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當代測高衛星軌道的徑向軌道誤差衛星雷達測高是研究1992年以來全球、區域和沿海海平面變化及其趨勢的主要方法之一,1993

作者:見過世面的big龍

當代測高衛星軌道的徑向軌道誤差

衛星雷達測高是研究1992年以來全球、區域和沿海海平面變化及其趨勢的主要方法之一,1993年1月至2019年2月的雷達測高觀測,全球平均海平面上升速度為3.15±0.3毫米/年,加速度為0.10±0.04毫米/年。

目前全球平均海平面(GMSL)趨勢的不确定性估計為0.3-0.4毫米/年。區域平均海平面(MSL)趨勢達到10毫米/年,即約為GMSL趨勢的3倍,在太平洋西部和南部、大西洋和其他一些區域。

準确了解在測高時代觀測到的平均海平面對于出于實際原因和氣候變化研究的未來幾十年的推斷也很重要。衛星TOPEX/Poseidon、Jason-1/-2/-3和Sentinel-6A總共涵蓋了從1992年到現在的時間跨度,是海平面調查的參考任務。

測高衛星的精确軌道是調查全球、區域和沿海海平面及其變化的前提,因為準确的軌道資訊是可靠确定水面高度的必要條件。由于雷達距離是從測高衛星到海洋、湖泊或河流表面的距離,是以應精确了解衛星位置以獲得精确的水位資訊。

濕對流層校正誤差和連續測高任務之間的聯系仍然是導緻GMSL不确定性的主要因素。其他誤差來自計算軌道的參考系實作、軌道模組化和應用于觀測的校正。

測高衛星的軌道通常使用DORIS、SLR以及對于某些衛星,GPS全球跟蹤站網絡觀測。

SLR、DORIS和GPS系統在過去三十年中得到了改進。從2001-2002年開始,測高衛星配備了第二代DORIS接收器。自2008年以來,衛星配備了第三代DORIS接收器。

這些創新連同DORIS即時定軌實時機載軟體更新有助于提高測量精度,導緻2.7–3.3cm均方根實時徑向軌道精度。DORIS天線模組化的改進也提高了軌道品質。

通過終止選擇性可用性、添加新的民用信号、使用新的控制段、發射新一代GPS衛星以及使用現代技術,GPS得到了進一步增強。單反系統也通過使用高重複率和超短脈沖雷射器、微通道闆探測器、單光子雪崩二極管、GPS接收器作為頻率标準,通過對地面目标進行頻繁校準。

電子延遲和站裝置技術問題引起的SLR範圍和時間偏差可能會降低軌道品質。估計SLR測量的距離偏差可減輕測高衛星精确定軌(POD)中的徑向誤差。

通過結合不同空間大地測量技術的測量來确定測高衛星的軌道,可以調查和确定特定技術的缺陷,例如SLR範圍和時間偏差、DORIS時間偏差、缺陷在衛星上各種跟蹤技術的測量裝置的相位中心位置資訊中,進而提高軌道的一緻性和準确性。

DORIS網絡由過去30年的30-60個信标組成。該網絡比SLR站的網絡更均勻,不像GPS網絡那麼密集。DORIS測量受到對流層的幹擾。已經為天基微波觀測開發了各種對流層校正模型。

使用最廣泛的是維也納映射函數。為了消除剩餘的錯誤模組化,會根據每顆衛星通過信标來估算對流層校正比例因子。對于每個信标,估計信标和衛星發送器的頻率之間的頻率偏差。

三種不同的方法用于确定測高衛星的軌道:動态、簡化動态和運動學。動态軌道是通過應用作用在衛星上的力的精确得出的。簡化的動态軌道是通過估計許多經驗參數來确定的,以适應空間大地測量,主要是GPS或DORIS觀測。

縮減動态軌道的精度總體上從1994年的約3厘米提高到現在的0.5-0.7厘米。測高衛星的軌道通常是使用從全球跟蹤站網絡進行的觀測在慣性天體參考系中得出的。

關于跟蹤站在地面參考系實作中的位置及其随時間的變化以及這些參考系實作之間的轉換的準确資訊對于導出高精度衛星軌道非常重要。

國際地球參考系、ITRF2008、ITRF2014的實作被用作軌道确定的基礎。莫雷爾當使用ITRF97實作DORIS資料衍生的TOPEX/Poseidon軌道時,平均海平面的不确定性為0.3厘米,平均海平面趨勢的不确定性為0.37毫米/年。

區域平均海平面趨勢受陸地參考系實作誤差的影響更大。與使用ITRF97獲得的趨勢相比,使用ITRF2005計算的區域海平面趨勢顯示南北半球存在±1.5毫米/年的顯著差異。

對于從ITRF2008到ITRF2014參考架構的變化,區域海平面變化趨勢在1993年4月至2008年7月的時間跨度内分别達到0.4毫米/年和1.0毫米/年的時間跨度從2008年7月到2015年4月。

測高衛星軌道品質的重大改進歸因于地球時變重力模組化的顯著增強、國際地球參考系統實作的詳細說明、地球系統中周期性效應的模組化以及除DORIS和GPS觀測外還使用GPS觀測。

測高衛星的POD取得了重大進展。測高衛星的徑向軌道誤差從1985年Seasat的48厘米減少到2020年代初當代測高任務的1厘米水準。

當代測高衛星軌道的徑向軌道誤差衛星雷達測高是研究1992年以來全球、區域和沿海海平面變化及其趨勢的主要方法之一,1993
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