卫星测高技术及应用课程复习 (半成品)分解

卫星测高技术及应用课程复习

主要学习章节

1、卫星测高技术发展及应用

2、卫星雷达高度计观测基本原理

3、卫星高度计观测误差

4、卫星测高波形理论与处理方法

5、卫星测高数据处理理论与方法

6、卫星测高反演海洋重力场理论与技术

7、卫星测高技术应用

第一章卫星测高技术发展及应用

1.1引言

1.2卫星测高技术发展概述

1.3卫星测高技术应用概述

1.4卫星测高基本概念

复习要点

1、卫星测高与传统海洋观测的手段优势对比或主要特点？

2、海洋遥感监测卫星主要分类。

答：海洋地形观测卫星、海洋综合环境卫星。

3、卫星测高任务概况

答1）SKYLAB：

最早搭载有高度计的卫星－－高度计S193

第一次得到因海底特征引起的海洋大地水准面观测值奠定了卫星测高学的技术基础

2）GEOS3：地球动力学实验海洋卫星第一颗专门用于测高的海洋地形卫星 3）SEASAT：海洋卫星持续时间99天

SEASAT首次提供了全球范围的海洋环流、波浪和风速 4）GEOSAT(大地测量卫星 )、GFO(GEOSAT后续卫星) 为美国海军测量海洋大地水准面

GEOSAT ：首次提供了具有重复性、高分辨率、长期性高质量的全球海面高数据集，标志卫星测高技术进入了成熟阶段 5） ERS1/2（欧洲遥感卫星）、ENVISAT（环境卫星） ERS1采用PRARE：用来精确确定卫星位置（失败） 6） T/P、JASON1/2

T/P卫星观测精度是同期测高卫星中最高的

4、测高卫星的主要仪器设备？

答：一般的测高卫星都有，高度计、辐射计、DORIS系统（精密轨道确定）、有些卫星有全球地位系统（GPSP）、激光反射阵列（LRA）等。

5、卫星测高任务重搭载辐射计的主要目的。

答：观测地球表面辐射来确定大气中的水汽含量，进而对高度计观测进行延迟改正，还可以观测风速、地表监测。

6、与同期测高卫星相比，T/P测高卫星精度为什么最高？

答：精密轨道确定系统。

7、大部分雷达测高卫星均使用双频观测，为什么？

答：双频可以进行电离层改正，还可以估计降雨。

8、卫星测高任务中使用的主要定轨方式？

答：DORIS、PRARE、GPS、LRA。

9、传统的指向星下点的雷达高度计的主要不足？可能存在哪些技术改进？

答：不足：1）确定深海中尺度现象受到制约；

2）覆盖有限

3）空间分辨率

改进：测高频率的改变，由Ku、C、S波段测高改为Ka波段测高。

测高方式的改变，由星下点测高改为偏离星下点测高。

接收其他信号，由发射并接受信号改为接收信号（GNSS）

10、GNSS测高的工作方式？优缺点？

答：工作方式：星载GNSS接收机接收GNSS星座卫星向下发射并经海面反射的信号，通过测量两个信号的时间延迟，就可以计算海面高度

优点：成本低、数据获取量大、覆盖范围广缺点：精度低

11、Ka波段测高的优缺点？干涉/雷达高度计工作方式？

答：

优点：1）电离层衰减延迟：基本上可以忽略，因此不需要使用双频高度计。

2）脉冲重复频率高：ka波段对海面回波地解相关时间要短，有可能增加每秒的独立回波量

3）带宽大：可以提供更高的垂直分辨率

4）更好描述海面粗糙度

5）穿透性较弱。冰雪面上雷达信号渗透低

6）Ka波段能更好的对冰、雨、近海地带、陆地物质（例如森林）和波高进行观测。缺点：对流层中的水或水蒸气的衰减大，尤其在热带地区。电磁波受对流层中的水汽延迟响较大。

宽刈幅海洋高度计（WSOA：Wide-Swath Ocean Altimeter）是一种将高度计与干涉计联合使用的测高方案。它是将几个高度计安放在天线竿上，然后同时获取观测值，因此，可以提供连续的、单一或者多高度计的广域覆盖。WSOA可以作为一个试验仪器安放在JASON 卫星上一起飞行WSOA 是一种广域雷达高度计，主要基于高度计和干涉计联合测量的技术，能够沿着卫星地面轨迹中心的刈幅进行海面高测量。

WSOA 的工作方式为：每个干涉计发射一个微波，同时可以接收其他干涉计返回来的微波信号。天线的视角宽度约4º，因此干涉计照明的地面刈幅宽约100km，卫星近距离时

相邻轨迹间有效地面像素大小约 670m ，而在远距离时约100m ，沿轨迹方向像素大小约 13.5km 。每个干涉计的影像进行拼接，将最后观测值平均成分辨率为 15km 的单元格。

12、 卫星测高技术应用概况

答：大地测量学、地球物理学、海洋学、气候、水文学、冰川学 传统应用：大地测量学和地球物理学 拓展应用：海洋学和气候学

原始测高观测数据

海洋、水文观测数据 相关模型数据

理论 方法

技术 平均海面高 海洋垂线偏差 海洋重力异常 海洋大地水准面 潮波模型 海面地形模型

海底地形模型

海洋环流 极地冰盖高程模型及变化 内陆湖水位时间变化序列 海平面变化

时变海面高分析 异常海面高分析

海洋动力现象

内陆水域气候环境分析

海洋岩石圈结构及地球物理解释

多学科交叉检验

全球平均海面高模型 海洋环境监测 1.海平面变化 2.海洋潮汐 3.海洋环流 4.海面风速

5.海浪监测（海啸） 海洋重力场

1.测高垂线偏差、大地水准面、重力异常

2.陆海大地水准面拼接统一

3.反演海底地形

13、基本概念

1）海面高度，平均海面，平均海面高

海面高度（SSH ：Sea surface height ） 是指海洋表面的高度（地形或起伏）。在一天之内，SSH 很明显主要受到月球和太阳作用在地球上的潮汐力影响，而在长时间范围内，SSH 受到地球重力场及海洋环流两者的影响。

平均海面（MSS ：Mean Sea Surface ）表示海洋表面在一适当的时间内对海面进行平均， 以剔除一年、半年、季节性及其他虚假性质的海面高信号后所得的海洋表面的位置。 海面高是指（瞬时或平均）海面相对于参考椭球面的高度，通过将卫星高度H alt 减去卫星到海面的距离 Rc 得到，即： SSH = H alt − Rc 其中 Rc 表示经过大气折射改正、海况改正后的距离。 2）海面地形（SST ）、绝对动力地形（ADT ）、平均动力地形（MDT ）

海面地形（SST ：Sea Surface Topography ）也可以分为两部分，即稳态海面地形（或平 均海面地形）和海面异常。稳态海面地形为一参考时间段内平均海平面相对于大地水准面的 高度；

3）海面异常（SLA,SSHA ）：海面异常升降是指海面高度超常规的上升、下降的现象。由于

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