基于波形分类的近海卫星测高数据自适应重跟踪方法

对卫星测高波形数据分类的聚类分析方法进行了改进,给出了一个用于确定最佳聚类数的有效性指标。以台湾海峡的Topex/Poseidon测高数据为例,对近海测高波形进行了分类研究,并分析了各类波形的最优重跟踪方法,在此基础上提出了近海测高波形重跟踪的自适应方法。对多个周期测高数据进行重跟踪实验,结果表明,自适应方法优于其他重跟踪方法,显著提高了近海测高数据的质量。     

基于贝塞尔曲线的波形重跟踪改进算法

针对贝塞尔曲线在拟合内陆湖泊复杂波形存在误差,进而影响波形重跟踪的问题,提出了一种基于主波峰提取的贝塞尔曲线拟合方法,并采用拟合后波形峰值的50%作为重跟踪点。对经过巢湖流域的CryoSat-2雷达高度计L1b数据进行处理得到了8月9日的水位值,观测水位的最大与实际水位相比仅相差0.12m,在与L2I数据中提供的水位值对比中发现,本文算法的结果与精度最高的改进的传统重心偏移（OCOG）算法对比,绝对值差值最大值和最小值分别为0.870 m和0.087 m,均方根误差为0.770,相关系数为0.892．均优于L2I中的改进的用户定制法（CFI）和伦敦大学学院法（UCL）算法,同时本文算法可以得到更多有效观测值,保证了水位观测的连续性。     

合成孔径雷达高度计的波形重跟踪与仿真试验分析

基于初步研究获得的合成孔径雷达高度计卷积模型,推导获得合成孔径雷达高度计波形关于时间偏移、合成上升时间、信号幅度3个参数偏导数的卷积计算公式,利用数值积分及傅里叶变换实现合成孔径高度计回波模型的重跟踪。在多个单位联合协同下,利用仿真轨道、对流层、电离层及潮汐等模型生成了合成孔径模式下的回波波形。对比表明,仿真生成的合成孔径模式下的回波波形与CryoSat-2卫星SAR模式下的回波波形整体形状一致。利用仿真波形数据进行重跟踪试验,结果表明在20Hz数据条件下(约350m分辨率),合成孔径模式下的重跟踪精度达到5cm,较之传统模式有一定的提高。     

Jason-2卫星阈值重跟踪算法比较

选取Jason-2卫星在中国南海北纬15°~18.5°范围1 276个波形数据,依据Threshold算法和SeaIce算法对波形进行重跟踪,得到不同阈值水平下的距离改正结果。结果表明:当星下点轨迹靠近陆地时,距离改正值增大。然后,依据不同方法、不同阈值水平对应的距离改正值对卫星观测的海面高实施修正,得到相应的海面高结果。作为验证,选取法国国家太空研究中心(CNES)发布的海面高作为外部检核条件。将修正后的海面高与CNES公布的海面高进行较差比较,较差值的统计分析表明:SeaIce重跟踪算法在阈值水平为50%时,差值的标准差明显小于其他方法的计算结果。     

采用极值法计算贝加尔湖水位变化

以贝加尔湖为例,利用Jason-1测高卫星7年(2002—2008)、Jason-2测高卫星8年(2009—2016)的波形数据,采用极值法对波形进行重定,计算贝加尔湖水位异常时间序列。通过重定前后提取的湖面水位时间序列与4个实地测量站数据进行对比,发现波形重定前后的卫星测高水位变化数据与测量站数据差值的平均值能提高2 cm左右,波形重定后标准差相较波形重定前能提高40%左右,表明采用极值波形重定算法能显著提高卫星测高数据精度,可以作为一种计算波形改正数的方法。     

卫星测高波形重定方法的改进研究

在对现有波形重定方法深入研究的基础上,对β参数法进行改进;并以呼伦湖为例,利用波形重定方法对TOPEX/Poseidon测高卫星(1993～2001年)Pass27的波形进行重定,得出经波形重定后的结果精度比未重定的GDR结果精度提高近2倍的结论,证明了波形重定方法可以显著提高受陆地和浅水区域水底地形等影响的波形数据的测高精度.     

卫星测高数据监测青海湖水位变化

为了验证Cryosat-2/SIRAL数据监测湖泊水位的能力,提高其提取湖泊水位变化的精度,以青海湖为研究对象,利用主波峰重心偏移法、主波峰阈值法、主波峰5-β参数法、传统重心偏移法、传统阈值法和传统5-β参数法6种算法对Cryosat-2/SIRAL LRM 1级数据进行波形重跟踪,提取青海湖2010—2015年湖泊水位,对比不同算法获取水位的精度,并结合Envisat/RA-2 GDR数据,延长水位变化时间序列,获得青海湖2002年—2015年的水位变化信息。结果表明,主波峰5-β参数法提取湖泊水位的精度最好,均方根误差为0.093 m;对于GDR产品中LRM模式的3种数据,基于Refined OCOG算法的数据更适合湖泊水位的提取;青海湖2002年—2015年水位整体上涨,水位平均变化趋势为0.112 m/年,年内水位变化呈现明显的季节性。     

基于多源卫星测高数据的青海湖水位变化研究

针对单颗卫星空间、时间分辨率受限及湖泊边界复杂地形条件引起湖泊监测精度较低的问题,提出结合多源卫星测高数据监测水位变化并建立边界缓冲区筛选数据的方法。以青海湖为研究对象,基于ERS-1/2、Envisat、Cryosat-2测高数据,构建了1995—2021年近26 a的水位时间序列,结合Grace卫星数据分析湖泊水位、面积、水储量与气候因素间的关系。结果表明：青海湖水位以2004年为节点呈现先下降后上升的变化,整体上升2.97 m,增长量为0.114 m/a,季节性变化明显,与降水量、径流量和蒸散发量相关系数分别为0.295、0.66、-0.24;湖泊面积与水位变化趋势一致,增长量为9.66 km²/a, 2001—2020年等效水柱高增长量为1.68 mm/a,与水文站及其他湖泊库水位序列相关系数均在0.9以上,具有良好基一致性。     

顾及陆湖反射差异的卫星测高监测湖泊水位的波形分析与重定

以Jason-2卫星雷达测高数据监测洪泽湖水位为例,分析了湖泊水位沿卫星轨迹呈"V"字形分布的原因。分析发现：由于湖泊面积相对较小,受陆地影响,测高波形中陆地反射信号占主导地位,水面反射产生的上升前缘非常小,导致波形跟踪出错。解释了波形形成的机制、造成水位计算错误的原因,结合遥感影像证明了解释的正确性,并给出了相应的波形重定算法。结果表明,该重定算法优于常用的波形重定算法,剔除异常值后水位标准差为0.09 m,为湖泊区域的测高数据处理提供了一种参考。     

利用卫星测高监测高邮湖水位变化

以高邮湖为例,利用Jason-1测高卫星6年(2003—2009年)和Jason-2测高卫星3年(2009—2012年)的GDR数据,经过数据编辑和地球物理改正,通过分析高邮湖水位变化的时间序列,得出高邮湖水位的下降趋势;通过分析水位变化的周期,得出高邮湖水位变化的周期为1.5年。结果表明利用卫星测高对内陆湖泊水位变化进行监测具有一定的可行性。     

基于卫星测高数据的萨德湿地水位变化研究

以萨德湿地为例,使用ENVISAT和Jason2卫星测高数据利用改进的阈值法进行回波重定,反演萨德湿地水位。结果显示:萨德湿地的恒定水域水位变化规律。通过对比萨德湿地和维多利亚湖的水位变化可以发现,维多利亚湖对萨德湿地南部水域水位有巨大的影响,且影响与人类活动(尤其是欧文瀑布大坝的水能发电)有很大的关系,而位于大坝下游的阿尔伯特湖水位变化和萨德湿地南部水域水位变化有很强的相关性。     

利用卫星测高资料监测长江中下游湖泊水位变化

利用Envisat 1卫星的GDRs数据,根据适当的数据编辑准则,进行了必要的地球物理改正之后,研究分析了长江中下游鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖的水位变化及其与气候环境的关系,为长江流域水位变化与气候变化的长期性研究提供了一种有效的手段和     

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。     

利用ENVISAT测高数据监测青海湖水位变化

使用2002年10月～2006年2月的ENVISAT SGDR数据,并利用重跟踪技术实施了距离等相关改正之后,计算了青海湖的水位变化;同时分别利用EGM96、青海省的似大地水准面模型计算了青海湖的正高和正常高相应水位变化,并与青海湖下社站的水文观测数据进行了验证.研究结果表明,利用波形重跟踪技术在某种程度上可以改进内陆水域的距离精度,能够较好地监测出青海湖的水位变化.     

基于Laplace方程的垂线偏差法反演全球海域重力异常

海洋重力场模型反演的质量主要依赖于采用测高数据的精度、空间分辨率和数据分布密集程度。本文联合Geosat GM/ERM、ERS-1 GM/ERM、TOPEX/Poseidon、Envisat、Cryosat-2、Jason-1 ERM/GM和SARAL/AltiKa等多种测高观测数据集,深入比较了多种波形重跟踪算法的效果,回波数据重跟踪处理后的沿轨海面高标准差。统计表明,Sandwell算法优于MLE-4算法、Davis阈值法、改进阈值法和β参数拟合法;基于不同测高数据波形重采样的结果给出了沿轨海面梯度计算中低通滤波的参数选择方法,并采用Sandwell提出的垂线偏差法,反演了全球海域1′×1′的重力场模型。检核表明,反演结果与DTU13和SIO V23.1模型检核的差值均方根分别为3.4、1.8 mGal,与NGDC船测数据的检核精度为4～8 mGal,且本文模型在部分典型海区内精度更优。     

长江口EnviSat测高数据的波形分类重构分析

采用波形分类重构算法处理EnviSat卫星从2002年10月至2010年5月在长江口近岸海域28°N~32°N、121°E~125°E范围内的波形数据。该区域内海洋波形、波形后缘前端出现峰值的波形、波形后缘后端出现峰值的波形、似镜面波形和复杂波形分别占89.03%、2.95%、0.45%、3.31%和4.26%。根据不同的波形类别采用不同波形算法进行波形重构。同时,分析了不同重构算法之间的系统偏差,并据此确定OCOG算法、Threshold算法和子波形算法的最优阈值水平分别为65%、45%和50%。重构结果表明,波形分类重构算法优于其他波形重构算法,能有效改善原始海面高的精度,改善程度在16.62%~53.86%之间。此外,重构后交叉点差值小于重构前的交叉点差值,与轨迹P089、P411形成的交叉点的海面高差值由1m降低到25cm左右,其余交叉点的差值均在2~6cm。     

Geosat／GM波形重跟踪反演中国沿海区域重力异常

利用Geosat/GM测高波形数据,在中国海域内(117°E～129°E,21°N～41°N)比较了阈值法、Beta5和改进阈值法三种重跟踪算法.分析表明,改进阚值法优于其他两种重跟踪方法.由改进阈值法的测高数据.分别采用最小二乘法(least sqlilare collocation,LSC)和逆Vening-Meinesz(IVM)计算了卫星测高重力异常,并与船测重力数据进行了比较.结果显示,LSC的精度优于IVM.与KMS02和Sandwell & Smith V15两个重力场模型相比较,本文结果在东海优于这两个模型,在台湾海域结果稍差,需要融合ERS-1等其他数据进一步提高精度.     

《卫星雷达测高波形重定及应用》内容简介

本书由郭金运、常晓涛、孙佳龙、高永刚编著。卫星测高技术采集了大量海洋和陆地资料,为大地测量学、地球物理学和海洋学等研究提供了基础数据,但是在近海、冰面和陆地上的测高数据质量却严重下降。波形重定技术是测高数据质量改善的重要方法之一。本书介绍了卫星测高原理和数据处理方     

基于卫星测高的湖泊水位监测及预测方法研究

以洪泽湖为例,研究多代测高卫星不同版本测高资料的数据编辑、地球物理改正、波形重定方法;利用误差改正后的数据计算洪泽湖2010年1月至2018年12月的年度、季度与月度水位异常时间序列,分析得到洪泽湖水位的变化规律及水位异常时间;利用BP神经网络模型结合气温、降水、卫星测高数据,预测洪泽湖2019年部分月份的水位,并与测高所得水位进行比较.研究结果表明,利用卫星测高对内陆湖泊水位变化进行监测具有一定的可行性,利用神经网络模型对内陆湖泊水位进行预测具有一定的准确性.     

基于Cryosat和Jason1GM数据的垂线偏差计算与分析

针对不同时空分辨率测高数据对测高垂线偏差计算结果的影响,联合使用Jason1波形数据和Cryo-sat数据,在对波形重跟踪处理和海面时变效应消弱预处理后,采用Sandwell方法和加权最小二乘法计算了三个典型区域的垂线偏差分量。研究结果与EGM2008模型检核表明,低轨道倾角的Jason1大地测量任务数据能有效提取垂线偏差东西分量信息,联合高轨道倾角的Cryosat测高数据可以提升垂线偏差计算精度,而引入重力场模型作为参考场可以进一步改进垂线偏差计算结果。