雷达高度计是海洋遥感中重要的微波传感器之一,它以几个厘米的精度对全球海面高度进行测量,同时可以得到海面有效波高和风速等信息,无论在科学研究、国防建设还是经济生活中都有着重要的应用价值。海况偏差的量级虽然较小,但其机理比较复杂,其方差较大。随着精密定轨技术的提高,海况偏差已经取代轨道误差成为测高最大的误差源。因此,研究海况偏差并对测高误差进行校正具有重大意义。目前普遍采用的经验模型有参数经验模型和非参数经验模型,在全球范围内各有优缺点。本项目基于卫星轨迹共线和交叉点融合数据,将有效波高、风速和姿态角作为参量共同耦合到海况偏差模型中,优选参数经验模型和非参数经验模型各自优势,针对不同的数据测量密度和纬度分布,建立一种新型的海况偏差综合模型,为我国海洋二号(HY-2)高度计海况偏差校正奠定基础。
altimeter;sea state bias;parametric model;nonparametric model;comprehensive application
雷达高度计以几个厘米的精度对全球海面高度进行测量,同时可以得到海面有效波高和风速等信息。海况偏差(SSB,Sea State Bias)的量级虽然较小,但其机理比较复杂,其方差较大。随着精密定轨技术的提高,海况偏差已经取代轨道误差成为测高最大的误差源。因此,研究海况偏差并对测高误差进行校正具有重大意义。目前普遍采用的海况偏差估计为经验模型,分为参数经验模型和非参数经验模型,在全球不同的纬度范围内二者各具优势。 本项目针对海况偏差估计开展模型算法方面的研究工作。基于T/P、Jason-1、Jason-2及HY-2A数据,建立共线和交叉点融合数据集开展参数、非参数模型及综合模型的建立检验及在我国HY-2A高度计应用和验证工作。 研究内容主要体现在如下几个方面模型所需融合数据集的建立;基于融合数据集的参数模型、非参数模型及直接估计方法的研究;基于多元变量(有效波高、风速、波周期)的参数模型研究;综合模型的运用。 1、在数据集融合方面,本课题组提出利用卫星地面轨迹分段拟合的方法确定交叉点的位置,提高了运算效率和准确度。 2、在参数模型研究方面,利用融合数据集建立的参数模型优于各自单独数据集模型;将直接估计值作为真值的参数模型得到了改进;纬度分段建立的参数模型优于全纬度参数模型。 3、在多元变量的模型研究方面,引入波周期作为除有效波高和风速之外的第3个变量,提高了海况偏差估计的精度;课题组建立了一种新型的基于高度计数据的平均波周期反演模型。 4、在非参数模型研究方面,优选出局部线性回归估计(LLR)、Epanechnikov核函数且选取局部可调带宽的非参数模型(LLR-E-L),并在HY-2A上应用并得到验证。 5、在综合模型运用方面,在北纬20度以上区域,非参数模型表现突出,而在北纬20度以下的中纬及南纬区域,易采用参数模型。 课题组经过四年工作,完成了研究内容,达到了预期研究目标。培养硕士研究生8人(5人已毕业);培养博士生2人(1人已毕业)。完成20篇学术论文,其中已发表16篇(SCI 3篇;EI 6篇;ISTP 1篇);5项软件获得国家软件著作权;申请1项国家发明专利;参加国内外学术交流近20人次。