HY-2机载雷达高度计近岸波形重构及验证

论文摘要

随着卫星测高技术的不断发展和成熟,雷达高度计作为有效载荷,被搭载于多颗卫星上。特别是随着TOPEX/POSEIDON、Jason-1/2、ERS-1/2和ENVISAT等一系列高度计卫星的发射,雷达高度计数据被广泛的应用于诸多海洋学研究。但是,卫星雷达高度计的信号在近岸由于受陆地或岛屿的影响,观测数据和数据校正量没有大洋上精确,造成了卫星雷达高度计在近岸海域测量的大部分数据不可用。因此需要对近海岸海域卫星测高数据进行波形重构,以获取准确的有效波高和海面高度,提高观测数据的利用率。海洋二号卫星（HY-2）是我国自行研制的第一颗海洋动力环境卫星,计划在2011年8月发射,雷达高度计是其主要载荷之一。本文的研究是在“HY-2卫星地面系统建设”项目的支撑下,开展对我国自行研制的HY-2卫星雷达高度计数据波形重构算法的研究,研究工作将应用于HY-2卫星雷达高度计波形数据的处理。本文的具体研究内容包括:1、对国外卫星雷达高度计数据处理流程和数据分级方法进行分析,在此基础上针对HY-2卫星雷达高度计数据的特点,给出了合适的处理步骤和数据的分级方法,本文将HY-2高度计数据分为了0级、1级和2级,并分别给出了1级和2级数据产品的制作流程;2、研究了OCOG算法、最大似然法和基于阈值的波形重构算法,并在此基础上对HY-2卫星雷达高度计的波形重构算法进行研究。由于HY-2卫星暂未发射,本文采用HY-2机载高度计校飞数据进行波形重构研究。着重研究了波形重构算法中的热噪声去除、波形归一化、上升沿起始点确定、半功率点确定、跟踪补偿量计算等。在上述研究的基础上,利用校飞数据进行了有效波高的反演;3、将波形重构后得到的雷达高度计观测高度与GPS同步测量高度进行了比对。比对结果显示雷达高度计观测高度与GPS同步测量高度变化趋势一致;经波形重构后得到的有效波高同现场浮标测量的有效波高和Jason-1卫星同步观测的有效波高进行比对,经误差分析得RMS均小于50cm。本文的研究成果:比对结果证明,本研究中所使用的波形重构算法得到了比较好的效果,是适合HY-2卫星雷达高度计的波形重构算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 卫星高度计的发展及其应用
• 1.1 卫星高度计发展概况
• 1.1.1 国外卫星高度计发展概况
• 1.1.2 我国卫星高度计发展概况
• 1.2 雷达高度计工作原理及主要功能
• 1.2.1 雷达高度计工作原理
• 1.2.2 卫星雷达高度计的应用
• 1.2.3 近岸对高度计数据的影响
• 第二章 HY-2 卫星雷达高度计及其数据处理流程
• 2.1 HY-2 卫星雷达高度计概况
• 2.2 HY-2 卫星雷达高度计数据产品分级
• 2.2.1 0 级数据产品
• 2.2.2 1 级数据产品
• 2.2.3 2 级数据产品
• 2.3 HY-2 卫星雷达高度计数据产品处理流程
• 2.3.1 HY-2 卫星雷达高度计1 级产品处理
• 2.3.2 HY-2 卫星雷达高度计2 级产品处理
• 第三章 卫星雷达高度计海面回波模型
• FS（t）'>3.1 平坦海面的冲击响应 P_FS（t）
• I（t）'>3.2 “粗糙”海面的平均冲激响应 P_I（t）
• r（t）'>3.3 海面的平均回波功率 P_r（t）
• 3.4 海面平均回波功率解析表达式
• 第四章 高度计波形重构算法
• 4.1 OCOG 算法
• 4.2 最大似然法
• 4.3 多前缘多阈值算法
• 第五章 HY-2 机载雷达高度计波形重构算法及有效波高反
• 5.1 数据源介绍
• 5.2 HY-2 机载雷达高度计波形重构
• 5.2.1 热噪声去除
• 5.2.2 波形归一化
• 5.2.3 波形上升沿起始点的确定
• 5.2.4 半功率点的确定
• 5.2.5 跟踪补偿量
• 5.2.6 有效波高反演
• 第六章 波形重构及有效波高反演结果的验证
• 6.1 验证方法
• 6.2 验证结果与讨论
• 6.2.1 观测高度验证
• 6.2.2 观测高度验证结果讨论
• 6.2.3 有效波高验证
• 6.2.4 有效波高验证结果讨论
• 第七章 总结与展望
• 主要参考文献
• 致谢