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卫星测高波形重跟踪算法在台湾周边海域的应用研究

阮海林  
【摘要】: 目前,卫星高度计在远海测量的瞬时海面高度的精度可达到5cm,极大的促进了大地测量学、地球物理学、海洋学研究等领域的发展。但是,在近海,由于受到近岸陆地、海洋地形、地球物理环境等因素影响,高度计数据质量下降,导致近海高度计数据缺失较为严重。近海是影响人类活动最大的海域,有必要对近海高度计数据的修复进行研究。 本文在借鉴国内外研究成果的基础上,采用波形重跟踪算法对台湾周边海域7年的Jason-1 SGDR波形数据进行处理,校正由于测高波形受“污染”造成的测高误差。本文主要研究内容和工作如下: 1、分析台湾周边海域特别是海陆交界处的测高波形。从高度计地面轨道由陆地进入海洋和由海洋进入陆地两种情况分析高度计测高波形的变化情况,指出应用波形重跟踪算法对测高波形进行重跟踪校正的必要性,并重点分析了OCOG算法、β参数算法和阈值法这三种波形重跟踪算法。 2、分析了Jason-1第245周期在台湾周边海域的GDR数据,指出卫星高度计有效测点的分布与深度无关,而与星下点靠近大陆或海岛的距离有关。同时分析了GDR数据的编辑标准,指出可确定一个较为灵活的数据编辑标准,能有效提高高度计在近海的数据量。 3、在分析大量测高波形的基础上,提出了一种智能化的算法来量化测高波形第一个受“污染”(轨道从海洋到陆地)或不受“污染”(轨道从陆地到海洋)波形的离岸距离。从量化结果可知,受“污染”距离大部分在10km以内,与高度计的星下点照射范围相当。 4、应用OCOG算法、5-β参数算法和阈值法对Jason-1在台湾周边海域6条轨道共7年的SGDR波形数据进行重跟踪处理,并计算得到重跟踪算法获得的测距校正量。 5、验证波形重跟踪算法的有效性。采用IMP值衡量法、对比重跟踪后高度计获得的海平面高度异常与邻近验潮站水位异常这两种方法来验证本文算法的有效性。以第1周期088轨道测高数据为例,OCOG算法、5-β参数算法和阂值法三者获得的IMP值分别为:-2.74%、3.64%、5.43%,说明5-p参数算法和阈值法对测距校正有一定的改善。验潮站数据验证方面,通过对比验潮站水位异常时间序列和邻近潮位站的高度计星下点海平面异常时间序列,结果应用5-p算法和阈值法后的海平面高度异常序列与东山站水位异常序列均较为符合,相关系数分别为0.8268、0.8611,阈值算法效果较好。


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