海洋二号卫星高度计有效波高的验证与校准

本文选取与海洋二号(HY-2)卫星高度计同步的Jason-1和Jason-2有效波高数据以及同步的浮标数据对HY-2卫星高度计观测的结果进行验证,结果表明HY-2观测的有效波高存在0.3—0.4 m的误差;通过HY-2数据和同步的浮标数据的拟合得到HY-2数据的校准关系式,并比较校准后的HY-2有效波高数据与Jason-1和Jason-2数据,表明校准后的HY-2数据能够更好地反映海面的真实状况。     

天宫二号近天底角交轨干涉SAR的海洋涡旋探测

海洋涡旋是海洋科学研究的一个重要分支,在海洋热循环中起着重要的作用。传统的卫星高度计通常能够探测到水平尺度超过100 km的中尺度涡旋,但是由于其分辨率较为粗糙,对于1—100 km的亚中、小尺度涡旋难以探测。天宫二号搭载的三维成像微波高度计（InIRA）是国际上第1个可以用于进行海面高度测量的Ku波段干涉SAR,为观测和研究海洋亚中、小尺度涡旋提供了数据来源。InIRA不仅可以获取海洋涡旋2维SAR图像,同时通过两个天线获取复图像间的干涉相位,能够获取涡旋海表面高度异常,为海洋涡旋的探测研究提供了新的可能。本文基于天宫二号InIRA数据,开展了海洋涡旋探测的研究,提出一种通过计算涡旋海面相对高度变化实现海洋涡旋探测的方法。通过对InIRA涡旋数据的处理与分析,发现该方法能够实现海洋涡旋的探测,并利用MODIS叶绿素浓度数据和海表温度数据对海洋涡旋探测结果进行了验证。     

中分辨率机载海洋雷达高度计系统分析及接收系统的研制

本文简要介绍了海洋雷达高度计的工作原理，分析了定时抖动、时钟精度及回波中的固有噪声等因素对高度测量造成的影响，讨论了“全去斜坡”等接收系统的关键技术，研制出了中分辨率机载海洋雷达高度计接收系统，并且与发射系统联调取得了成功。系统分辨率达到了５ｎｓ的设计需求。     

星基反演TEC与地基GNSS TEC数据融合可行性分析

卫星测高、DORIS(Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite)和无线电掩星等星基观测技术具有不受地表形态限制的全球观测范围,能够作为地基全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)电离层反演在海洋区域的补充观测。然而星基观测电离层高度范围仅限于低轨卫星轨道面以下,无法覆盖整个电离层高度范围,因此不能直接用于与地基GNSS反演的电离层总电子含量(total electron content, TEC)格网融合。针对DORIS观测反演的相对斜向总电子含量(slant total electron content,STEC),以全球电离层TEC格网(global ionosphere maps total electron content, GIM TEC)为基准,采用整体偏移方法将两者归算至统一观测尺度上;而卫星测高和GNSS掩星电离层产品则选取国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)组织提供的全球电离层TEC格网中均方根(root mean square, RMS)误差小于2 TECU的区域作为基准,采用2014年1月份低轨卫星观测值反演的TEC和GIM TEC数据进行对比,统计Jason-2和COSMIC(Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate)卫星反演的TEC与GIM TEC之间基于比例因子的函数关系,并将不同的观测手段归算到统一的观测尺度上,对比归算前后的TEC产品差异。并根据反演产品附近的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)电离层穿刺点数量进行分类,验证星基电离层反演精度的有效性。对比结果显示,卫星测高、DORIS和掩星3种星基技术归算后的TEC产品与GIM TEC的匹配度在地基观测密集区域均能达到较好的符合度,而在地基观测不足区域符合度存在明显差异。考虑星基观测精度不受地域限制的特性,可认为该海洋区域的差异是由于星基观测在海洋区域观测精度比地基GNSS观测精度更高,星基观测反演的电离层TEC产品可作为海洋地区地基电离层TEC观测的有效补充。     

小型延时多普勒雷达高度计

延时多普勒雷达高度计（Delay Doppler Radar Altimeter,DDA）是采用孔径合成技术进行高度测量的雷达高度计。与传统雷达高度计相比,DDA沿航迹方向分辨率提高了10倍,发射峰值功率降低了10dB,测高精度提高到2cm。采用DDA技术可以使仪器测量精度更高、空间分辨率更高、功耗更低,易于实现小型化。DDA代表了新一代的卫星测高技术,特别适合海洋、海岸带和极冰的测量。该文就DDA测量机理、波形仿真和精度分析进行了研究。     

SZ-4雷达高度计及其在轨测量结果

SZ-4雷达高度计搭乘神舟4号飞船（SZ-4）于2002年12月30日发射入轨,按预定模式工作,获得了大量有效的观测数据。SZ-4雷达高度计是中国第一个上星工作的实验性海洋雷达高度计,为中国海洋动力环境卫星的发展奠定了基础。本文系统地论述了SZ-4雷达高度计系统方案、系统实现和在轨测量结果。     

多源卫星遥感影像时空融合研究的现状及展望

高空间分辨率的地表或者大气环境动态监测需要高时间-空间分辨率的卫星遥感影像作为数据支撑,但由于卫星传感器硬件技术及卫星发射成本等客观因素的限制,使得获取高时空分辨率遥感影像的较为便捷高效、低成本的可行手段就是将分别具有高时间和高空间分辨率的多源遥感影像进行时空融合,从而生成不同研究和应用所需的高时空分辨率卫星影像。现阶段,虽然国内外的学者进行了大量的时空融合算法研究,但是这些研究都局限于特定的数据类型、算法原理、应用目的等客观限制,而且其发展呈现出多样性。本文对现有主流的时空融合算法研究进行了归纳总结,将其分为4种:(1)基于地物组分的时空融合;(2)基于地表空间信息的时空融合;(3)基于地物时相变化的时空融合;(4)组合性的时空融合。同时,本文还对时空融合算法中存在的问题和面临的挑战进行了分析,并对其未来的发展方向进行了前瞻性的展望。     

HY-1C/D海洋水色卫星产品体系及其典型应用

海洋一号C星(HY-1C)和海洋一号D星(HY-1D)是中国首次对地观测组网的海洋水色业务化应用卫星,其上搭载了海洋水色水温扫描仪COCTS (Chinese Ocean Color and Temperature Scanner)、海岸带成像仪CZI(Coastal Zone Imager)、紫外成像仪UVI (Ultra-Violet Imager)、星上定标光谱仪SCS (Satellite-based Calibration Spectrometer)和船舶自动识别系统AIS (Automatic Identification System),实现了全球海洋水色要素每天2次、海表温度每天4次的全球覆盖观测,中国近海及海岸带区域每3天2次的50 m高分辨率观测。本文介绍了HY-1C/D卫星及其载荷性能、产品处理流程、产品分级与分发等相关信息,HY-1C/D卫星产品体系完整且数据产品处理与分发高效。同时阐述了HY-1C/D卫星的叶绿素a浓度估算和海表温度反演产品,以及HY-1C/D卫星数据在浒苔绿潮、海冰/极冰、近海养殖、内陆水体和台风云图等方面的典型监测应用且具有较好的产品质量、...     

“高分一号”卫星影像业务流程化处理平台研究

应用高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱、高重叠度等成像方式为对地观测提供大量数据的同时,也给数据处理和数据产品的生产带来了新的挑战。本文针对"高分一号"卫星影像的特点,通过对高分辨率卫星影像数据处理核心算法和一键式全流程自动化处理关键技术的研究,提出了一种主体基于C/S架构的业务流程化数据处理平台。该平台融合了GPU与CPU异构计算架构,能够根据不同卫星影像产品需求实现相应的业务流程化处理,有效提高了影像产品生产的自动化程度和业务灵活性。为了验证该平台的可行性,本文给出了实际的数据生产案例,结果表明,该平台能够实现"高分一号"卫星影像数据的业务流程化处理,能够在减少人工干预的同时生产各级影像校正产品和专题影像产品。     

CNMC方法改进北斗/伪卫星协同定位精度分析

目前北斗卫星导航系统在轨卫星数量有限,在山坳及高楼林立的"城市峡谷"等特殊环境中,卫星信号易受遮挡造成用户定位精度降低或中断用户定位的连续性,通过加入伪卫星可有效减弱用户可见北斗卫星数目不足的问题。在北斗卫星和伪卫星协同定位中,需要正确处理北斗卫星和伪卫星伪距观测值中的多路径,以获取更好的定位精度。目前CNMC方法可有效减弱北斗卫星伪距观测值中的多路径影响,但由于信号传播路径不同所导致的观测误差特性不同,该方法不能直接应用于伪卫星的伪距数据处理中。针对伪卫星多路径处理问题,本文对CNMC方法进行了改进。在实际伪卫星试验场中进行了北斗/伪卫星动态协同定位试验,结果表明:使用CNMC方法对北斗卫星和地面伪卫星的伪距观测值处理后,三维定位精度由2.326m改进到了1.936m,定位稳定性也得到提升。     

高分二号卫星影像融合方法探析

图像融合技术是卫星影像处理过程中的一个重要步骤,它可以将全色影像的高空间分辨率特点与多光谱影像的高光谱分辨率特点有机地结合起来,使得融合后的影像更利于后续解译。由于融合处理方法的原理以及获取影像的传感器特性不同,不同的卫星影像适合于不同的融合方法。针对高分二号卫星影像的特点,本文采用Gram-Schmidt融合法、FIHS变换方法、HPF方法、Pansharp方法进行试验。实验结果表明:HPF方法所得融合结果在光谱特性保持方法性能最优,而Pansharp方法融合结果在信息量的保持以及清晰度方面效果更优,因此,在实际应用中,应根据具体需求进行方法选择。     

海洋卫星测高及其反演全球海洋重力场和海底地形模型研究进展

海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。     

海洋测高卫星高度计定标理论与方法研究

正本文针对海洋测高卫星高度计的自主定标需求,兼顾新型双星串飞编队测高模式下高度计相对定标的研究需要,对卫星高度计定标理论与方法进行了研究。主要内容概括如下:(1)梳理了卫星高度计绝对定标的意义与研究现状,给出了常用绝对定标方法的实现原理,分析了各种方法的优缺点。(2)系统研究了海水温度、盐度对GPS浮标测量海     

近海多种卫星测高联合数据处理技术

海域海况复杂多变 ,潮汐不但受外海能量输入的控制 ,而且在复杂的海岸线、浅海海底和内陆河流运输的作用下变得异常复杂。卫星测高由于受复杂的海洋动力环境和陆地反射的影响 ,数据质量普遍较深海差。将多种卫星测高数据联合处理 ,可以大大提高近海海域平均海面高的精度与分辨率 ,增强测高卫星监测近海复杂动力现象与反演近海复杂动力机制的能力。本文讨论近海多种卫星联合数据处理的技术与方法 ,分别从提取海平面稳态和时变信息的角度较系统地研究了多种卫星测高联合数据处理方法 ,通过提取不同测高卫星海平面观测数据中与时间无关的系统偏差 ,建立多种卫星测高数据的海平面时变基准 ,从而将多种测高卫星海面监测数据融合到一个动力系统中。大大提高测高卫星海平面监测的时空分辨率 ,为联合多种卫星测高数据在大地测量与近海海洋动力学研究中的应用创造基本条件。     

多源重力场信息融合处理方法

针对如何有效融合陆海交界区域不同分辨率的多源重力数据,本文重点研究了最小二乘配置、多分辨率最小二乘配置和点质量建模理论的数据融合处理方法。通过对实验区的多源观测数据融合处理,结果表明,3种融合方法反演的陆地重力异常数据的外符合精度在3×10-5m.s-2左右。多分辨率最小二乘配置和基于点质量理论的多源重力信息融合处理方法,能够达到有效融合各种分辨率数据的目的。     

星载GNSS-R海浪有效波高反演模型构建EI北大核心CSCD

海浪有效波高是描述海况的重要参数,在海浪和海洋动力学的预测中起着重要的作用。然而,卫星雷达高度计和浮标等传统方法难以实现高时空分辨率的SWH估计。星载GNSS-R为估计SWH提供了一种思路。本文提出了一种基于归一化积分延迟波形反演星载GNSS-R海浪SWH的方法。首先,对星载GNSS-R延迟多普勒图进行去噪处理和数据过滤以便对DDM数据进行严格质量控制。然后,从DDM中提取NIDW,并基于NIDW计算4个GNSS-R观测值(即归一化积分时延波形的前沿斜率和前沿波形值之和,归一化积分时延波形的后沿斜率和后沿波形值之和)。随后,基于这4个观测值建立了星载GNSS-R海浪SWH反演经验模型。最后,分别将ERA5和AVISO SWH数据产品作为验证数据,并将反演模型的SWH估计结果与ERA5和AVISO SWH数据产品进行比较和分析。试验结果表明,当采用ERA5 SWH数据作为验证数据时,4个观测值反演SWH的均方根误差和相关系数分别优于0.66 m和0.65;当采用AVISO SWH数据作为验证数据时,4个观测值反演SWH的均方根误差和相关系数分别优于0.68 m和0.70。进一步表明了本文建模方法在星载GNSS-R SWH估计方面具有可行性和可靠性。     

高度计测距精度对沿轨迹重力异常反演的影响

应用求解沿轨迹重力异常的垂线偏差法以及求解空间分辨率的交叉谱分析法,建立了高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度以及空间分辨率的关联性模型。首先依据卫星测高原理,给出了沿轨迹重力异常的误差传播公式,然后以此为基础通过推导交叉谱分析中一致性系数与信噪比的数学表达式,建立了高度计测距精度与空间分辨率的解析关系。数值仿真结果表明:雷达高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度成正比关系,与空间分辨率成幂函数关系,即高度计测距精度提高m倍,沿轨迹重力异常反演精度提高m倍,全球海域平均空间分辨率提高m0.464 4倍。将数值仿真结果与相关文献中对实际测高数据的处理结果进行比较,验证了理论分析及模型的正确性。     

卫星雷达高度计近海波形重构算法进展研究

目前,制约卫星雷达高度计继续发展的一个主要问题是近海海域数据精度较低,并且大范围不可用。在现有的科技条件下,解决该问题的有效方法是波形重构。本文首先介绍了卫星雷达高度计回波波形形成原理,接着对几种用于近海的经典波形重构算法以及几种改进算法做了综述。     

中国地球观测遥感卫星发展现状及文献分析

近40年来,中国的地球观测遥感卫星技术发展取得了卓越的成就,已经形成了陆地、气象和海洋3大卫星系统,正在广泛服务于中国的自然资源调查、海洋环境保护、气象灾害预测和国家重大工程等诸多领域。本文回顾了3大卫星系统的发展历程,剖析中国地球观测遥感卫星的发展现状与内在特点,归纳总结在轨卫星的文献研究热点。研究发现,中国3大遥感卫星系统的发展并不均衡,气象卫星业务较为成熟,陆地卫星发展最为迅速。遥感卫星的文献研究数量总体偏少,应用研究亟待提升。后续规划和发展应考虑陆地卫星的轨道高度差异性和波谱范围的互补性,同时增加气象和海洋卫星数量,提升卫星传感器的探测能力和时空分辨率,尤其是加快海洋卫星的业务应用能力。此外,学者们需要进一步加大国产遥感卫星数据的使用力度,加强卫星遥感数据的应用研究以进一步提升中国地球观测遥感卫星的业务能力与国际影响力。     

多源卫星观测的全球海洋次表层温度异常信息提取

基于表层卫星遥感观测的中深层海洋遥感对于了解海洋内部异常及其动力过程有重要意义。如何从现有的海洋表层遥感观测资料提取海洋内部关键动力环境信息场是具有挑战性的海洋遥感技术前沿。本文采用支持向量回归(SVR)方法,通过卫星遥感观测获取的多源海表参量(海表高度异常(SSHA)、海表温度异常(SSTA)、海表盐度异常(SSSA)和海表风场异常(SSWA)),选择最优参量输入组合,感知海洋次表层温度异常(STA),并用实测Argo数据作精度验证。结果表明SVR模型可准确估算全球尺度的STA(1000 m深度以浅);当SVR输入变量为2个(SSHA、SSTA)、3个(SSHA、SSTA、SSSA)、4个(SSHA、SSTA、SSSA、SSWA)时对应的平均均方差(MSE)分别为0.0090、0.0086、0.0087,平均决定系数(R2)分别为0.443、0.457、0.485。因此,除了SSHA和SSTA外,SSSA与SSWA的输入对SVR模型的估算有积极影响,有助于提高STA的估算精度。在全球增暖与减缓背景下,该研究可为从表层卫星遥感观测提取海洋内部热力异常信息研究提供重要技术支持,有利于拓展卫星对海观测范围。