由ERS-1波形重构确定我国近海平均海平面

近海岸区域平均海面高在大地测量学、物理海洋学以及地球物理学研究中具有非常重要的意义.受各种条件的制约和限制,目前卫星测高技术主要应用于深海区域,在近海区域尤其是海岸线附近区域的应用几乎为空白.本文根据ERS-1测高卫星回波波形特征,采用五参数线性模型,由最小二乘拟合方法,对近海区域尤其是靠近海岸线附近的ERS-1测高波形数据进行波形重构.比较波形重构前、后解算平均海面高,表明波形重构技术不仅明显改善了解算近海海面高的精度,而且增加了近海测高海平面的分辨率,并使卫星测高有效观测延伸至海岸线附近.随后,本文利用波形重构后海面高数据构造了近海多年平均海平面,并对我国近海海平面特征进行了初步分析.     

浅海区域Topex/Poseidon测高卫星数据波形重构方法

根据测高卫星返回波形的特征,给出了由Topex/Poseidon卫星波形数据进行波形重构的方法,并采用函数逼近算法确定波形重构改正量,进而改善测高卫星近海岸海面高观测值的精度.在中国南海区域计算了四圈T/P测高卫星经过波形重构后的海面高数据.近海岸海面高数据与相近时刻验潮站数据相比,精度比波形重构前有了很大提高,证明该方法的有效性.     

基于波形分类和子波形提取的雷达高度计近海波形重构算法

雷达高度计是测量海洋动力参数的重要传感器,为解决雷达高度计在近海测量数据不可用的问题,基于大量波形的分析及已有波形重构算法的比较,本文提出了一种基于波形分类和子波形提取的近海波形重构算法（OceanCS）.采用了验潮站的实测水位以及浮标的实测有效波高数据对算法的结果进行了验证.结果表明,本文提出的算法在近海的回波波形处理方面要优于其他五种算法（海洋算法、OCOG算法、Ice-2算法、Beta5算法和阈值算法）,并且不仅可反演海面高度、还可反演有效波高.通过对高度计的近海回波波形进行重构处理,可以提高近海测高数据的数量和质量.     

利用卫星大地测量技术研究海面动力地形及地转流的进展

随着卫星大地测量技术的发展,平均海平面高度与大地水准面资料的分辨率和精度得到大幅提高,这为确定高精度高分辨率的海面动力地形提供了条件,进而也促进了海面动力地形及地转流研究的发展.本文从数据资料、计算方法、空间尺度分析、误差分析及多源数据融合五个方面总结了目前利用卫星大地测量技术研究海面动力地形及地转流的进展.在此基础上,对目前该研究中存在的问题进行了分析,并对该研究今后的重点发展方向进行了展望.     

近岸海域EnviSat卫星测高波形重定的Threshold优化算法

波形重定是改善近岸海域卫星测高数据精度的一种有效方法.分析了EnviSat雷达测高波形重定算法,并对Threshold算法进行了优化,开发了波形重定程序;以地中海为实验区,利用几种波形重定方法,对近岸海域的EnviSat测高波形进行重定,认为优化的Threshold算法是几种波形重定算法中最稳健的重定算法,适合于地中海近岸海域EnviSat测高波形的重定,对其他近岸海域的应用也有一定的参考意义.     

多星协同式卫星磁测技术发展综述

欧洲航天局发射的Swarm卫星是最新的地球磁场测量卫星,在轨运行三年多,获得了高质量的地球磁场数据,并利用得到的数据建立高精度的地磁场模型来进行科学研究.Swarm卫星首次利用多颗卫星代替单颗卫星进行磁场测量,用激光氦光泵磁力仪创新性的实现了标量矢量的同时测量.本文对高性能的氦光泵磁力仪、同时实现矢量标量测量的原理、多星协同磁测技术的优势及阶段性成果进行了重点描述.     

Sentinel-3测高数据在湖库区域的波形重跟踪方法——以东平湖和峡山水库为例

卫星测高技术是监测内陆水体水位变化的一项重要手段,而利用该技术提取的水位与实测水位相比仍有一定差距.波形重跟踪是提高卫星测高精度的一项关键技术.现有重跟踪算法中,改进阈值重跟踪算法(Improved Threshold Retracker, ITR)因其计算简便、精度高得到了广泛应用.但该算法需要外部信息作为参考,因此具有一定的局限性.基于此,本文对ITR进行了优化,根据湖库水面近似水平的特点,不依赖外部信息可以自动从多个子波对应的水位中确定正确的水位.选择东平湖和峡山水库为试验区,基于Sentinel-3A/B合成孔径雷达高度计观测数据,对比了优化后的ITR、多回波波峰一致重跟踪算法(Multiple Waveform Persistent Peak retracker, MWaPP)和重心偏移重跟踪算法(Offset Centre of Gravity retracker, OCOG)提取水位的精度.结果表明,优化后的ITR精度最高,平均均方根误差为6.5 cm,与MWaPP和OCOG相比,精度分别提高了2.7 cm和24.2 cm.同时,该算法进行重跟踪时成功率较高,性能稳定,受...     

蒸发波导对GNSS海面反射信号有效散射区域的影响

蒸发波导在海洋低空的发生概率高达90%,对舰船雷达、通信等电磁系统具有重要影响.为了分析利用GNSS卫星海面反射信号的时延-相关功率波形反演蒸发波导的可行性,本文提出了GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域的概念,并将有效散射区域内的GNSS反射信号区分为GNSS标准反射信号和GNSS波导反射信号;然后,利用射线追踪方法,仿真分析了GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域大小对蒸发波导的关键参数——波导高度的敏感性,并分析了在时延-相关功率波形上利用反射信号的传播时延将二者分离开的可行性.结果表明,GNSS卫星海面反射信号的有效散射区域对蒸发波导高度非常敏感,对于2~25 m高的GNSS反射信号接收天线,当蒸发波导的高度由0 m增加至20 m时,GNSS反射信号有效散射区域半径的均值可由约14 km迅速扩展至约160 km;采用高度角足够大的GNSS卫星可以将有效散射区内的GNSS标准反射信号与GNSS波导反射信号在时延-相关功率波形上分离开.

     

利用多年卫星测高资料研究南海上层环流季节特征

利用10年高精度卫星测高海面高异常网格资料,联合EGM96稳态海面地形模型,构成南海海域合成海面地形的时间序列,并计算了各个时期的南海表层地转流场. 利用卫星跟踪漂流浮标观测结果与相应时期南海地转流场进行对比验证,结果显示本文结果可以很好地反映南海海域一些中小尺度的环流特征. 根据南海各季节多年平均表层环流场结构,对南海环流周年变化规律和季节特征进行了初步的探讨. 研究结果表明,南海表层环流始终处在不断演变过程之中,在时间和空间上都表现出明显的多尺度特征.     

FFT和DFT在地震数据采集器幅频特性测试中的应用

在进行地震数据采集器的幅频特性测试中,当标定信号频率稍高时(约为采集器采样率1/5以上),采集器输出的正弦波形发生畸变,无法人工读取正弦波峰值.为了解决该问题,本文提出了基于离散傅里叶变换(DFT)的积分恢复算法,将该方法与快速傅里叶变化(FFT)谱分析方法同时应用于一台高精度地震数据采集器的幅频特性测试数据处理.结果表明这两种算法均能标准化、高精度地完成采集器幅频特性标定数据的计算.其中基于DFT的积分恢复算法的计算程序操作简单,能够高效率地完成数据采集器的幅频特性检定工作;并且该方法还可以应用于地震数据采集器的线性度测试.     

应用多种来源重力异常编制中国海陆及邻区空间重力异常图及重力场解读

本文通过分析陆地实测空间重力异常数据、海洋船载测量空间重力异常数据、卫星测高重力异常,布格重力异常数据、EGM2008地球重力模型数据等多种来源数据的性质和精度,并对相关数据进行对比,研究了编制1:500万中国海陆空间重力异常图的数据使用方案和技术方法.在地形较为平坦、实测数据分布均匀的陆区,使用实测数据,在地形复杂,实测数据稀少以及没有实测数据的陆区或岛屿,利用布格重力异常反推空间异常的方法合成平均空间重力数据,西藏地区的数据对比实验证明合成平均空间重力异常数据是一种有效的数据补充.利用三观测列方差分解法在南海地区对船载测量空间重力数据和美国SS系列及丹麦DNSC08GRA卫星重力数据进行了方差分解计算,结果表明不同来源的卫星测高重力数据具有很大的一致性,数据精度较以往有了很大的提高.海区空间重力数据使用原则是在船载重力测量数据校准下,全面使用卫星测高重力数据进行编图.海陆过渡区的异常处理应以EGM2008地球重力模型重力场为基准参考场,实现海陆异常平缓过渡,无缝连接.对中国海陆空间重力异常场进行了小波变换处理,对空间重力异常场进行了解读,勾画出三横四竖的一级重力梯级带及其所围限的8个一级重力异常区,并划分了二级重力异常区和梯级带,为块体构造学体系中大地构造格架的建立提供了地球物理证据.     

联合多代卫星测高和多源重力数据的局部大地水准面精化方法

本文研究了基于泊松小波径向基函数融合多代卫星测高及多源重力数据精化大地水准面模型的方法.分别以沿轨垂线偏差和大地水准面高高差作为卫星测高观测量,研究了使用不同类型测高数据对于大地水准面建模精度的影响.针对全球潮汐模型在浅水区域及部分开阔海域精度较低的问题,引入局部潮汐模型研究了不同潮汐模型对于大地水准面的影响.数值分析表明:相比于使用沿轨垂线偏差作为测高观测量,基于沿轨大地水准面高高差解算得到的大地水准面模型的精度更高,特别是在海域区域,其精度提高了2.3 cm.由于使用沿轨大地水准面高高差作为测高观测量削弱了潮汐模型长波误差的影响,采用不同潮汐模型对大地水准面解算的影响较小.总体而言,船载重力及测高观测数据在海洋重力场的确定中呈现互补性关系,联合两类重力场观测量可以提高局部重力场的建模精度.     

Merging of Airborne Gravity and Gravity Derived from Satellite Altimetry: Test Cases Along the Coast of Greenland

The National Survey and Cadastre - Denmark (KMS) has for several years produced gravity anomaly maps over the oceans derived from satellite altimetry. During the last four years, KMS has also conducted airborne gravity surveys along the coast of Greenland dedicated to complement the existing onshore gravity coverage and fill in new data in the very-near coastal area, where altimetry data may contain gross errors. The airborne surveys extend from the coastline to approximately 100 km offshore, along 6000 km of coastline. An adequate merging of these different data sources is important for the use of gravity data especially, when computing geoid models in coastal regions.The presence of reliable marine gravity data for independent control offers an opportunity to study procedures for the merging of airborne and satellite data around Greenland. Two different merging techniques, both based on collocation, are investigated in this paper. Collocation offers a way of combining the individual airborne gravity observation with either the residual geoid observations derived from satellite altimetry or with gravity derived from these data using the inverse Stokes method implemented by Fast Fourier Transform (FFT).     

测高重力内区效应的推导与计算

为了提高测高重力恢复计算的精度,本文利用新方法计算沿轨测高垂线偏差分量,并在对逆Vening-Meinesz公式的FFT算法进行分析的基础上导出了内区效应的计算公式.结果证明内区效应与逆Vening-Meinesz公式奇异区内垂线偏差分量的梯度及奇异区面积的大小有关,与重力异常计算点及其附近的奇异区内的垂线偏差无直接关系.最后利用ERS_1卫星测高数据,根据本文提出的方法计算垂线偏差分量,采用本文导出的内区效应公式计算了北大西洋6°×6°区域内区效应对测高重力结果的影响.     

一种新的基于局部重力图逼近的组合匹配算法

惯性导航系统定位误差随时间积累发散,利用重力场辅助惯性导航已成为组合导航领域的新方向,该技术对实现潜艇无源定位意义重大.首先利用二维高斯基函数对局部离散格网重力异常基准图进行逼近获取其解析表达式,在此基础上对传统相关极值匹配算法进行重新建模,采用拟牛顿BFGS非线性寻优方法对该模型进行解算,最终完成基于连续解析形式重力异常基准图的相关极值匹配算法设计.为进一步提高算法性能进行以下两点改进:(1)采用TERCOM算法进行预匹配以缩小寻优范围提高寻优速度;(2)采用差分法减小实测过程中Eötvös效应对重力匹配的影响.最后在2'×2'卫星测高反演重力异常数据库基础上进行了三组对比仿真实验,从实验结果可以看出,在重力测量误差、系统误差及初始定位误差较大的情况下,通过该组合匹配算法获得的匹配定位仍能以较高的精度跟踪真实航迹,且其性能较传统单一匹配算法有较大提高.     

一种新的基于局部重力图逼近的组合匹配算法

惯性导航系统定位误差随时间积累发散,利用重力场辅助惯性导航已成为组合导航领域的新方向,该技术对实现潜艇无源定位意义重大.首先利用二维高斯基函数对局部离散格网重力异常基准图进行逼近获取其解析表达式,在此基础上对传统相关极值匹配算法进行重新建模,采用拟牛顿BFGS非线性寻优方法对该模型进行解算,最终完成基于连续解析形式重力异常基准图的相关极值匹配算法设计.为进一步提高算法性能进行以下两点改进:(1)采用TERCOM算法进行预匹配以缩小寻优范围提高寻优速度;(2)采用差分法减小实测过程中Eötvös效应对重力匹配的影响.最后在2'×2'卫星测高反演重力异常数据库基础上进行了三组对比仿真实验,从实验结果可以看出,在重力测量误差、系统误差及初始定位误差较大的情况下,通过该组合匹配算法获得的匹配定位仍能以较高的精度跟踪真实航迹,且其性能较传统单一匹配算法有较大提高.     

Contribution of satellite altimetry data in the geophysical investigation of the Red Sea Region, Egypt

Successful development of geodetic satellite missions has aroused new interest in determining global and regional gravity field based on satellite data. Satellite altimetry data enable direct determination of the geoid over sea regions. In Egypt, where land and marine geophysical data are inadequate because of rough topography and economic reasons, the use of satellite altimetry data is of special importance. The northern Red Sea region has been selected as a site for case study of the current research, after applying spectral analysis to reveal near-surface structure, the residual geoid of the studied region shows a good correlation with the known geologic features. Moreover, satellite-based gravity data enhance small-scale features and agrees well with land and marine gravity data. Thus, geoid undulation and satellite gravity data can be a complementary source of data to determine near-surface and deep structures.     

Gravity Anomaly Map over The Black Sea Using Corrected Sea Surface Heights from ERS1, ERS2 and Topex/Poseidon Satellite Altimetry Missions

Approximately nine-year data from ERS1, ERS2 and TOPEX/POSEIDON (T/P) satellite altimetry missions have been used for the recovery of gravity anomalies over the Black Sea. The Corrected Sea Surface Height product of Aviso/Altimetry has been proven to be homogeneous after a cross-over adjustment. The Least Squares Collocation method was applied in a so-called remove-restore procedure. The residual geoid heights, obtained by subtracting EGM96 geoid heights from cross-over adjusted sea surface heights, were inverted to recover residual gravity anomalies in a grid structure over the Black Sea. Finally, EGM96 free air gravity anomalies were added to the predicted residual gravity anomalies to obtain the free air gravity anomalies. In order to check the consistency with respect to an external source, these computed free air gravity anomalies were compared to ship gravity observations, and to alternative satellite altimetry derived gravity anomalies. Comparisons with the observed gravity data yielded that external consistency of the gravity anomalies computed in this study is about 3 mGal for individual ship tracks. Overall external consistency in the test area is 4.8 mGal. Comparison with other satellite altimetry derived gravity anomalies presented a good agreement.