海洋测高卫星三频体制设计及电离层误差分析

针对海洋测高卫星未来发展趋势,提出了Ku/Ka/C三频高度计进行组合测距的设想。给出了高度计相位中心至海面距离的随机误差模型,分析表明电离层延迟改正是影响海面高测量分辨率和精度的重要因素。其次利用典型电离层参数计算表明电离层2阶以上项对高度计测距的影响在毫米级以下,可忽略其影响。通过计算分析,在1Hz采样且不滤波条件下,Ka/C组合改正电离层1阶项精度可优于3mm,基本消除电离层的影响,测距总精度达到3.5cm。通过Ku/C/Ka三频组合测距误差分析,三频电离层改正残余误差比双频改正更大,因此如果采用三频组合测距体制,则建议在数据处理中采取Ku/C、Ka/C组合形式改正电离层,这种体制可充分利用各频段特点,进一步提高宽阔海域、冰区、近海区域的海面测量精度和有效数据比例。     

卫星高度计绝对定标中海面高梯度的计算

给出了通过平均海面高模型计算海面高梯度的具体方法,选择DTU13、CNES_CLS15、WHU2013 3种模型计算了不同海域近岸比较点海面高梯度值,随机选择的30个近岸比较点处的计算结果表明:使用3种模型计算得到的海面高梯度值之间的标准差均值为0.19cm/km。在卫星高度计定标的具体应用中,由海面高梯度得到的海面高差改正量的误差应不超过0.3cm。     

利用气象数据计算局部对流层湿延迟的方法

天顶对流层湿延迟是反演大气水汽含量的重要参数。该文通过研究局部地区垂直剖面气象条件的变化特征,提出了一种利用地表实时观测气象数据及历史资料计算当前时刻局部地区垂直剖面气象参数的方法,进而可利用积分方法精确求得该地区对流层湿延迟。通过与当前精度较高的经验模型对比,证明本文提出的方法能有效削弱局部地区对流层湿延迟误差,RMS和Bias误差可分别降低30%、50%左右;由于观测量仅是温度和湿度,故相较于利用GNSS等空间大地观测台站估计湿延迟的方法,本文方法的成本将小许多。     

Jason-2高度计数据在中国四大海域的波形重跟踪与分析

在Brown-Hayne模型基础上,利用迭代最小二乘算法实现了回波波形参数的重跟踪,同时利用重心偏移算法(OCOG)、阈值算法对Jason-2 卫星的波形数据在中国渤海、黄海、东海、南海4个海域开展了波形重跟踪试验。试验表明,在4个海域,Brown-Hayne模型法获得的波形重跟踪结果相比较于阈值法、OCOG算法与法国空间局(CNES)公布结果最为一致,相互较差的标准差约2 cm左右。50%阈值算法获得的波形重跟踪结果相比较于其它阈值精度更优,与CNES比较其标准差在3~6 cm,但存在4~10 cm的系统偏差。OCOG算法获得的结果存在较大误差,但其结果可作为Brown-Hayne模型解算的初始值。当卫星地面轨迹靠近大陆时,波形重跟踪获得的海面高改正量会较宽阔海域增大,其中南海区域的海面高改正量最大,可达1 m,其原因可能是卫星地面轨迹经过了西沙群岛,雷达回波波形受到了一定的影响。     

双星跟飞测高卫星在轨初步验证

卫星测高反演重力场的常规做法是利用海面高差求解垂线偏差,进一步计算海洋重力异常和海洋大地水准面高等信息。显然,提高海面高差的测量精度可以直接提升海洋重力场的反演精度。本文给出了双星跟飞卫星测高原理,通过轨道设计使双星星下点跨轨间距(即分辨率)在1′左右,双星同时测量沿其轨道的海面高差及跨轨的星间海面高差,此时轨道径向误差表现为星间或单星历元间的相对轨道径向误差,而与大气传播和地球物理效应等有关的改正项,对于地面轨间距只有1′的双星近似相等,其在海面高差中几无体现,因此海面高差的精度相比于传统的单星测量将有显著提高。利用测高A/B双星的实际观测数据,初步验证了相对轨道径向误差和海面高差中的8项改正的差值误差。结果表明,对于定标阶段约25 km的星下点间距,干对流层、湿对流层、电离层、固体潮、极潮和逆大气压等改正项的差值误差均在5 mm量级;海潮改正差值、海况偏差差值中分别有约1 cm和2 cm的残留误差;对于业务轨道约2 km的星下点间距,相对轨道径向误差约为3 mm,除了海况偏差差值有约0.52 cm的残留误差,其他改正项的差值误差均小于0.05 cm,可完全忽略不计。     

基于重力地质法的南中国海海底地形反演

根据重力地质法（GGM）,利用南中国海海域内63179个船测控制点水深将测高自由空间重力异常划分为长波参考场和短波残差场,并反演出了该海域112°E-119°E,12°N-20°N范围的1’×1’海底地形模型,该过程中使用的海水和海底洋壳密度差异常数1.32 g·cm^-3通过实测水深估计得到.利用反演得到的GGM模型对剩余的10529个检核点船测水深插值计算后与实测水深进行比较,其较差结果的均值为-1.64 m,标准差为76.95 m,相对精度为4.06%.此外,根据船测点数量、分布和海底地形的不同,选择了三个海域进行统计,结果表明：在船测控制点分布均匀的海域,GGM模型精度优于ETOPO1模型,在控制点过于分散的海域其精度会有所下降,但好于船测水深的直接格网化结果.为进一步探究检核点的较差结果中出现较大数值的成因,本文对精度较差的点位进行了单独分析,选择了两条船测航迹剖面进行了研究,并分析了检核点的水深较差、相对精度与水深和重力异常的关系,结果表明：GGM模型精度受水深和重力异常的相关性影响较小,受海底地形复杂程度影响较大,地形坡度变化平缓海域的预测精度明显高于海山地区.最后,综合GGM模型和ETOPO1模型优势,利用所有船测水深作为控制,生成了综合的海底地形模型.     

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海洋垂直重力梯度异常的计算及其在地形反演中的应用

将测高重力异常、局部大地水准面和垂线偏差作为输入数据,计算海洋垂直重力梯度异常。以中西太平洋海域作为研究对象,对垂直重力梯度异常和海底地形的相关性进行分析,在20~200 km波段范围内利用梯度异常推估海底地形。结果表明,反演地形的相对精度在7.14%左右,在多海山地区精度较差。     

利用多源重力观测数据反演渤海湾地区构造应力场

以最小二乘配置为基础,推导了基于观测信号的自适应融合算法。对渤海湾地区航空重力、陆地重力和卫星测高3类实测数据进行了基于观测信号的自适应融合处理,提高了融合区域重力观测数据精度。采用融合后的重力异常数据反演了渤海湾地区构造应力场,并结合地震历史资料进行初步分析,总结了该地区构造应力场的总体特征。反演结果表明,渤海湾地区构造应力场方向整体上呈现朝北方向,构造应力场清晰显现出郯庐断裂带和张家口-蓬莱断裂带分布,并且在郯庐和张家口-蓬莱断裂带唐山至张家口段构造应力聚集程度高、构造应力值也较大,表明该地区构造运动活跃,与该地区地震活动历史资料相符。     

基于原子干涉测量技术的卫星重力梯度测量

原子干涉测量技术的发展促进了重力梯度仪技术的发展,使得在测量地球重力场方面有了新的方法,从而能够获得更高分辨率和精度的重力场信息。介绍原子干涉测量技术的基本原理和发展现状,对利用原子干涉重力梯度仪进行卫星重力测量的优势和可行性进行分析。