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当代测高卫星轨道的径向轨道误差卫星雷达测高是研究1992年以来全球、区域和沿海海平面变化及其趋势的主要方法之一,1993

作者:见过世面的big龙

当代测高卫星轨道的径向轨道误差

卫星雷达测高是研究1992年以来全球、区域和沿海海平面变化及其趋势的主要方法之一,1993年1月至2019年2月的雷达测高观测,全球平均海平面上升速度为3.15±0.3毫米/年,加速度为0.10±0.04毫米/年。

目前全球平均海平面(GMSL)趋势的不确定性估计为0.3-0.4毫米/年。区域平均海平面(MSL)趋势达到10毫米/年,即约为GMSL趋势的3倍,在太平洋西部和南部、大西洋和其他一些区域。

准确了解在测高时代观测到的平均海平面对于出于实际原因和气候变化研究的未来几十年的推断也很重要。卫星TOPEX/Poseidon、Jason-1/-2/-3和Sentinel-6A总共涵盖了从1992年到现在的时间跨度,是海平面调查的参考任务。

测高卫星的精确轨道是调查全球、区域和沿海海平面及其变化的前提,因为准确的轨道信息是可靠确定水面高度的必要条件。由于雷达距离是从测高卫星到海洋、湖泊或河流表面的距离,因此应精确了解卫星位置以获得精确的水位信息。

湿对流层校正误差和连续测高任务之间的联系仍然是导致GMSL不确定性的主要因素。其他误差来自计算轨道的参考系实现、轨道建模和应用于观测的校正。

测高卫星的轨道通常使用DORIS、SLR以及对于某些卫星,GPS全球跟踪站网络观测。

SLR、DORIS和GPS系统在过去三十年中得到了改进。从2001-2002年开始,测高卫星配备了第二代DORIS接收器。自2008年以来,卫星配备了第三代DORIS接收器。

这些创新连同DORIS即时定轨实时机载软件升级有助于提高测量精度,导致2.7–3.3cm均方根实时径向轨道精度。DORIS天线建模的改进也提高了轨道质量。

通过终止选择性可用性、添加新的民用信号、使用新的控制段、发射新一代GPS卫星以及使用现代技术,GPS得到了进一步增强。单反系统也通过使用高重复率和超短脉冲激光器、微通道板探测器、单光子雪崩二极管、GPS接收器作为频率标准,通过对地面目标进行频繁校准。

电子延迟和站设备技术问题引起的SLR范围和时间偏差可能会降低轨道质量。估计SLR测量的距离偏差可减轻测高卫星精确定轨(POD)中的径向误差。

通过结合不同空间大地测量技术的测量来确定测高卫星的轨道,可以调查和确定特定技术的缺陷,例如SLR范围和时间偏差、DORIS时间偏差、缺陷在卫星上各种跟踪技术的测量装置的相位中心位置信息中,从而提高轨道的一致性和准确性。

DORIS网络由过去30年的30-60个信标组成。该网络比SLR站的网络更均匀,不像GPS网络那么密集。DORIS测量受到对流层的干扰。已经为天基微波观测开发了各种对流层校正模型。

使用最广泛的是维也纳映射函数。为了消除剩余的错误建模,会根据每颗卫星通过信标来估算对流层校正比例因子。对于每个信标,估计信标和卫星发送器的频率之间的频率偏差。

三种不同的方法用于确定测高卫星的轨道:动态、简化动态和运动学。动态轨道是通过应用作用在卫星上的力的精确得出的。简化的动态轨道是通过估计许多经验参数来确定的,以适应空间大地测量,主要是GPS或DORIS观测。

缩减动态轨道的精度总体上从1994年的约3厘米提高到现在的0.5-0.7厘米。测高卫星的轨道通常是使用从全球跟踪站网络进行的观测在惯性天体参考系中得出的。

关于跟踪站在地面参考系实现中的位置及其随时间的变化以及这些参考系实现之间的转换的准确信息对于导出高精度卫星轨道非常重要。

国际地球参考系、ITRF2008、ITRF2014的实现被用作轨道确定的基础。莫雷尔当使用ITRF97实现DORIS数据衍生的TOPEX/Poseidon轨道时,平均海平面的不确定性为0.3厘米,平均海平面趋势的不确定性为0.37毫米/年。

区域平均海平面趋势受陆地参考系实现误差的影响更大。与使用ITRF97获得的趋势相比,使用ITRF2005计算的区域海平面趋势显示南北半球存在±1.5毫米/年的显著差异。

对于从ITRF2008到ITRF2014参考框架的变化,区域海平面变化趋势在1993年4月至2008年7月的时间跨度内分别达到0.4毫米/年和1.0毫米/年的时间跨度从2008年7月到2015年4月。

测高卫星轨道质量的重大改进归因于地球时变重力建模的显著增强、国际地球参考系统实现的详细说明、地球系统中周期性效应的建模以及除DORIS和GPS观测外还使用GPS观测。

测高卫星的POD取得了重大进展。测高卫星的径向轨道误差从1985年Seasat的48厘米减少到2020年代初当代测高任务的1厘米水平。

当代测高卫星轨道的径向轨道误差卫星雷达测高是研究1992年以来全球、区域和沿海海平面变化及其趋势的主要方法之一,1993
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