据的逐步积累；
• 卫星测高技术的创新。
2019/6/13
4. 卫 星 高 度 计 的 研 究 与 应 用
ERS-2
ESA
1995.4.21 2.5
GFO
美，海军
1998.2.10 2.5
Jason-1
NASA/ CNES 2001.9 4.2
Envisat
ESA
2002.3 2.5
13.5G 13.8G 5.3/13.6G 13.8G 13.5G 5.3/13.6G 3.2/13.6G
7.1 概述
3.卫星高度计的发展趋势
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
a.参考椭球面 把描述地球的理想化的数学曲面定义为参考椭
球面，是对地球表面的一级近似。
b.大地水准面
地球上重力位势相等的各 点构成等势面，与平均海平面 最为接近的等势面称为大地水 准面。
将平均海平面相对于大地水准面的偏离，称为海面动 力高度，即海洋学中的海面重力位势差，其范围一般在 ±1.5m 以内。
f.大地水准面起伏
大地水准面相对于参考椭球面的偏离，称为大地水准 面起伏，其范围一般在±100m 以内。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
g.海平面起伏 瞬时海平面相对于大地水准面的偏离，称为海平面起 伏。其范围一般在±10m 以内。 海平面起伏和大地水准面起伏比它们各自的绝对高度 更具有重要意义。因为在这些起伏中，包含了地球内部结 构和海洋动力过程的各种信息。
7.2 卫星高度计的测高原理
卫星测高原理：以卫星为载体，以海面作为遥测靶， 由卫星上装载的雷达高度计向海面发射微波信号，该雷达 脉冲到达海面后，经过海面发射再返回到雷达测高仪。
其原理与应用都是基于三个基本观测量：
• 时间延迟：高度计发射脉冲到接收海面回波信号的时间 间隔；
• 海面回波波形的前沿斜率； • 海面回波波形强度。
双星或多星联合平差、共线平差。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
3.卫星高度计测高的误差与消除
b.电磁偏差 hEBias
由于海面波浪分布并非高斯型，波谷反射脉冲 的能力强于波峰，因此高度计测得的海面高度偏离 平均海平面，趋向于波谷，这种偏差可通过利用带 有风速参量的经验关系式进行修正。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
2.卫星高度计百度文库测高原理
hssh horbit halt h
hinvbar hT
h hiono hDrytrop hWettrop hEBias
horbit 通过卫星的精密定 轨方法得出
为测量噪声； hinvbar 为大气压引起的海
GEOS-3
NASA
1975.4.9 25-50 13.9G
Seasat-A
NASA
1978.6.28 20-30 13.5G
开始 业务 运行
2019/6/13
Geosat
美，海军
1985.3.15 10-20
ERS-1
ESA
1991.7.17 10
Topex/Poseidon NASA/ CNES 1992.8.10 6
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
c.瞬时海面
即某一时刻的实际海面。
d.平均海平面
卫星高度计测得的瞬时海 面经海洋潮高、固体潮高和有 效波高修正之后，得到所谓平 均海平面。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
e.海面动力高度
c.干/湿对流层误差 h , h Wetdrop Drydrop
干湿空气都会引起雷达信号的延迟。可利用其 与海表大气压和纬度之间的关系来修正。
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2019/6/13
第七章 海洋表面动力地形的卫星测量
概述 卫星高度计的测高原理 高度计在海洋动力地形测量中的应用
2019/6/13
7.1 概述
1.卫星高度计的特点
卫星高度计是一种主动式微波测量仪，具有独特的 全天候、长时间历程、观测面积大、观测精度高、信息 量大的能力和特点。
由于高度计是非成像传感器，星上存储器可以满足 全球观测的要求，因而可以获得全球尺度及准实时的观 测数据，这对于海洋及海洋气象预报具有重要意义。
2019/6/13
7.1 概述
2.卫星高度计的发展历史
卫星测高技术的提出始于1964年在美国Woods Hole举行的“空间海洋学”研讨会，确定的测距技术指 标为10cm。
面误差；
2019/6/13
hssh hgeoid 0 t
7.2 卫星高度计的测高原理
2.卫星高度计的测高原理
※.卫星相对于海面高度的计算
即卫星高度计 的测量结果
halt
tc 2
t：雷达脉冲往返于卫星和海面之间 的时间；c：电磁波传播速度
厘米量级的测距精度要求是高度计的技术难度。对于 5cm的测高精度，相应的时间测量要准确到0.2ns 左右， 要求计时钟具有年误差不超过1s的精度。同时对发射和接 收技术也提出了较高要求。
2019/6/13
3.卫星高度计测高的误差与消除
单 位 厘 米
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
3.卫星高度计测高的误差与消除
由上页图，测高数据的误差主要分三类：轨道误差、 仪器误差和地球物理环境校正误差。
a.轨道误差 误差主要来源于卫星速度和高度的变化，卫星
高度处的重力场及卫星跟踪精度。 轨道误差的消除方法主要有：单星交叠平差、
首次原理性实验于1973年NASA发射的Skylab上 进行，其运行为后续的GEOS-3（1975）和Seasat-A （1978）高度计的设计积累了宝贵经验。
Seasat-A首次实现了重复地面轨迹运行模式。
2019/6/13
7.1 概述
2.卫星高度计的发展历史
卫星
研制单位 发射 精度cm 频率Hz
未来的高度计计划在近期的目标是提高空间和 时间分辨率，争取能够在几天内以几十公里的分辨 率覆盖同一地区。另外也会发射一些目标明确的、 耗费较小的小卫星。
• 测距精度的提高、数据处理方法的改进、观测 数据的逐步积累；
• 卫星测高技术的创新。
2019/6/13
4. 卫 星 高 度 计 的 研 究 与 应 用
ERS-2
ESA
1995.4.21 2.5
GFO
美，海军
1998.2.10 2.5
Jason-1
NASA/ CNES 2001.9 4.2
Envisat
ESA
2002.3 2.5
13.5G 13.8G 5.3/13.6G 13.8G 13.5G 5.3/13.6G 3.2/13.6G
7.1 概述
3.卫星高度计的发展趋势
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
a.参考椭球面 把描述地球的理想化的数学曲面定义为参考椭
球面，是对地球表面的一级近似。
b.大地水准面
地球上重力位势相等的各 点构成等势面，与平均海平面 最为接近的等势面称为大地水 准面。
将平均海平面相对于大地水准面的偏离，称为海面动 力高度，即海洋学中的海面重力位势差，其范围一般在 ±1.5m 以内。
f.大地水准面起伏
大地水准面相对于参考椭球面的偏离，称为大地水准 面起伏，其范围一般在±100m 以内。
2019/6/13
7.2 卫星高度计的测高原理
1.与海平面高度有关的曲面
g.海平面起伏 瞬时海平面相对于大地水准面的偏离，称为海平面起 伏。其范围一般在±10m 以内。 海平面起伏和大地水准面起伏比它们各自的绝对高度 更具有重要意义。因为在这些起伏中，包含了地球内部结 构和海洋动力过程的各种信息。