HY-2卫星雷达高度计时标偏差估算

卫星雷达高度计是海洋遥感监测的重要传感器之一,测高系统和定轨系统是高度计重要的组成部分。若两系统使用不同的系统时钟,则获得的轨道高度和卫星测距值之间可能会存在一个时标偏差,该时标偏差会降低卫星雷达高度计的海面高度测量精度。针对HY-2卫星雷达高度计的时标偏差问题,本文分析了时标偏差对测高精度的影响,介绍了一种使用自交叉点数据估算时标偏差值的方法,并基于HY-2卫星雷达高度计第21个周期数据开展了时标偏差修正实验。时标偏差修正后HY-2自交叉点的海面高度差值(也称"不符值")分布收敛程度有了明显的提高,其RMS均方根值从24.7cm减小到了7.0cm,HY-2与Jason-2互交叉点的不符值的RMS也从16.6cm减小到了7.3cm。这表明本文介绍的时标偏差修正方法可有效地提高HY-2卫星雷达高度计的测高精度。

HY-2卫星雷达高度计风速反演验证

本文给出了海洋二号(HY-2)卫星雷达高度计风速反演的双参数算法模型,并利用Jason-1产品和HY-2卫星微波散射计产品定性验证了双参数算法模型的正确性,同时利用星星交叉比对方法、美国国家浮标数据中心(National Data Buoy Center,NDBC)浮标数据验证方法、美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)再分析数据验证方法三种不同方法对该模型进行定量化验证,结果表明HY-2卫星雷达高度计风速反演的双参数算法模型的反演精度达到2.0 m/s的精度,满足海洋业务应用和科学研究的精度要求,可为用户提供满足观测要求的海面风产品。

HY-2A卫星雷达高度计数据的全球统计评价及质量分析

自HY-2A卫星发射以来,针对HY-2A卫星雷达高度计产品的交叉定标、真实性检验及质量评估工作一直在持续开展。本文主要以HY-2A卫星高度计第44周期的IGDR产品数据为例,通过使用全球分布图、二维直方图和每日均值统计的方法完成了与Jason-2IGDR产品的比对验证,同时对主要环境校正参数及地球物理产品的数据质量稳定性进行了分析,结果显示高度计产品数据质量较稳定,此外利用HY-2A卫星升降轨交叉点海面高度差、与Jason-2卫星交叉点海面高度差以及沿轨海平面异常数据分析的方法进行了HY-2A卫星高度计观测系统的性能评估,结果显示,HY-2A卫星海面高度精度约为7.48cm,精度接近Jason-2,能满足海洋应用与科学研究的需要。

HY-2A卫星雷达高度计设计及其在轨工作结果

海洋二号(HY-2A)卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,雷达高度计是HY-2A卫星的主载荷之一,发射入轨后仪器工作正常,并获得了大量有效的观测数据。该仪器在20 m有效波高条件下测高精度达到了4 cm,在4 m有效波高条件下测高精度达到了2 cm,其产品精度接近Jason-2卫星高度计。本文就HY-2A卫星雷达高度计系统设计和在轨初步结果进行论述。

一个适用于大误指向角的雷达高度计回波模型及其在HY-2A卫星雷达高度计数据处理中的应用

本文分析了雷达高度计在天线误指向角较大的情况下,目前常用的回波模型存在的主要问题.提出了一个带有偏斜度系数的雷达高度计二阶回波模型,该模型适用于大误指向角情况下的回波重跟踪处理.本文利用该模型对HY-2A卫星雷达高度计的回波数据进行了处理,并将处理结果与NDBC(National Data Buoy Center)的海洋浮标观测数据做了比较,获得了比现有模型更好的结果.

基于双频段雷达高度计数据的海面阵风反演研究

海面阵风是海洋资源开发、海洋防灾减灾和海洋科研等领域所需的重要海洋动力环境信息。但迄今为止,海面阵风观测数据严重缺失,阻碍了阵风预报、应用研究等方面的发展。本文利用双频的HY-2B卫星高度计C、Ku波段的后向散射系数,对现有海面风速(U_(10))进行修正,建立了阵风风速(U_(g))反演算法。反演结果与美国国家浮标数据中心(NDBC)2018-2022年的浮标数据进行真实性检验,相关系数(R)为0.91,均方根误差(RMSE)为1.82 m/s;国外同类卫星Jason-3基于本方法的反演结果与2018-2022年NDBC站点数据进行检验,RMSE优于常规2 m/s精度要求;反演结果与处于不同纬度的近海远洋站点进行个例验证,RMSE均优于2 m/s。因此,本文在现有的HY-2B卫星高度计海面风速观测数据的基础上,利用不同波段信息实现了海面阵风的观测,具有较高的观测精度。同时,该方法也适用于相同观测体制的国外卫星高度计。

基于核函数NPSSB模型的HY-2A卫星雷达高度计海况偏差研究

利用机器学习的方法,对14个周期HY-2A卫星高度计数据:风速、有效波高和海面高度差值进行训练,探究海况偏差和风速、有效波高之间的关系,创建海况偏差核函数非参数模型(NPSSB),并与参数模型中具有代表性的BM3、BM4模型进行对比。研究表明:(1)核函数NPSSB模型能够很好的反映SSB与U、SWH之间的关系,SSB与U呈二次函数关系,SSB与SWH呈反比例函数关系;(2)核函数NPSSB模型对SSB的模拟能力与训练数据集相关,数据量越多,模拟能力越好;(3)核函数NPSSB模型与BM3、BM4模型都存在0^-0.03 m的差值,随着风速和有效波高的增加,差值的绝对值越大。

HY-2雷达高度计和微波散射计

海洋动力环境卫星(HY-2)是一种获取海洋动力环境信息的专用对地遥感卫星,计划中的我国第一颗海洋动力环境卫星(HY-2A)以微波遥感器为主,包括一台雷达高度计、一台微波散射计和一台多通道微波辐射计。介绍HY-2雷达高度计和微波散射计的系统设计和主要技术指标。

HY-2卫星高度计波高资料在集合最优插值同化中的应用研究——以台风“Lipee”为例

基于海浪模式SWAN(Simulating Waves Nearshore),以台风"Lipee"为例,开展了集合最优插值(EnOI)同化HY-2卫星高度计有效波高(SWH)资料的台风浪数值预报影响研究。结果表明,利用HY-2卫星高度计波高资料结合EnOI方法进行同化,可有效改善海浪初始场质量,同化对绝对误差的改进可达15%,均方根误差改进14%。同化对预报误差、均方根误差都有一定程度的改进,其中在0~24h预报时效内的改进最为明显,绝对误差可改进12%,均方根误差改进13%。研究结果不仅可为海洋预报、同化提供参考,而且可为进一步加强HY-2卫星高度计资料的应用提供技术支持。

HY-2卫星高度计定标方法初探

为确保高度计数据的可用性和有效性,发射后需对高度计进行绝对定标。本文首先结合卫星高度计的应用领域,提出了我国HY-2的定标需求,进而介绍了国内外现有的验潮站定标、海上石油平台定标、GPS浮标定标等3种高度计定标法,并分析了各种定标法的优缺点。在此基础上,提出了适用于我国HY-2卫星高度计定标法,并简单介绍了具体的实施方案和数据处理方法。该方法为HY-2的定标方案的确定具有一定的参考价值和指导意义。

HY-2A卫星海面高度数据质量评估

对HY-2A卫星雷达高度计数据进行筛选获取有效的观测点,利用HY-2A卫星第18-23周期数据和同时在轨的Jason-2数据进行交叉点选取,对两颗卫星在交叉点海面高度异常值的差值进行统计与分析,提出了基于交叉点差值统计特征的筛除HY-2A轨道数据方法,评估了HY-2A卫星雷达高度数据质量。结果显示,HY-2A卫星18-23周期阈值筛选去除的点个数占总海洋观测点约12%,HY-2A海面高度异常与Jason-2海面高度异常的标准偏差在7.0cm,数据精度满足设计精度要求。

基于浮标数据的卫星雷达高度计海浪波高数据评价与校正

卫星雷达高度计是海浪有效波高（significant wave height,SWH）观测的重要手段之一,本文利用时空匹配方法对T/P、Jason-1、Envisat、Jason-2、Cryosat-2和HY-2A共6颗卫星雷达高度计SWH数据与NDBC（National Data Buoy Center,NDBC）浮标SWH数据进行对比验证,并对雷达高度计SWH数据进行校正。全部卫星雷达高度计SWH数据时间跨度为1992年9月25日到2015年9月1日,对比验证NDBC浮标共53个,包括7个大洋浮标。精度评价发现除T/P外,各卫星雷达高度计SWH的RMSE都在0.4-0.5 m之间,经过校正后,RMSE都有显著下降,下降程度最大为13.82%;对于大洋浮标,评价结果 RMSE在0.20-0.28m之间,结果明显优于全部NDBC浮标的精度评价结果;HY-2A卫星雷达高度计SWH在经过校正后数据质量与国外其他5颗卫星雷达高度计SWH数据质量差异较小。

HY-2C卫星海面高度数据的质量分析

卫星海面高度数据对于监测全球海面高度具有重要的意义,所以卫星高度数据的定标和检验变得至关重要。海洋二号C(HY-2C)卫星是继海洋二号B卫星后的第二颗业务卫星,于2020年成功发射升空。然而,目前对HY-2C卫星高度计的数据质量了解甚少,所以对HY-2C卫星的海面高度数据进行质量分析具有重要的意义。本文以同期观测的HY-2B卫星和Jason-3卫星的地球物理数据(GDR)为参考,对HY-2C卫星遥感地球物理数据(SGDR)中的海面高度数据进行质量分析。结果显示,在星星交叉定标中使用3种常见的交叉定标插值方法对HY-2C卫星的海面高度异常数据进行自交叉点分析时,HY-2C卫星海面高度异常数据质量分析的结果不同。其中使用三次样条插值方法进行质量分析的结果最优,得到海平面高度异常差的平均值为0.03 cm,标准差为6.17 cm。此外,对HY-2C卫星和HY-2B卫星互交叉点海面高度异常差异的平均值为−0.47 cm,标准差为5.32 cm;HY-2C卫星SGDR与Jason-3卫星GDR的海面高度异常数据进行互交叉点分析,得到海平面高度异常差的平均值为−0.3 cm,标准差为5.32 cm,这些数据表明HY-2C卫星的测高精度与HY-2B卫星、Jason-3卫星一致。因此HY-2C高度计产品数据质量稳定,能满足海洋应用和科学研究的需要。

卫星高度计轨道设计的因素分析

卫星高度计轨道的选取需要综合考虑到轨道高度、偏心率、轨道倾角和重复周期等多种因素。对高度计轨道设计中涉及的诸多因素,以及高度计的采样模式进行了分析。通过对多颗高度计轨道设计标准的描述,重点分析了T/P高度计轨道参数的选择。在此基础上,提出了我国HY-2卫星高度计轨道设计的技术方案。

HY-2B卫星载荷联合观测海面阵风的一种反演方法

国内外对海上阵风的研究并不多,且大多集中在阵风预报和应用研究方面,对于海洋阵风数据的获取技术未见文献系统论述。本文利用HY-2B卫星雷达高度计观测的后向散射系数,结合校正微波辐射计观测的亮度温度信息,提出联合反演阵风风速的方法。两个遥感载荷联合反演得到的阵风风速与2019–2021年美国国家浮标数据中心(NDBC)浮标数据进行真实性检验,结果显示:阵风风速均方根误差(RMSE)为0.98 m/s,相关系数为0.82;基于本方法利用国外同类卫星Jason-3得到的阵风风速与2016–2018年NDBC浮标数据的RMSE为0.96 m/s,相关系数为0.88。本文在HY-2B卫星雷达高度计海面风速观测的基础上,纳入同一卫星平台校正微波辐射计的同步观测信息联合实现了海面阵风的观测,数据的比对结果证明文中方法具有较高的观测精度。同时,该方法对于具有相同观测体制的国内外卫星也适用。

HY-2A测高数据对重力异常反演精度的影响分析

通过联合HY-2A、TP、Envisat卫星的高度计数据,分析HY-2A测高数据对中国南海重力异常影响。首先,将HY-2A和TP、Envisat数据进行对比,通过共线处理和交叉点平差前后的不符值RMS统计分析表明,HY-2A数据精度优于TP变轨后及Envisat数据精度;利用逆Venning-Meinesz公式分别计算中国南海海域(0°~23°N,103°E^120°E)15'×15'的重力异常,将反演结果与船测结果对比,HY-2A数据加入反演得到的重力异常精度在±6.13m Gal,其精度要优于没有HY-2A反演得到的结果,并分析反演重力异常与船测重力差值分布规律。结果表明,HY-2A数据对于提高海洋重力异常计算精度具有一定意义。

时空窗口对HY-2有效波高产品检验影响模拟研究

时空窗口的选择是卫星高度计有效波高产品检验的主要影响因素。采用Monte Carlo(MC)数学模拟的方法 ,研究了时空窗口对HY-2高度计有效波高检验的影响,并采用现场浮标测量数据验证了MC模拟的可靠性。MC模拟结果表明,采用浮标测量数据对HY-2高度计有效波高检验时,必须分海况选取对应的最优空间窗口进行,并给出不同海况下的最优的时空窗口。对于高海况需采用小的空间窗口,在1 m,2 m,3 m,4 m有效波高的海况下,其理想的时空窗口为0 min,117 km,30 km,18 km和13 km。

基于有源定标器的HY-2B卫星雷达高度计时钟频率偏差在轨测试

雷达高度计的主要功能是测量全球平均海平面高度(SSH:Sea Surface Height),它通过准确测量收发脉冲之间的时间间隔来实现精准的星地距离测量,时间测量的准确度取决于高度计时钟的准确性。卫星在轨运行期间,雷达高度计时钟频率会产生缓慢漂移,时钟频率漂移会影响星地距离的测量准确度,造成对海面高程的测量偏差。在基于重建型有源定标器对HY-2A卫星高度计时钟偏差在轨测试方法的基础上,提出了从星地斜距函数曲线时间偏移量中提取高度计时钟偏差的估计方法,应用于HY-2B卫星雷达高度计在轨定标测试中,测量了雷达高度计时钟频率漂移量,精度优于0.001 Hz。结果表明:HY-2B高度计原子钟性能稳定,时钟频率偏差造成的测距偏差为毫米量级,平均测距漂移率为2.95×10^(-7)m/d。

海洋二号卫星主被动微波遥感探测技术研究

介绍了海洋二号(HY-2A)卫星4个微波有效载荷(雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计)的功能、性能和设计指标。HY-2A卫星突破了我国微波遥感设备技术上的瓶颈,为海洋环境监测预报业务化和防灾减灾提供了必要的海洋观测手段,解决了我国自主海洋动力环境参数遥感观测有无的问题。HY-2A卫星的成功发射和业务化运行为我国海洋卫星发展规划打下了坚实的基础。

海洋二号卫星3个主要载荷风速测量比较

海面风速对海洋中动能的转移、海气间物质和能量的交换具有非常重要的作用。海洋二号(HY-2)卫星搭载的雷达高度计、微波散射计和扫描微波辐射计均可以用来探测海面风速。区别是雷达高度计只能测量星下点风速,微波散射计可以得到宽刈幅的风场(包括风向和风速),扫描微波辐射计可获得宽刈幅的风速。为了更好地分析3个载荷风速测量能力,针对2013年9月19日"天兔"台风影响海域范围内的海面风速,比较了3种载荷的探测结果。结果表明,在小于20 m/s风速范围内,雷达高度计和微波散射计探测到的风速非常接近,标准偏差小于2m/s,而扫描微波辐射计测量的风速比另外两个载荷测量的风速大;在20～35m/s风速范围内,雷达高度计和扫描微波辐射计风速较为接近;在大于35 m/s的高风速区,只有扫描微波辐射计可以探测出风速,但其测量精度还需要进一步验证。