卫星雷达高度计目前已经成为重要的用于海洋环境测量的遥感器,其测量的产品包括海面高度、有效波高和海面风速。雷达高度计测量数据的进一步反演结果,可以应用于海洋地球物理学、海洋动力学、海洋气候与环境、海冰监测等,是测量全球范围内的海面高度变化、海洋大地水准面、极端条件下的海面高度异常、高分辨率海洋重力场、海底地形等等重要手段,同时对于海洋资源的开发具有重要意义。
海洋环境测量要求雷达高度计的测高精度要到cm级,雷达高度计是通过测量发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的延迟时间来实现这一目标的。由于微波的传输速度约为3×108m/s,要实现cm级的测高精度需要测量的时间精度在0.1ns的量级,同时由于海面是动态的,其回波信号是随机变化的,雷达高度计通过时频变换的脉冲压缩、统计模型上的跟踪处理等复杂化技术实现测量目标。
在国际上,目前以欧美为代表已发射了系列的高度计卫星,广泛应用于军事和民用,如TOPEX/Poseidon、Geosat、GFO、ERS-1、ERS-2、Envisat、Jason-1、Jason-2等,其中最先进的以TOPEX和Jason-2高度计为代表。HY-2A卫星是我国第一颗海洋动力环境卫星,其主载荷有雷达高度计、微波散射计、微波辐射计和大气矫正辐射计。HY-2A雷达高度计是一个发射频率为13.58GHz±160MHz和5.25GHz±160MHz的双频雷达高度计,采用脉冲有限工作方式测量海面高度、有效波高和海面风速。该仪器在20m有效波高条件下测高精度为4cm,在4m有效波高条件下测高精度达2cm,测高精度水平与Jason-2卫星高度计相当。
HY-2A卫星于2011年8月16日在太原卫星发射中心成功发射,至今HY-2A雷达高度计工作正常,获得了大量的科学数据并已得到用户广泛应用。目前,国内外用户单位的反演结果表明HY-2A雷达高度计达到了设计要求,仪器运行稳定,性能指标与国外最先进的同类仪器相当,填补了国内业务化卫星雷达测高的空白。
在HY-2A雷达高度计中首次采用了模型兼容跟踪器技术,实现了MLE和OCOG的并行工作,结果证明了其在陆地、近海和海岸带之间能够连续测量不失锁,同时保证高精度的海洋目标测量。系统中首次采用的自主研制的固态功率放大器、Ku和C波段微波前端、大时带积的DDS信号产生器等创新技术也得到了验证。
HY-2A卫星的轨道周期为14天,即每隔14天就可进行一次全球范围内的覆盖。图1给出了利用HY-2A高度计14天数据反演的全球海面高度图。
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