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HY-2卫星高度计有效波高反演算法研究

作　者: 徐莹
导　师: 郭佩芳；林明森
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: HY-2卫星高度计数据处理有效波高反演算法天线指向角
分类号: P228.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 176次
引　用: 2次
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内容摘要

在过去的30多年中,海洋观测卫星在数量上和种类上都有了很大的发展。随着卫星测高技术的成熟,卫星雷达高度计作为有效载荷安装在多颗卫星上,特别是TOPEX/POSEIDON、Jason-1、ERS-1/2、ENVISAT等一系列卫星的发射,使卫星卫星测高资料被广泛应用于诸多海洋学研究。我国的海洋环境动力卫星HY-2(海洋二号)计划在2010年左右发射,高度计是HY-2卫星的主要载荷。本文是在HY-2卫星地面系统建设项目的支撑下,开展对我国自行研制的HY-2卫星高度计数据的有效波高反演算法研究,研究工作将应用于HY-2卫星雷达高度计。文中首先分析了HY-2卫星高度计数据的分级和数据处理流程;其次研究了HY-2卫星高度计有效波高反演算法,得到了适合的反演流程和计算结果;最后,对卫星高度计天线指向角的反演方法进行了研究,得到了天线指向角的分布。主要研究结果如下:1、分析了国外卫星高度计数据分级和数据处理流程,特别以Jason-1卫星高度计为例,探讨了卫星高度计数制作过程中所需进行的主要处理步骤,在此基础上给出了适合HY-2卫星高度计数据分级方法,将数据分为0级、1级、2级;进一步给出了1B级和2级产品制作流程。2、对HY-2卫星高度计的有效波高反演方法进行研究,由于HY-2卫星暂未发射,采用SZ-4高度计数据做为模拟数据进行有效波高反演。对于卫星高度计有效波高反演模型进行了详细的讨论,在此基础上着重研究了高度计有效波高反演的六个步骤:波形的1s平均、波形的热噪声去除、波形归一化、半功率点确定、波形拟合和有效波高计算。对反演的关键步骤波形拟合进行了重点研究,采用了迭代加权最小二乘法,对不同区域采用不同的权重系数。实际结果证明,以上方法得到了比较好的拟合效果,是适合HY-2卫星高度计的有效波高反演算法。3、对卫星高度计天线指向角的反演方法进行了研究。天线指向角的大小可以用来表示卫星高度计指向的稳定程度,能降低天线接收到的回波功率,卫星天线的指向信息可以通过波形的下降沿部分得到。本文采用Hayne模型,利用回波波形后沿拟合的方法对SZ-4高度计天线指向角进行了反演,根据反演结果得到的SZ-4高度计天线指向角都在0.025o以内,大部分集中在0.01o以内变化,在总的计算时间内比较平稳,且天线指向角变化不大,说明SZ-4高度计在计算时间内的飞行过程中指向稳定。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 引言  11-18
  1.1 卫星高度计的发展概况  11-14
  1.2 高度计的工作机理及主要功能  14-16
  1.3 卫星高度计的应用  16-17
  1.4 论文的结构与思路  17-18
2 HY-2 高度计数据处理流程  18-24
  2.1 国外卫星高度计数据产品分级  18
  2.2 国外卫星高度计数据产品处理流程  18-20
    2.2.1 数据处理流程总述  18-19
    2.2.2 Jason-1 卫星高度计 1B 级产品制作  19
    2.2.3 Jason-1 卫星高度计2 级产品制作  19-20
  2.3 HY-2 卫星高度计数据产品分级  20-21
  2.4 HY-2 卫星高度计数据处理流程  21-24
    2.4.1 HY-2 卫星高度计数据处理流程总述  21
    2.4.2 HY-2 卫星高度计 1B 级产品制作  21-22
    2.4.3 HY-2 卫星高度计高度计2 级产品制作  22-24
3 卫星高度计有效波高反演模型  24-33
  3.1 国外高度计有效波高观测精度  24
  3.2 高度计有效波高反演模型  24-33
    3.2.1 平坦海面的冲激响应  25-28
    3.2.2 “粗糙”海面的平均冲激响应P_I(t )  28-29
    3.2.3 海面的平均回波功率P_r(t )  29-31
    3.2.4 海面平均回波功率解析表达式  31-33
4 HY-2 高度计有效波高反演（以SZ-4 数据为模拟数据）  33-53
  4.1 SZ-4 高度计数据介绍  33
  4.2 有效波高反演流程及回波波形分析  33-34
  4.3 波形的 1s 平均  34-38
  4.4 热噪声去除  38-39
  4.5 波形归一化  39-41
  4.6 波形上升沿起始点的确定  41-42
  4.7 半功率点确定  42-43
  4.8 迭代加权最小二乘波形拟合  43-46
    4.8.1 迭代加权最小二乘法  43-45
    4.8.2 波形拟合  45-46
  4.9 权重系数的选取  46-51
  4.10 SWH 反演结果  51-53
5 卫星高度计天线指向角的反演  53-59
  5.1 卫星高度计天线指向角  53
  5.2 卫星高度计天线指向角计算方法  53-56
  5.3 高度计指向角计算  56-58
    5.3.1 回波波形后沿的拟合  56-57
    5.3.2 计算结果及分析  57-58
  5.4 小结  58-59
6 总结与展望  59-61
参考文献  61-63
致谢  63-64
个人简历  64
发表的学术论文  64

HY-2卫星高度计有效波高反演算法研究

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