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HY-2高度计有效波高提取算法研制

发布时间:2020-10-18 12:02
   HY-2卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,将于2011年7月份发射。有效载荷卫星高度计可以测量卫星到海面的距离、海面有效波高和海面风速,这些数据进一步分析可以得到瞬时海面高度、海面动力高度、海洋重力场等海洋信息。有效波高是高度计首先得到的二级数据产品,并且在海面高度的获取过程中需要用到该产品,因此有效波高的准确获取具有重要意义。 本文研究了有效波高信息提取方法。首先以Jason-1波形作为示例数据,研究了有效波高信息提取流程,包括回波类型判断、波形筛选方法等,然后与Jason-1GDR有效波高进行对比以检验该流程的准确性。 将该流程应用于HY-2校飞数据,为了与Jason-1 1秒和50毫秒结果分别进行对比,对HY-2校飞数据进行两种范围的处理,并且在波形上进行了对比。对结果进行了讨论并分析了HY-2校飞有效波高信息提取结果与Jason-1结果差别较大的原因。
【学位单位】:国家海洋局第一海洋研究所
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2011
【中图分类】:P731.22
【部分图文】:

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3Envisat Jason-2图 1-1 各代测高卫星示意图国自 1986 年开始机载雷达高度计的研制工作。作为“八五”重点攻研究海洋局地动态过程,同时为星载海洋雷达高度计的研制提供技95 年中国科学院空间中心与长春地理研究所研制出机载飞行样机。青岛飞行试验成功,获得了海面高度和浪高数据[9,10],但脉冲压缩比率都较低。目前发射的星载高度计只有 2002 年 12 月神舟四号飞船上波遥感器,这是我国第一次进入太空的微波遥感器。多模态微波遥

示意图,窄波束,宽度测量,波束宽度


在高度计系统的设计中考虑的一个主要因素是海表面上的面积,在这个面积上测量高度计到平均海表面的距离。为了滤除海表面重力波的影响,这个足印大小应该足够大。为了解决以斜压中尺度变化为特征的第一斜压 Rossby 半径变形和使波场和风导致的海表面粗糙度(如归一化雷达散射截面0σ )在足印上是同性质的,足印大小也应该足够小。1-10km 的足印直径满足以上所有规则。足印面积能够通过脉冲持续时间来定义,在这个面积上高度计估计出到星下点平均海平面的距离。迄今为止,已发射的高度计 Seasat 天线直径为 d=1.6m,Geosat 天线直径为 d=2.1m,ERS-1 和 ERS-2 天线直径为 1.2m,T/P 天线直径为1.5m。在 T/P 轨道高度 R=1336km 上,1.5m 天线直径在海表面上对应的波束有限足印直径大约为 25km。因为发射脉冲以球面波的形式沿着远离天线的方向传播,所以短脉冲前沿到达海表面最近的点的时间不依赖于天线的方位角。只要方位角不超过天线的半波束宽度,那么脉冲高度计的距离测量就对方位角不敏感。

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频率是 Ku 波段 13.9GHz、C 波段 5.3GHz,因此,与粗糙海面相互作用的机理不是中高频雷达波与海面相互作用的一阶或二阶 Bragg 散射。在小于 15°的入射角范围内,微波信号的波长(cm 级)远小于大尺度的海面波(m 级),信号的后向散射分量是近法线方向,其散射机理可视为“准镜面点散射”,即海面是由许多随机独立的平滑小面组成,高度计天线接收的信号是由天线法线方向指向的平滑小面后向散射产生的。如图 2-2,由高度计天线发出的线性调制脉冲(chirp 脉冲)以球面波形式传播到海面,首先到达海面的脉冲前沿在海面照明区域内形成一个亮点,然后整个脉冲逐渐与海面相接触,照亮区域从一个点扩大到一个圆,对应的高度计接收能量从零逐渐增大,形成一个上升沿。达到最大照亮圆后随着时间的增加,照亮区域形成圆环,并且内环和外环的半径逐渐扩大,同时圆环的面积大小不变始终等于最大的圆面积,因此,高度计接收的回波能量应该保持在最大值。但是由于是星下点接收,随着圆环半径逐渐增大时,回波波形会出现一个缓慢的下降沿。如图 2-2 所示。回波曲线如 2-3 所示。
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本文编号:2846272

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