无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法与流程

本发明涉及一种无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法，属于高度计定标技术领域。

背景技术：

目前已知的卫星雷达高度计是由国外建造的专门的定标场实现绝对定标，“绝对定标”即确定卫星雷达高度计的海面高测量绝对偏差，通常专门定标场在固定位置的海岸、海底或者海上平台安装完整的定标设备，开展长期的同步海面高度观测。这种定标场的使用需要提前设计卫星雷达高度计的轨道，使之经过定标场的位置，同时专门的定标场需要投入大量的资金进行场站建设，建成之后还需对定标场进行持续的维护，目前全球仅有四个专门卫星雷达高度计定标场，并且都是美国NASA、欧盟ESA等官方机构和有关国外科研机构联合组建，我国还没建立专门的定标场。然而我国2011年已经发射了“海洋二号”卫星雷达高度计，对卫星雷达高度计的绝对定标有迫切的需求，国内科研人员仅开展了零星的不持续的试验性定标，距离业务化的、持续性的卫星定标仍有较大差距，导致我国“海洋二号”的数据应用受到了极大的制约。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有卫星雷达高度计绝对定标方法存在的上述缺陷，提出了无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法，利用我国沿海或海岛已有的业务化海洋站观测资料，联合区域精密大地水准面，使已有海洋观测站具备定标能力，获取国内外卫星高度计的测量偏差。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法，包括如下步骤：

步骤一：从海洋站获取验潮数据和GNSS数据，进行精密水准连测得到验潮站观测的相对于WGS-84参考椭球面的海面高度；

步骤二：获取该海域的海洋似大地水准面模型；

步骤三：对所述的海洋似大地水准面模型进行高程基准精度检核；

步骤四：用检核后的海洋似大地水准面模型和潮汐模型对步骤一的数据进行修正得到验潮资料的PCA点海面高；

步骤五：从卫星雷达高度计获取地球物理数据；

步骤六：对地球物理数据进行处理得到高频的海面高度；

步骤七：步骤六中的海面高度与步骤四的海面高度做差得到卫星雷达高度计的绝对偏差。

进一步地,步骤二所述的海洋似大地水准面模型由海洋平均空间异常与重力场模型采用移去恢复技术按Stokes公式计算获得。

进一步地,步骤三所述的高程基准精度检核包括：

(1)利用GNSS浮标在沿岸验潮站与测高卫星星下点轨迹处同步验潮；

(2)确定测高卫星星下点轨迹处的国家85高程；

(3)将85高程与重力似大地水准面进行比较检核。

进一步地,步骤五中所述的地球物理数据包括高度计高频轨道、测距数据和1Hz的测距改正项。

进一步地,步骤六所述的地球物理数据处理包括粗差的剔除、基于统计分析的数据滤波以及采用样条函数法的数据平滑处理，对1Hz的改正项还需插值为高频数据。

本发明的无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法可以应用于求漂移速率，包括如下步骤：

步骤一：根据GNSS连续运行站数据资料可用性和时间长度，选择同址的验潮站和临近的GNSS连续跟踪站；

步骤二：计算验潮基点的地壳形变、海平面相对水准零点的相对变化，确定验潮站附近海域在卫星运行时间内的绝对海平面变化量；

步骤三：确定同步骤二相同时间内的卫星测高海平面变化量；

步骤四：步骤二中绝对海平面变化量与步骤三中海平面变化量做差值；

步骤五：根据不同椭球面的系统差，不同区域潮汐误差对步骤四中差值做误差修正，确定卫星测高数据的偏移量；

步骤六：对卫星测高数据的偏移量通过回归分析确定卫星测高数据的偏移速率。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的定标方法不需要建设专门的卫星定标场，仅对我国沿海建设的海洋观测站进行一些基础的大地测量和水准连测，便可实现持续、精准、业务化的卫星雷达高度计绝对定标，不仅可保证定标的精度，也可实现定标站的地域性均衡分布，有利于卫星测高误差的科学研究，并且使卫星雷达高度计定标的经济和时间成本大大降低；

(2)本发明不限于国内的卫星雷达高度计，还可以对国外卫星雷达高度计进行定标，在位置上具有很大的灵活性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的地球物理数据处理流程图。

图3是本发明的海洋似大地水准面计算流程图。

图4是基于本发明的方法求得Jason-2卫星雷达高度计的绝对偏差。

图5是基于本发明的方法求得Saral卫星雷达高度计的绝对偏差。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实例，对本发明提出的一种无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法进行进一步说明。

如图1所示，本发明所述的一种无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法，经过对符合要求的海洋观测站验潮数据以及卫星测高数据的处理，并且加入大地水准面模型、潮汐模型等必要改正项，再经过高程基准统一、测高数据空间位置插值以及验潮数据的时间插值之后，最后对验潮海面高和卫星雷达高度计海面高进行差值比较，可确定卫星雷达高度计的绝对偏差。包括如下步骤:

步骤一：

从海洋站获取验潮数据和GNSS数据，进行精密水准连测得到验潮站观测的相对于WGS-84参考椭球面的海面高度SSH。

首先需要选择合适的海洋站,能够为卫星雷达高度计定标提供数据支持的海洋站需要满足以下几个条件：(1)具备完好的验潮站、气象观测设施以及测量标志点；(2)站上或临近位置具备GNSS连续运行系统；(3)高度计数据质量良好；(4)距离卫星轨迹最近点小于30km；(5)优先选择多颗卫星经过的站点。

步骤二：获取该海域的海洋似大地水准面模型。

大地水准面模型在验潮站海面高传递中起到重要作用，由于在海洋上，海洋似大地水准面与大地水准面重合，因此只需获得海洋似大地水准面模型即可，通过搜集海洋站周边的海洋重力测量资料、卫星测高数据，进行适当的加密重力测量，再经过离散重力异常计算、潮汐基准转换、椭球校正以及地面重力格网化计算，由海洋平均空间异常与重力场模型采用移去恢复技术按Stokes公式，最终获取该海域的大地水准面模型,如图3所示。

步骤三：对所述的海洋似大地水准面模型进行高程基准精度检核。

获得海洋似大地水准面模型之后，需要对海洋似大地水准面进行精度检核，包括以下步骤：(1)利用GNSS浮标在沿岸验潮站与测高卫星星下点轨迹处同步验潮；(2)确定测高卫星星下点轨迹处的国家85高程基准；(3)将85高程基准与重力似大地水准面进行比较检核。

步骤四：用检核后的海洋似大地水准面模型和潮汐模型对步骤一的数据进行修正得到验潮资料的PCA点海面高。

步骤五：从卫星雷达高度计获取地球物理数据。

需要的地球物理数据包括高度计高频轨道、测距数据和1Hz的测距改正项。

步骤六：对地球物理数据进行处理得到高频的海面高度SSH。

对这些数据进行处理如图2所示，包括粗差的剔除、基于统计分析的数据滤波以及采用样条函数法的数据平滑处理，对1Hz的改正项还需插值为高频数据，采用二次样条函数法对1Hz的改正项进行插值，得到与高频数据同频率的测距改正项数据,最后计算出高频的海面高度。

步骤七：步骤六中的海面高度与步骤四的海面高度做差得到卫星雷达高度计的绝对偏差。

运用以上的方法在山东某海洋站开展了示范性的试验，利用2年的海洋站验潮数据对多颗卫星雷达高度计进行了定标，获得Jason-2和Saral的海面高测量绝对偏差，并与国外专门的定标场进行了比较，具有良好的一致性。如图4所示是Jason-2卫星雷达高度计的绝对偏差，图5为Saral卫星雷达高度计的绝对偏差。

本发明的无需专门定标场的卫星雷达高度计绝对定标方法可以应用于确定卫星雷达高度计海面高测量的系统漂移速率，包括如下步骤：

步骤一：根据GNSS连续运行站数据资料可用性和时间长度，选择同址的验潮站和临近的GNSS连续跟踪站；

步骤二：计算验潮基点的地壳形变、海平面相对水准零点的相对变化，确定验潮站附近海域在卫星运行时间内的绝对海平面变化量；

步骤三：确定同步骤二相同时间内的卫星测高海平面变化量；

步骤四：步骤二中绝对海平面变化量与步骤三中海平面变化量做差值；

步骤五：根据不同椭球面的系统差，不同区域潮汐误差对步骤四中差值做误差修正，确定卫星测高数据的偏移量；

步骤六：对卫星测高数据的偏移量通过回归分析确定卫星雷达高度计海面高测量的系统漂移速率。

当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。