基于现场观测的HY-2B高度计定标方法研究

作     者：张宇飞 

作者单位：国家海洋环境预报中心 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋兴伟;马超飞

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：HY-2B 现场观测 珠海万山定标场 绝对定标 测距误差校正 

摘      要：星载雷达高度计从提出至发展至今已经经过了50余年,其现已成为了进行海洋研究与气候变化研究的重要工具(星载雷达高度计为本论文的主要讨论对象,后简称为高度计)。通过卫星探测海面动力参数是大范围获得海洋数据的重要方式,而高度计是星载微波传感器中较为成熟的一种。高度计通过测量海面高度、有效波高、后向散射,可同时大范围地获取流、浪、潮、海面风速等重要的海面动力参数,这些动力参数可以应用于海洋防灾减灾,海洋资源开发与全球气候变化研究等诸多领域。高度计作为一个高精密的主动式微波雷达,其在对海面高度、有效波高、后向散射的观测过程中会受到诸如仪器误差、轨道误差、对流层延迟误差、电离层误差、海况误差与地球物理误差等影响,如果没有严格的误差修正与定标,将会严重影响高度计的测高精度。只有修正这些影响因素才能更好地进行高度计定标,获得更准确的定标参数。随着高度计精度需求的不断提升,各国不断依据高度计的定标需求建成了业务化高度计定标场。我国海洋二号B卫星(后简称为HY-2B)于2018年10月发射,我国也随之于珠海万山进行了HY-2B的高度计定标试验,初步进行了HY-2B高度计的定标检验工作,同时为将来万山定标场的长期业务化运行打下了基础。高度计的海面高度绝对定标是一项复杂的过程。本论文首先以高度计与定标场的历史与发展出发,简要介绍了目前国际上的四个业务化定标场与目前珠海万山定标场的现状。详细讨论了高度计的测高原理与各项高度计测距影响因素。然后以此为切入点针对HY-2B的高度计定标进行了深入研究,包括依据万山定标场观测数据进行的绝对定标与依据Jason-3观测结果进行的星星交叉定标,在交叉定标中详细对比了各项影响因素间的差别,为HY-2B的现场绝对定标业务化运行提供了一定的技术支撑。本论文的具体研究工作及创新点如下:1)目前针对HY-2B进行的绝对定标试验较少,本论文在万山定标场进行绝对定标试验,试验基于GPS基站与沿岸验潮仪,在珠海万山直湾岛HY-2B过境375的星下点附近进行了由2018年11月3日至2018年12月12日的验潮仪定标试验,共布放了三个沿岸验潮仪,其中两个用于测量海面高度。在此期间HY-2B共重访定标场星下点三次,此三次的定标结果表明:两个验潮仪定标结果相同,但三个周期分别获得的HY-2B定标参数存在一定漂移,三次过境的定标参数分别为-0.31±0.14m,-0.27±0.04m,-0.27±0.001m。定标试验在HY-2B在轨测试时进行,后续需要开展长期的业务化定标工作以获取更稳定的定标参数。2)除沿岸验潮仪外,本论文还使用了2018年11月12日直接于珠海万山定标场星下点处投放的GPS浮标进行定标。本次定标结果表明:依据GPS浮标定标结果与同一时间依据沿岸验潮仪浮标的定标结果相差较大,约为-0.08±0.20m。由于GPS浮标试验数据较少,仅为一个周期的一条轨道,且与验潮仪升轨不同,GPS浮标测量为降轨,因此结果与验潮仪的结果有较大差异。本文中对HY-2B的升降轨误差校正项对比也证实HY-2B升降轨数据存在较大差异。目前依据GPS浮标获得更加精确的HY-2B定标参数仍需要GPS浮标长期业务化运行的数据支持。3)本论文对HY-2B与Jason-3在现场观测定标试验时间段2018年11月至2018年12月中Jason-3的四个重访周期内的星星交叉点进行了交叉定标,定标结果表明:(1)HY-2B与Jason-3测高结果接近,总体交叉定标参数为0.025m。(2)除海面高度外,本论文对HY-2B与Jason-3的二级产品获得的测距误差校正项进行了对比,对比结果显示误差校正项中误差最大为使用双频高度计的电离层延迟误差,均方根误差为0.045。总体HY-2B与Jason-3测高结果相差不大,HY-2B的测高结果与国际成熟高度计的测高水平接近。