Cryosat-2卫星测高数据水面回波识别方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

2010年4月，欧洲空间局成功发射cryosat-2卫星，主要用于海冰厚度和冰盖高程的测量。卫星沿近地轨道飞行，高度约为717 km，轨道周期为369 d，轨道倾角达到92°，数据覆盖范围达到南北纬88°[1]。

作为欧空局地球探测计划的一项重要任务,cryosat-2卫星于2010年携带着ku波段siral(干涉/合成孔径雷达高度计)发射升空。cryosat-2任务的优势在于高精度地测量两极海冰厚度以及监测南极大陆和格陵兰冰盖的变化,同时92°的近极地轨道一定程度上填补了先前遥测卫星的高纬数据缺口。[4]

卫星测高学是随着卫星遥感遥测技术的应用而发展起来的一门新型边缘学科,它利用卫星上装载的微波雷达测高仪、辐射计和合成孔径雷达等仪器,实时测量卫星到海面 的距离、有效波高和后向散射系数,并通过数据处理和分析,来研究大地测量学、地球物 理学和海洋学等方面的问题[8]。其测高原理是利用星载测高仪上的雷达装置垂直向下 发射脉冲信号,经过地球表面(海、陆、冰等)反射后回到接收天线;然后通过测量脉冲往 返时间来确定卫星质心到星下点的距离,继而计算得到星下点的海(水、冰等)平面高 度[9]。自1973年第一颗星载主动微波遥感器 skylab发射以来,雷达测高技术得到了迅 速的发展,至今国际上已相继实施了10余项这样的卫星测高计划,其中近30多年来世界 各国先后发射的载有雷达测高仪的卫星平台如下图 1所示。而这 30多年来的研究实践 表明,卫星测高技术在研究海洋大地水准面和重力异常、地球物理和海洋参数等方面,均 具有巨大的应用潜力[10]. 卫星测高技术经过几十年的发展，其技术和性能日趋成熟，测高精度、分辨率有了很大的提升，应用范围也扩展到全球区域的覆盖。它可以在全球范围内全天候地多次重复、准确地提供海洋、冰面等表面高度的观测值，改变了人类对地球特别是海洋的认识和观测方式，使我们有能力并且系统地进行与之有关的各种研究。目前，卫星测高已成为全球气候观测系统gcos和全球大地测量观测系统ggos的一个重要组成部分。

2. 研究内容和预期目标

回波波形是卫星测高中的直接观测量，为了提高精度减小测距精度误差，就要分析这些海洋回波信号的基本波形类型。目前海洋的回波波形可分为三类，一是散射波形，二是镜面波形，三是包含多个波形前缘的复杂波形，但也可以看成是散射和镜面二者的组合。因为本课题的主要研究内容是基于Cryosat-2回波波形特征实现对水面回波信号的准确识别，所以对卫星测高的原理，对回波波形的分类和处理都要进行详细研究以确保课题的完成。

预期目标：课题研究的是Cryosat-2卫星测高数据水面回波识别方法。最终目标是能够做到在测试过程中得到的数据都是代表水体部分，但由于误差的存在，数据不可能百分百正确。所以本课题的预期目标是希望经过一系列研究工作的完成最终所得数据有80%是属于水体部分即可。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：根据已有文献资料以及网络上的有关资料对卫星测高的原理，卫星测高数据的类型，卫星测高数据的获取以及c语言，c#语言中程序设计部分的基本内容进行相关的了解。其次是根据卫星测高的原理，卫星测高数据的类型，获取方法以及测高数据应用等方面的知识去从已知水体数据中提取出自己需要的参数类型和阈值范围。最后则是通过自己对c语言的掌握来编程实现来对自己选择的参数和阈值进行判定是否正确，使之达到自己所预期的最终目标。

研究步骤：

1，获取cryosat-2卫星测高数据：首先获取一份由cryosat-2卫星监测所得到的的一块水域数据。

4. 参考文献

[2]Lee H,et al.Application of TOPEX altimetry for solid earth deformation studies [J].Terr Atmos Ocean Sci,2008,19:1-2,37-46

[3]Sophie Dabo-Niang,Frederic Ferraty and Philippe Vieu.On the using of modal curves for radar waveforms classification[J].Computation Statistics Data Analysis,2007,51:4878-4890

[4]魏鑫，李斐，张胜凯，郝卫峰，等.CryoSat-2卫星测高计划及应用.极地研究2015年04期1-3

[5]杨元德，汪海洪，鄂东臣，等.复杂海域ERS-1卫星测高波形的波形分类方法研究。武汉大学学报（信息科学版），2011，36（1）48-50.

[6]汪海洪，等.基于聚类分析的卫星雷达测高波形分类研究[J].武汉大学学报（信息科学版）.2010,35(1):833-835.

[7]周浩，汪海洪，罗志才，等.基于动态聚类分析的卫星测高波形分类[J].大地测量与地球动力学，2011,31（5）:101-105

[8]翟国君,黄谟涛,欧阳永忠,等.卫星测高原理及其应用[J ].海洋测绘,2002,22(1): 57262.

[9]郭华东,等.雷达对地观测理论与应用[M]. 北京:科学出版社,2000.

[10]胡建国,李建成,董晓军,等.利用卫星测高技术监测海平面变化[J]. 测绘学报,2001,30(4):3162321.

5. 计划与进度安排

一、研究工作准备阶段（2022.1.20——2022.3.24）：

2022.1.20——2022.3.15为准备工作阶段，包括查阅资料、实验数据收集等；

2022.3.16——2022.3.24为开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。