测高卫星交叉点平差程序设计开题报告

1. 研究目的与意义

地球科学在计算机与空间技术超高前进速度的强力带动下，在各个方面都有了深刻的研究与发展，同时也带动了测绘学科相关科学技术的大幅提升，而卫星测高就是在卫星遥感探测技术大力应用的形势下提出的一个新的边缘学科，即利用卫星上搭载的微波雷达测高仪、合成孔径雷达与辐射计等的高科技仪器，实时的测量卫星到海面的距离、后向散射系数与有效波高等参数，并且对卫星数据的处理和分析，研究大地测量学、地球物理学以及海洋学方面的问题。卫星进行高程测量的主要方式可分成激光卫星测量高度和雷达卫星测量高度两种。一般所说的卫星测高指的是脉冲测量高度这一测高方式，其大部分上是研究拥有地球总面积大概70%的大洋，它根据卫星上装载的脉冲高度计，不断地向地面传达微波脉冲信息，并接收自地面上反射回来的脉冲信息，每时每刻地观测测高仪到海水面的距离、可以利用的海浪高度以及后反向参数等参数。经过处理卫星测量的数据解出地球表面到椭圆球体表面的距离，就是海洋表面高程，然后前期处理数据形成下游的使用者数据。测量高程的卫星观测的数据能够知道海域大地水准面、不同于平常的重力场以及海洋表面的地表形状等丰富测绘数据及相关信息，其数据可以得到高清晰度的数据、数据重复率大、观察范围大等优点。卫星测高在大地测量学、地球物理学、海洋学、海洋科学和海洋动力学制图领域的综合应用很多。

而交叉点则是卫星测高数据中的特殊数据，卫星绕地球运行一周的轨道地面轨迹可分为2个弧段，分别为上升弧段和下降弧段，在 一个轨道重复周期内，若干上升弧段和下降弧段 所形成的交点称为交叉点。其中，升高轨道就是卫星在地球赤道以南部分运行至地球赤道以北部分的旋转轨道在海平面上的投影；同理，降低轨道就是卫星在地球赤道以北部分运行至地球赤道以南部分的运行轨道在海平面上的投影。交叉点产生的根本因素是由于地球的围绕旋转轴转动和测高卫星运行轨迹受其他天体的引力场作用。在交叉点处，上升弧段和下降弧段具有相同的经纬度（即相同的地理位置）。在现实数据处理过程中，我们可以利用交叉点（测高卫星升降轨道的交点）研究分析测高卫星轨道的径向轨道误差、对测高卫星设定轨道中所使用的地球重力场的数学模型进行评测、检核卫星高度计的精度，分析洋流变化等方面的应用。

2. 研究内容和预期目标

理论上，我们可以有升轨和降轨的卫星测高观测信息在交叉点上的两个海洋表面的高程，而且在没有任何误差的前提下，这两个坐标的值是相等的。但是，事实上，在测量高程的卫星的观测过程中以及他们处理观测数据的过程中使用的各种数学函数关系式都是存在一定的误差的。所以，他们之间必然不会相等，出现一定的不符值。在我们的实际数据处理过程中，我们可以使用多种改正模型对测高数据的大部分误差来修正，但高度计运行轨道的径向上的偏差是没有改正数学函数的。假设我们已对测量高程的卫星的观测数据除去高度计运行轨道的径向的偏差之外的其余所有误差都进行了模型改正，这样一来交叉点上的不符值主要是由轨道的径向误差来反映的。所以，我们削弱或消除测高卫星径向轨道偏差的最初方式，就是利用交叉点的闭合差选用某种误差函数对海水面高度的观测值进行平差。本篇论文的主要研究内容就是在程序中实现交叉点的搜索以及对其进行平差以消除不符值。

预期目标：采用经过了预处理、编辑测高数据、检核测高数据、对数据进行电离层上粗糙变平滑、海水面上时变误差影响减弱、卫星轨道径向轨道误差减小、共线处理，最终得到卫星数据的较精确位置Jasson-1、T/P等卫星测高数据，在Visual Stdio 2013中，利用c语言编程语言，实现交叉点的位置计算以及数据平差，使卫星数据的精度得到提高。

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、交叉点的基本理论、数据平差的基本知识以及程序设计的基本步骤进行了解。其次是根据卫星测高的原理、计算过程以及交叉点的原理、计算过程，还有c#语言程序设计方面的一些知识，用已经经过了预处理、编辑测高数据、检核测高数据、对数据进行电离层上粗糙变平滑、海水面上时变误差影响减弱、卫星轨道径向轨道误差减小、共线处理，最终得到卫星数据的较精确位置jasson-1、t/p等卫星测高数据。在这些处理好后的jasson-1、t/p卫星数据中利用本文中提到的交叉点计算模型将其中的交叉点数据提取出来，最后根据交叉点上的闭合差对其进行加权秩亏网平差，使交叉点上的不符值缩小，达到和人们生产、生活、研究的所需要的精度。

研究步骤：

1、计算交叉点位置：交叉点的位置计算及交叉点搜索的常规方法，分别是基于地球的自转模型的天文学计算、由理论交叉点迭代求解、区域性交叉点位置计算、分段拟合求交叉点位置。本文拟用区域性交叉点计算搜索交叉点。

4. 参考文献

1. 程芦颖, 张瑞华, 彭富清. 确定局部海区海平面变化的交叉点平差[J]. 测绘科学与工程, 2003(2):14-16.
2. 王立伟, 张胜军, 郭明志,等. 一种无需考虑轨迹特征的交叉点确定方法[J]. 测绘地理信息, 2015, 40(3):35-38.
3. 吕志才, 吉渊明, 岳建平,等. 一种新的确定卫星地面轨迹交叉点方法[J]. 工程勘察, 2014, 42(3):84-87.
4. 刘传勇, 暴景阳, 黄谟涛,等. 验后平差方法在Geosat/GM卫星测高数据处理中的应用[J]. 海洋测绘, 2008, 28(1):5-8.
5. 李明叁. 海洋测深网平差的理论与方法研究[D]. 解放军信息工程大学, 2007.
6. 李建成, 陈俊勇, 宁津生等. 地球重力场逼近理论与中国2000似大地水准面的确定[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2003
7. 金涛勇. 多源海洋观测数据确定全球海平面及其变化的研究[M]. 武汉大学
8. 翟国君. 卫星测高数据处理的理论与方法[M]. 测绘出版社, 2000.
9. 武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础[M]. 武汉大学出版社, 2014.
10. 金涛勇; 李建成; 王正涛; 邢乐林; 褚永海. JASON-1与T/P测高卫星同步段数据比较分析[J]. 大地测量与地球动力学,2007-12-15.
11. 邓凯亮，暴景阳，章传银，刘雁春，许军等.联合多代卫星测高数据确定中国近海稳态海面地形模型-《测绘学报》, 2009, 38(2):114-119
12. Knudsen P, Brovelli M. Collinear and cross-over adjustment of Geosat ERM and Seasat altimeter data in the Mediterranean Sea[J]. Surveys in Geophysics, 1993, 14(4-5):449-459.
13. Tai C K. Geosat crossover analysis in the tropical Pacific: 1. Constrained sinusoidal crossover adjustment[J]. Journal of Geophysical Research Oceans, 1988, 93(C9):10621–10629.
14. Tai C K, Fu L L. On crossover adjustment in satellite altimetry and its oceanographic implications[J]. Journal of Geophysical Research Oceans, 1986, 91(C2):2549–2554.
15. Velicogna, Isabella; Wahr, John .A method for separating Antarctic postglacial rebound and ice mass balance using future ICESat Geoscience Laser Altimeter System, Gravity Recovery and Climate Experiment, and GPS satellite data
16. Larour, E; Utke, J; Csatho, B; Schenk, A; Seroussi, H; Morlighem, M et al. Inferred basal friction and surface mass balance of the Northeast Greenland Ice Stream using data assimilation of ICESat (Ice Cloud and land Elevation Satellite) surface altimetry and ISSM (Ice Sheet System Model). Cryosphere (1994-0416) 8:6, 2014

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。

二、研究工作开展阶段（2022.3.25——2022.5.19）：