1、 雷达高度计2雷达高度计 Radar altimeter is a short pulse radar used for accurate height measurements. Ocean topography Glacial ice topography Sea ice characteristics-Classification and ice edge-Vegetation Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by SatelliteDORISGeoid（大地水准面大地水准面） The equipotential
2、surface of the Earths gravity field which best fits, in a least squares sense, global mean sea level. 它是重力等位面，即物体沿该面运动时，它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动重力不做功（如水在这个面上是不会流动的的） 是是描述地球形状的一个重要物理参考面，描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面也是海拔高程系统的起算面。Geoid（大地水准面大地水准面） 大地水准面的确定是通过确定它与参考椭大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的球面的间
3、距间距大地水准面差距大地水准面差距来来实现的。实现的。 大地水准面和海拔高程等参数和概念在客大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。着重要的作用。 大地水准面大地水准面这一概念最早在这一概念最早在1873年由德国年由德国数学家利斯廷（数学家利斯廷（Johann Benedict Listing）提）提出出。Geoid vs gravity1. Ocean2. Reference ellipsoid3. Local plumb line4. Continent5. Geoid10Satellite Radar Al
4、timetersFeatureAmplitudeHorizontal ScaleTimescalegeoid30 m10,000 kmdynamic topography1 m10,000 kmclimate changes0.01 m10,000 km10 - 100,000 yrtides0.2-2 m100 - 10,000 kmlunar and solar freq.El Nino0.1 m6,000 km5 yrfronts and eddies0.3 m100 - 1000 km1 moseamounts1 m50 kmridge axes0.02 m10 km雷达高度计11Sa
5、tellite Radar AltimetersMissionFrequencyAccuracyPeriodSKYLABKu10 m 1973GEOSKu1-5 m1976SEASATKu1 m1978GEOSATKu10 cm1985-1990ERS-1Ku 10 cm1992-1998TOPEXC &Ku 10 cm1992-ERS-2Ku 10 cm1996-GFOKu10 cm1998-ENVISATKu &S10 cm2001-Jason-1Ku &C10 cm2000-CRYOSAT and other missionsKuFew cm2003-雷达高度计12雷达高度计 Radar
6、 Altimeter operate in pulse-limited mode2222222222222()2Re22 800 km, 3.3 ns1.7kmRHYcRHcHHYcHcHc HHYYc HRsolutionYc HFor HR雷达高度计 Radar Altimeter operate in pulse-limited mode雷达高度计 Radar Altimeter operate in pulse-limited mode雷达高度计 Radar Altimeter operate in pulse-limited mode雷达高度计 Radar Altimeter ope
7、rate in pulse-limited mode 压缩脉冲的长度和测量表面的平坦度压缩脉冲的长度和测量表面的平坦度决定足决定足迹迹的的大小大小 典型足迹大小在直径典型足迹大小在直径2km量级量级 3dB天线天线波束宽度内只有约波束宽度内只有约1/10的发射功率的发射功率在限在限足迹足迹以内，其余大部分功率以内，其余大部分功率均在均在脉冲足脉冲足迹以外，这迹以外，这部分功率对高度测量的贡献很部分功率对高度测量的贡献很小小 当测量表面的粗糙度当测量表面的粗糙度加大时，脉冲足迹加大时，脉冲足迹也随也随之之增加，当增加，当扩大的足迹扩大的足迹内高度内高度发生变化发生变化时，时，足迹足迹不能有效地跟
8、踪高度不能有效地跟踪高度的变化，进而的变化，进而使测使测量性能量性能下降下降17雷达高度计Pulse-limited方式 延时多普勒雷达高度计延时多普勒雷达高度计(Delay Doppler Radar Altimeter, DDA)是采用孔径合成技术进行高是采用孔径合成技术进行高度测量的雷达度测量的雷达高度计。高度计。 与与传统雷达高度计传统雷达高度计相比，采用相比，采用DDA技术可以技术可以使仪器测量精度更高、空间分辨率更高、功使仪器测量精度更高、空间分辨率更高、功耗更耗更低，易于低，易于实现实现小型化。小型化。 DDA代表了新一代的卫星测高代表了新一代的卫星测高技术，特别技术，特别适适合
9、海洋、合海洋、 海岸带和极冰的海岸带和极冰的测量。测量。18雷达高度计1920DDA回波延迟多普勒补偿过程示意图21 以以CryoSat radar altimeter为例为例 发射脉冲频率：发射脉冲频率：18,000Hz 卫星速度：卫星速度：6800 m/s 脉冲间隔：脉冲间隔：0.38m 0.38m 1/2雷达天线孔径雷达天线孔径 回波可以相干叠加回波可以相干叠加 信号往返时间：信号往返时间：5.3 ms 为了避免收发叠加，需采用为了避免收发叠加，需采用Burst发射模式发射模式（发射持续时间（发射持续时间 50 km scales.Atmosphere - dry atmosphere
10、slows radar pulses (function of index of refraction). Typically 2.3 mWet troposphere - humidity further delays radar pulses. Typically 0.06 - 0.30 mOrbit Error - lack of knowledge of the orbital position used to cause 1m errors. Corrected for by use of repeat tracks and wavenumber filtering. With GPS tracking this error is now 0.02m.24雷达高度计修正因素25雷达高度计修正因素Wet tropospheric water vapor correctionDry atmosphere correctionIonospheric correction单位：mm26雷达高度计获取的海洋表面高度
