IGDR数据用于高度计定标先期计算的可行性

针对拟开展的Jason-3卫星高度计定标试验,分析了利用IGDR数据先期计算定标结果的可行性。介绍了基于GPS浮标的直接绝对定标方法,设计了IGDR数据用于定标计算的可行性评估方法,利用经过全球4大定标站海域的数据比较了IGDR、GDR数据计算定标结果的差异。结果表明:通过两种数据计算的定标结果之间没有明显的系统性偏差,其差异的不确定性约为1cm;相对于传统定标站GDR定标结果 3cm量级的标准差,该不确定性对于定标结果的一致性影响不大,在定标试验中可使用IGDR先期进行定标计算。

卫星高度计定标中GPS浮标测量海面高的FIR低通滤波方法

针对GPS浮标用于卫星高度计定标时需要从瞬时海面高观测值中提取平均海面高的需求,研究了其有限冲激响应低通滤波方法。分析了窗函数设计法中几种窗函数的幅频响应特性,讨论了低通滤波器截止频率的确定原则,给出了滤波器阶数的确定方法。基于浮标测量海面高仿真序列的计算结果表明,不同窗函数的滤波效果相差不大;实际定标应用中滤波器的截止频率可设计为需要滤除海浪信号最低频率的一半,滤波器阶数可根据此设置频率计算得到。

海洋测高卫星高度计定标理论与方法研究

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。

验潮站和深海压力仪用于卫星高度计性能评估的可行性分析

在传统卫星高度计定标途径之外,探索了远海孤岛验潮站和深海压力仪分别用于卫星高度计性能评估的可行性。采用Harvest石油平台验潮站、1890000号验潮站和21419号深海压力仪,计算了Jason-3测量海面高偏差以及Jason-2、Jason-3海面高之间的相对偏差。由3种设备得到的Jason-3海面高偏差序列的标准差分别为3.98、2.87、8.61 cm,Jason-2、Jason-3海面高之间的相对偏差(Jason-3—Jason-2)分别为-3.62±2.17、-2.58±1.97、-2.60±1.30 cm,与国外定标站计算结果相比较,结果表明:Jason-3海面高相比于Jason-2海面高低约3.0 cm;选用的深海压力仪适合用于Jason-2、Jason-3之间海面高相对偏差的计算,但不适用于单颗卫星的定标或性能评估;远海孤岛验潮站适用于两者。

在ITRF下建立与统一卫星测高定标场的高程基准

针对卫星测高定标场中地面设备的高程基准相互独立的问题,选定ITRF参考框架进行高程基准的建立与统一。介绍了通过沿岸GPS参考站建立ITRF2008下的高程基准,以及分别利用水准仪和GPS浮标将验潮仪、海洋学阵列的高程基准进行统一的方法。在为期4天的静水试验中,将验潮仪、GPS浮标的高程基准统一到ITRF2008下,两种设备不同时段对水位测量差值的不确定性在3mm量级,初步验证了利用本文方法能够实现高程基准的有效统一。

卫星测高定标场选址中有效波高因素分析

利用Jason-3卫星在国外4个主要卫星高度计定标场所在海域的测量数据,分析了这些海域的有效波高变化特性。在我国大陆沿岸选取了Jason-3卫星经过的12个海域,分析了它们的有效波高变化特性,给出了在我国大陆沿岸建设卫星测高定标场的选址建议。Bass、Corsica、Gavdos等3个定标场海域的平均有效波高约为1.1 m,说明平均有效波高1.1 m及以下的海域适用于建设定标场。选定的12个沿岸海域中,渤海及黄海海域平均有效波高小于0.8 m,显著小于东海及南海1.3~1.5 m平均有效波高,单独从有效波高的角度渤海及黄海海域更适合于建设卫星高度计定标场。

基于GPS的测高浮标的设计、研制与测试

卫星高度计在海洋中的广泛应用,离不开准确的定标工作。高度计海面高度定标主要采用验潮仪法和全球定位系统(Global Positioning System,GPS)浮标法。文中详细介绍了GPS浮标的研制工作,分别对可用于高度计海面高度定标使用的GPS浮标的性能要求、设计、数值模拟计算做了详细研究,采用数值模拟的方法对研制后浮标的性能进行了评价,数值模拟结果表明研制的浮标可以满足海上试验的要求。最后结合GPS浮标测高验证试验,对研制的GPS浮标的测高精度进行了验证,结果表明研制的GPS浮标精度能够满足高度计海面高度定标的要求。

GPS浮标测高精度影响因素研究

海洋二号(HY-2)卫星高度计已在轨运行两年多,亟需深入开展海面高度定标工作,基于全球定位系统(GPS)浮标的高度计海面高度定标法是主要的定标方法。GPS浮标定标法的定标精度受到时间窗口、浮标姿态、温盐以及相位中心等因素影响。为了提高高度计海面高度GPS定标法的定标精度,本文对影响GPS浮标测高精度的主要因素进行了分析研究。结果表明,在充分考虑影响因素基础上自主研制的GPS浮标高程测量精度可以达到1 cm,满足高度计海面高度定标要求。

GNSS浮标海面高测量中海浪的影响分析

以骑浪式浮标为对象,研究了海浪对于GNSS浮标测量海面高的影响。以单向规则波的形态简化模拟了海浪以及GNSS浮标随海浪的运动过程。在某固定海况条件下,比较了浮标天线参考点高不同时海面高测量误差;在浮标天线参考点高固定的条件下,比较了不同海况时海面高测量误差;给出了GNSS浮标在卫星高度计定标应用中的建议。结果表明:浮标测量海面高误差与天线参考点高成正比,海浪周期越长、波高越小时,测量误差越小;天线参考点高为5 cm,海浪振幅为1 m、周期为7 s、传播速度为5 m/s时,测量海面高平均比实际海面高低0.4 mm;相同浮标在小于3~4级的海况条件下,由海浪引起的海面高测量偏差约在1 mm以内,对于卫星高度计定标工作而言,该误差影响可以忽略。

海水表面温盐度变化特性分析及在GNSS浮标测量中的应用建议

针对GNSS浮标用于卫星高度计定标时测量海面高可能受海水温、盐度影响的问题,选用美国国家浮标数据中心提供的海面浮标温、盐度观测数据,分析了临近海域海水表面温、盐度时间和空间变化特性.结果表明,在单曰以及30km距离内,海水表面温、盐度的变化分别在±4丈与±50范围内,据此给出了卫星高度计定标应用中对海水温、盐度变化进行补偿的具体建议.

基于Jason-3的海洋二号C卫星IGDR数据质量评估

为了评估国产第3颗海洋动力环境卫星海洋二号C卫星(HY-2C)高度计产品质量,选择HY-2C卫星15~56周期的IGDR数据进行统计分析与质量评估。首先分析了HY-2C卫星IGDR数据的完整性和有效性;然后以同期Jason-3卫星GDR数据为参考,利用标准差、均方根误差(RMSE)、皮尔逊相关系数等方法分析了两卫星之间的后向散射系数、有效波高、海况偏差、电离层延迟改正和湿对流层延迟改正等地球物理参数的日均值情况;最后统计了HY-2C卫星地面轨迹自交叉点海平面异常(SLA)不符值以及HY-2C和Jason-3之间的互交叉点SLA差值。结果显示:HY-2C数据完整性较高,有效性较好;与Jason-3对应的地球物理参数日均值一致性较好;地面轨迹自交叉点SLA不符值的RMSE为5.80 cm,平均值为0 cm;互交叉点SLA差值的RMSE为5.46 cm,平均值为1.84 cm。因此,HY-2C卫星整体运行稳定,精度与Jason-3接近,达到了设计要求。

基于奇异谱分析的DGPS浮标海面高测量误差研究

在高度计绝对定标实验中,利用差分GPS(Differential GPS,DGPS)浮标进行现场海面高测量得到的海面高(Sea Surface Height,SSH)序列之中,除了包含有由风浪引起的高频噪声外,还包括了仪器误差造成的影响。前者可通过低通滤波方式消除,而后者由于是全频段的白噪声,不能通过低通滤波的方式消除。通过研究奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis,SSA)的方法,确定了嵌入维数和截断长度的选取准则,并对其进行仿真,验证了该方法在消除海面高序列的仪器误差噪声中的有效性,同时也验证了嵌入维数和截断长度选取准则的有效性。最后,利用该方法处理了某次DGPS浮标实验获得的海面高序列,处理结果与原始序列相比较为平滑,且在精度上有一定的改善,验证了奇异谱分析方法的有效性。