基于多波束激光测高卫星ICESat-2观测的垂线偏差解算.pdf

第 卷第期 年 月山东科技大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y(N a t u r a lS c i e n c e)V o l N o O c t D O I:/j c n k i s d k j z k 文章编号:()基于多波束激光测高卫星I C E S a t 观测的垂线偏差解算刘新,回桂华,周爱民,郭金运,宋孟昊,张聪,刘亚亭(山东科技大学 测绘与空间信息学院,山东 青岛 ;巨野县农业农村局,山东 巨野 )摘要:卫星测高技术中,传统的微波雷达海洋测高卫星轨道倾角近 ,且只能利用沿轨海面高数据计算垂线偏差,导致其解算垂线偏差卯酉分量比子午分量精度差.I C E S a t 搭载的A T L A S系统可同时发射条激光波束测量海面高,有望通过计算跨轨垂线偏差来提高卯酉分量精度.本研究以中国南海(N N,E E)为研究区域,基于I C E S a t 海面高产品A T L 计算沿轨垂线偏差和跨轨垂线偏差,并利用最小二乘配置法反演 规则网格垂线偏差.实验结果表明:I C E S a t 沿轨海面高数据解算的子午分量和卯酉分量与X GM e_ D O V模型的验证精度分别为 和 ,子午分量精度明显高于卯酉分量.而跨轨海面高数据解算的子午分量和卯酉分量与X GM e_ D O V模型的验证精度分别为 和 ,卯酉分量精度明显提高且高于子午分量.关键词:卫星测高;冰、云和陆地高程卫星二号(I C E S a t );高级地形激光测高系统(A T L A S);垂线偏差;最小二乘配置中图分类号:TN 文献标志码:A收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目(,)作者简介:刘新(),女,山东肥城人,副教授,博士,主要从事时空数据处理、机器学习的研究E m a i l:x i n l i u c o mD e f l e c t i o n s o f t h e v e r t i c a l d e t e r m i n a t i o nb a s e do nm u l t i b e a ml a s e r a l t i m e t r y s a t e l l i t e I C E S a t d a t aL I UX i n,HU IG u i h u a,Z HO UA i m i n,G UOJ i n y u n,S O N GM e n g h a o,Z HA N GC o n g,L I UY a t i n g(C o l l e g eo fG e o d e s ya n dG e o m a t i c s,S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,Q i n g d a o ,C h i n a;J u y eC o u n t yA g r i c u l t u r ea n dR u r a lB u r e a u,J u y e ,C h i n a)A b s t r a c t:I ns a t e l l i t ea l t i m e t r y,t h e t r a d i t i o n a lm i c r o w a v e r a d a ro c e a na l t i m e t e r s a t e l l i t eh a sa no r b i t a l i n c l i n a t i o no fn e a r l y a n do n l ya l o n g t r a c kd e f l e c t i o no fv e r t i c a l c a nb ec a l c u l a t e db yu s i n ga l o n g t r a c ks e as u r f a c eh e i g h td a t a,r e s u l t i n g i nt h e l o w e rp r e c i s i o no ft h ep r i m ev e r t i c a lc o m p o n e n tt h a nt h a to ft h em e r i d i a nc o m p o n e n t I C E S a t i se q u i p p e dw i t ha n A T L A Ss y s t e mt h a tc a ns i m u l t a n e o u s l yt r a n s m i ts i xl a s e rb e a m st o m e a s u r et h es e as u r f a c eh e i g h t,w h i c hi se x p e c t e dt oi m p r o v et h ep r e c i s i o no ft h ep r i m ev e r t i c a lc o m p o n e n tb yc a l c u l a t i n gt h ec r o s s t r a c kd e f l e c t i o no f t h ev e r t i c a l I nt h i sp a p e r,I C E S a t ss e as u r f a c eh e i g h tp r o d u c t,A T L ,w a su s e dt oc a l c u l a t et h ea l o n g t r a c kd e f l e c t i o no f t h ev e r t i c a la n dc r o s s t r a c kd e f l e c t i o no fv e r t i c a li nt h eS o u t hC h i n aS e a(N N,E E)T h e g r i d d e dd e f l e c t i o no ft h ev e r t i c a lw a si n v e r t e db yu s i n gt h el e a s t s q u a r e sc o l l o c a t i o nm e t h o d T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h em e r i d i a na n dp r i m ev e r t i c a l c o m p o n e n t s c a l c u l a t e db y t h ea l o n g t r a c ks e a s u r f a c eh e i g h td a t aa r ev e r i f i e db yX GM e_ D OV m o d e lw i t ht h ep r e c i s i o no f a n d r e s p e c t i v e l y T h ep r e c i s i o no ft h e m e r i d i a nc o m p o n e n ti ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to ft h ep r i m ev e r t i c a lc o m p o n e n t T h em e r i d i o n a l a n dp r i m ev e r t i c a l c o m p o n e n t s c a l c u l a t e db y c r o s s t r a c ks e a s u r f a c eh e i g h t d a t a a r e v e r i f i e db yX GM e_ D OV m o d e lw i t ht h ep r e c i s i o no f a n d ,r e s p e c t i v e l y T h ep r e c i s i o no ft h ep r i m ev e r t i c a lc o m p o n e n t i s i m p r o v e da n dh i g h e r t h a nt h a to f t h em e r i d i a nc o m p o n e n t K e yw o r d s:s a t e l l i t ea l t i m e t r y;i c e,c l o u da n dl a n de l e v a t i o ns a t e l l i t e (I C E S a t );a d v a n c e dt o p o g r a p h i cl a s e ra l t i m e t e r s y s t e m(A T L A S);d e f l e c t i o no f t h ev e r t i c a l;l e a s t s q u a r e sc o l l o c a t i o n山东科技大学学报(自然科学版)年第期垂线偏差(d e f l e c t i o no f t h ev e r t i c a l,D OV)是地面任一点的重力方向与该点相应的参考椭球面法线方向间的夹角,可表示为卯酉分量和子午分量.垂线偏差广泛应用于计算天文观测数据、推算参考椭球参数和反演重力异常等领域,是地球科学计算中不可或缺的重要参数.世纪初,人们通过验潮站、浮标和海洋舰船等传统方法测量海洋D OV,但这种耗费大量人力和时间的常规测量方法很难获得广阔海域的D OV .而迅速崛起的卫星测高技术可快速观测全球海域范围内的海面高度信息,弥补了传统测量方法的缺陷.目前,卫星测高数据已成为各国科学家和学者构建海洋垂线偏差模型的重要数据源.测高卫星的轨道倾角通常接近 ,在利用沿轨海面高数据计算垂线偏差时,子午分量精度明显高于卯酉分量.联合多种卫星测高数据和重力异常数据,采用最小二乘方法和V e n i n g M e i n e s z公式构建的西太平洋海域(N N,E E)网格垂线偏差模型卯酉分量的均方根是子午分量的倍.另外,基于海洋二号A卫星/大地测量任务(H a i y a n g A/G e o d e t i cM i s s i o n,HY A/GM)数据计算的孟加拉湾海域的垂线偏差,其子午分量精度也高于卯酉分量精度.如何改善网格垂线偏差分量精度不平衡问题,是当前海洋大地测量研究面临的主要问题之一.卫星高度计解算的垂线偏差精度和分辨率与测距精度和空间分布有关.年发射的近极轨卫星C r y o s a t 在赤道处的轨道间距达 k m,其海面高数据的沿轨空间分辨率比传统高度计提高了 倍,反演的重力异常精度也是传统测高卫星的倍.但C r y o s a t 密集的轨道覆盖无法进行跨轨方向海面高数据的差分计算,因此不能解算出高精度的卯酉分量.值得期待的是,地表水和海洋地形(s u r f a c ew a t e ra n do c e a nt o p o g r a p h y,SWOT)卫星于 年 月 日成功发射升空,SWOT全面工作后可同时获得高精度和高空间分辨率的二维海面高数据,有望改善垂线偏差分量精度差异大的问题.图南海地理位置图F i g G e o g r a p h i c a l l o c a t i o nm a po f t h eS o u t hC h i n aS e a冰、云和陆地高程卫星二号(i c e,c l o u da n dl a n de l e v a t i o ns a t e l l i t e ,I C E S a t )作为一种新型激光测高卫星,能够更精确高效地观测极地冰盖变化、全球海面上升、全球植被高度等.I C E S a t 搭载的高级地形激光测高系统(a d v a n c e dt o p o g r a p h i c l a s e ra l t i m e t e r s y s t e m,AT L A S)携带了个激光器、个主激光器和个备用激光器,激光波长为 n m,脉冲频率为 k H z.每个脉冲大约有 万亿个光子从AT L A S发射,但仅有少量光子会返回卫星.由于I C E S a t 激光器的功率限制,对于冰盖等高反射面,强波束和弱波束均可提供有效的地表高程信息,而面对海洋等低反射面,弱波束会损失一半以上的数据来降低激光器的负荷,以提高探测效率.I C E S a t 的多波束同步观测模式不仅提高了海面高数据的空间分辨率,也为研究跨轨垂线偏差提供了可能,有望获得高精度的卯酉分量以弥补传统雷达测高卫星的不足.I C E S a t 的AT L 产品提供的全球海面高数据可用于反演海洋D OV,本研究利用跨轨方向的海面高数据解算垂线偏差,借此提高卯酉分量精度.以中国南海(N N,E E)为研究区域,将同时间序列的J a s o n 海面高数据作为参照,通过计算交叉点不符值精度验证I C E S a t 海面高产品的可靠性.然后,利用沿轨和跨轨海面高数据,根据最小二乘配置法分 别 计 算 南 海 网 格 垂 线 偏 差,并 用X GM e_ D OV模型进行精度验证.研究区及数据 研究区如图所 示,南 海 海 域(N N,E E)属中国三大边缘海之一,位于中国大陆的南端,海域内分布着东沙群岛、西沙群岛、中沙群岛和南沙群刘新等:基于多波束激光测高卫星I C E S a t 观测的垂线偏差解算岛等众多的岛礁.南海海底地形复杂,地质构造复杂,自然资源丰富.除了拥有丰富的石油资源和渔业资源,南海地处太平洋与印度洋之间的咽喉地带,是多条国际海运线和航空运输线的必经之地,是重要的海上通道.因此,深化对南海海底地质活动与环境变化的认识,为南海资源勘探与工程建设提供基础地质信息支撑,成为我国海洋学研究的一项重要任务.图A T L A S的个波束组位置示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ep o s i t i o n so f t h e t h r e eb e a mg r o u p so f A T L A S I C E S a t 海面高数据I C E S a t卫星携带的地球科学激光高度计系统(g e o s c i e n c el a s e ra l t i m e t e rs y s t e m,G L A S)只有一束激光,每秒仅发射 个脉冲.I C E S a t卫星失效后,美国国家宇航局(n a t i o n a la e r o n a u t i c sa n ds p a c ea d m i n i s t r a t i o n,NA S A)于 年月成功发射新一代星载激光雷达卫星I C E S a t .I C E S a t 卫星轨道高度 k m,轨道倾角 ,轨道周期为 d.I C E S a t 卫星搭载的AT L A S是一种探测灵敏度为光子级的激光雷达系统,每秒发射 个激光脉冲,沿地面轨迹每隔 m发射个激光脉冲,每个激光脉冲被AT L A S中的衍射光学元件分裂,产生束单独的波束,分成对排列,一强一弱,如图所示.波束组之间的跨轨方向距离约 k m,组内波束距离为 m,组内沿波束方向的距离为 k m.每对波束中的强弱波束具有不同的传输能量,强波束和弱波束之间的能量比为 .AT L A S的强波束和弱波束之间的映射及其在地面上的相对位置取决于s c_o r i e n t(s p a c e c r a f to r i e n t a t i o n)值.当s c_o r i e n t 时,L波束即左波束为强波束;当s c_o r i e n t 时,R波束即右波束为强波束.由于弱波束在海洋区域没有连续的观测值,本研究根据s c_o r i e n t值,一个周期只筛选条强波束数据用于南海垂线偏差解算,并将筛选的强波束数据分为L波束或者R波束.图 I C E S a t 的南海地面轨迹F i g G r o u n dt r a c ko f I C E S a t i nt h eS o u t hC h i n aS e aI C E S a t 卫 星 有L e v e l 、L e v e l 、L e v e l A、L e v e l B三级数据产品,其中,L e v e l A级产品中的AT L 产品提供世界海洋范围(S N)的海面高数据,AT L 海面高数据是AT L 数据通过添加不同的地球物理校正获得,包括大气延迟、海况偏差、海洋潮汐、固体地球潮汐、极地潮汐和逆气压计效应等.本研究采用的I C E S a t 强波束海面高数据第五版的时间序列为 年 月 日至 年月日(c y c l e c y c l e ),筛选出的强波束 L L和 R R在南海区域的地面轨迹如图所示.J a s o n 海面高数据J a s o n 卫星是由美国国家海洋和大气管理局(n a t i o n a lo c e a n i ca n da t m o s p h e r i ca d m i n i s t r a t i o n,NOAA)、欧洲气象卫星开发组织(E u r o p e a no r g a n i z a t i o nf o rt h ee x p l o i t a t i o no fm e t e o r o l o g i c a ls a t e l l i t e s,E UME T S AT)和法国国家航天中心(i n t e r n a t i o n a l c h a r t e rs p a c ea n dm a j o rd i s a s t e r s,C N E S)合作发 射 的 测 高 卫 星.J a s o n 的 轨 道 高 度 为 k m,倾角为 ,轨道周期为 d.在本研究中,对J a s o n /E RM(e x p e c tr e p e t i t i v eo r b i tm i s s i o n)山东科技大学学报(自然科学版)年第期H z海面高数据进行地球物理校正,包括干对流层和湿对流层路径延迟、电离层校正、海况偏差、海洋潮汐、固体地球潮汐、极地潮汐、高频风效应和逆气压计效应等.J a s o n 海面高数据的时间序列为 年 月 日至 年月日(c y c l e c y c l e ),其在南海区域的J a s o n 观测点地面轨迹如图所示.图J a s o n 的南海地面轨迹F i g G r o u n dt r a c ko f J a s o n i nt h eS o u t hC h i n aS e a 海面地形模型和垂线偏差验证模型海面地形模型MD T_C N E S C L S 由AV I S O发布,该模型数据来源为重力与海洋环流实验(g r a v i t ya n do c e a nc i r c u l a t i o ne x p e r i m e n t,GO C E)重力数据、重力恢复与气候实验(g r a v i t yr e c o v e r ya n dc l i m a t ee x p e r i m e n t,G R A C E)重力数据、表层速度计划数据(s u r f a c ev e l o c i t yp r o g r a m,S V P)、地转海洋学实时观测矩阵数据(a r r a yf o rr e a l t i m eg e o s t r o p h i co c e a n o g r a p h y,A r g o)、水文剖面数据(C O r i o l i sd a t a s e t f o rr e a n a l y s i s,C O R A)和卫星测高数据,其网格分辨率为 .大地水准面模型X GM e_ g e o i d和垂线偏差模型X GM e_ D OV是根据X GM e_ 获得的.其中,X GM e_ 是一个组合全球重力场模型,该模型球谐系数的阶次为 ,解算球谐系数的数据来源为组合卫星模型GO C O s、地面重力异常数据集以及由海洋测高和大陆地形得出的重力异常数据集.方法 沿轨垂线偏差在计算垂线偏差前,首先将I C E S a t 海面高数据减去海面地形(MD T_C N E S_C L S 模型),并进行粗差剔除.为进一步减弱海面高的高频误差,需对I C E S a t 海面高数据进行高斯滤波,以降低海面变化和数据噪声的影响,对应的响应函数为:x ed.()其中:d为相邻两点的球面距离,为滤波窗口半径即滤波参数.I C E S a t 海面高数据相邻两观测点间的球面平均距离为k m.利用两个相邻观测点的海面高度差及其球面距离计算沿轨垂线偏差:()NqNpS.()其中:p和q为相邻两观测点,NP为p点大地水准面高,Nq为q点大地水准面高,为p和q两点间的方位角,S为沿方向p、q两点的球面距离,()为沿方向p、q两点中点的D OV.网格垂线偏差沿方向的垂线偏差与其子午分量和卯酉分量之间的关系式为:c o ss i n.()其中,的计算公式为:t a nc o sqs i nqp()c o sps i nqs i npc o sqc o sqp().()通过最小二乘配置法计算规则网格D OV的子午分量和卯酉分量,其计算公式为:刘新等:基于多波束激光测高卫星I C E S a t 观测的垂线偏差解算CC C Cn().()其中:C为子午分量和沿轨垂线偏差的协方差矩阵;C为卯酉分量和沿轨垂线偏差的协方差矩阵;C 为沿轨垂线偏差的方差矩阵;Cn为沿轨垂线偏差的噪声方差矩阵.垂线偏差分量(,)的方差函数并非各向同性的,但D OV的纵向分量l和横向分量m的方差函数却为各向同性,可以通过纵向分量l和横向分量m的方差函数计算矩阵C、C、C.在点p处的网格D OV的子午分量和卯酉分量(p,p)由D OV的纵向和横向分量(lp,mp)计算得到:plpc o sp qmps i np q,()plps i np qmpc o sp q.()由(lp,mp)和(lq,mq)计算点p和q的沿轨垂线偏差p、q分别为:plpc o spq p()mps i npq p(),()qlqc o sqq p()mqs i nqq p().()其中:p和q分别表示沿轨D OV在点p和q的方位角;q p表示从q到p的方位角.因此,网格D OV的方向分量与沿轨D OV之间的协方差矩阵(C,C),以及沿轨D OV的方差矩阵C 的计算公式分别为:CCl lc o sp qc o sqq p()Cmms i np qs i nqq p(),()CCl lc o sp qc o sqq p()Cmms i np qs i nqq p(),()C Cl lc o spq p()c o sqq p()Cmms i npq p()s i nqq p().()其中,纵向分量方差矩阵Cl l和横向分量方差矩阵Cmm的计算见文献 .跨轨垂线偏差I C E S a t 激光脉冲受观测条件的限制,条强波束的海面高可能存在少量观测数据缺失.为了获取跨轨方向时间最接近的海面高数据,筛选条计算波束上观测时间差在s以内的海面高数据用于计算跨轨D OV.图展示了计算跨轨垂线偏差的示意图,一个周期内可以根据s c_o r i e n t值筛选出条强波束,图按照从左到右的顺序位次标识为:S、S、S,将条强光束两两配对形成 S_ S、S_ S、S_ S三对跨轨组合来计算跨轨D OV.在后续计算中再将S区分成L或R,形成组跨轨组合.图计算跨轨垂线偏差示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f c a l c u l a t i n gc r o s s t r a c kd e f l e c t i o no f t h ev e r t i c a l将筛选后的海面高数据与X GM e_ g e o i d模型进行验证,其统计结果见表.由表可知,为了与海面高数据量较少的中间强波束进行配对,两侧的强波束剔除数据的比率较高.根据沿轨海面高数据解算网格D OV的方法,将 节中的沿轨D OV替换成跨轨D OV,即可解算出跨轨海面高确定的南海网格D OV.山东科技大学学报(自然科学版)年第期表 I C E S a t 海面高数据与X GM e_ g e o i d模型差值统计表T a b l eT h ed i f f e r e n c eb e t w e e nI C E S a t s e as u r f a c eh e i g h td a t aa n dX GM e_ g e o i dm o d e l波束剔除比率/剩余数量/个最大值/c m最小值/c m平均值/c m标准偏差/c m L L L R R R 结果与讨论 海面高数据精度本研究通过对比I C E S a t 和J a s o n 的交叉点不符值精度,来说明I C E S a t 海面高数据的可靠性.选择 d的轨道周期作为时间阈值,采用文献 改进的纬度做差法求交叉点的位置.I C E S a t 和J a s o n 交叉点海面高不符值统计信息见表.从表可以看出,I C E S a t 海面高的条波束交叉点不符值的标准偏差相近,J a s o n 自交叉点不符值的精度高于I C E S a t 的.表 I C E S a t 和J a s o n 的 d内交叉点海面高不符值统计T a b l eT h ec r o s s o v e rd i f f e r e n c e i n d a y s f o r I C E S a t a n dJ a s o n 波束数量/个最大值/c m最小值/c m平均值/c m标准偏差/c m L L L R R R I C E S a t J a s o n 沿轨垂线偏差由于反演的垂线偏差数据平滑度会随着高斯滤波参数的增大而增大,为了合理降低数据噪声的影响并保证海面高数据的质量,应选择合适的滤波窗口.I C E S a t 相邻两点间的球面平均距离为k m,因此滤波参数选择k m的倍数.本研究计算不同滤波参数下的网格垂线偏差和X GM e_ D OV模型差值的标准偏差,统计结果见表.如表所示,当为 k m时,过度滤波导致精度反而较差.因此选择滤波参数为k m.沿轨海面高数据进行一次差分计算可有效抑制轨道误差等长波误差项的影响,基于式()解算出沿轨垂线偏差.使用X GM e_ D OV模型进行精度验证,统计结果见表.从表可以看出,中间强波束 L、R的D OV精度优于两侧强波束,但从计算的D OV数量来看,中间强波束 L、R的海面高观测点不如两侧强波束密集.刘新等:基于多波束激光测高卫星I C E S a t 观测的垂线偏差解算表不同高斯滤波参数下反演的网格D O V与X GM e_ D O V模型差值的标准偏差T a b l eT h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h eg r i d d e dD OVi nd i f f e r e n tG a u s s i a nf i l t e rw i n d o w sa n dX GM e_ D OV m o d e l()沿轨方向/k m I C E S a t _X GM 子午 卯酉 表 I C E S a t 沿轨D O V与X GM e_ D O V模型差值统计表T a b l eT h ed i f f e r e n c eb e t w e e nI C E S a t a l o n g t r a c kD OVa n dX GM e_ D OV m o d e l波束数量/个最大值/()最小值/()平均值/()标准偏差/()L_X GM L_X GM L_X GM R_X GM R_X GM R_X GM I C E S a t _X GM I C E S a t 沿轨D OV利用最小二乘配置法反演的南海网格D OV模型如图所示,采用X GM e_ D OV模型进行精度验证的统计结果见表.由表可知,由于I C E S a t 的轨道倾角为 ,子午分量精度明显高于卯酉分量.中间组强波束 L和 R的网格D OV精度相对其他强波束的精度要低.I C E S a t 卫星整体以及条强波束的卯酉分量标准偏差约为子午分量的倍.图沿轨D O V计算的南海网格D O VF i g G r i d d e dD OVc a l c u l a t e db yt h ea l o n g t r a c kD OV s i nt h eS o u t hC h i n aS e a山东科技大学学报(自然科学版)年第期表沿轨D O V计算的网格D O V与X GM e_ _D O V模型差值统计表T a b l e T h ed i f f e r e n c eb e t w e e n t h eg r i d d e dD O Vc a l c u l a t e db ya l o n g t r a c kD O Vs a n dX GM e_ D O Vm o d e l()波束方向最大值最小值平均值标准偏差 L_X GM 子午 卯酉 L_X GM 子午 卯酉 L_X GM 子午 卯酉 R_X GM 子午 卯酉 R_X GM 子午 卯酉 R_X GM 子午 卯酉 I C E S a t _X GM 子午 卯酉 跨轨垂线偏差计算跨轨D OV需要选取条波束时间最接近的个观测点,将选取的个相邻观测点的海面高和方位角代入式(),计算跨轨D OV.采用X GM e_ D OV模型验证跨轨D OV的计算结果,见表.由表可知,L L和 R R的垂线偏差精度比其他跨轨组合要高.原因是:跨轨D OV精度与计算波束间的距离有关,L L、L L、R R与 R R的波束间距离为 k m,跨轨方向观测点的球面距离控制在 k m;而 L L和 R R的波束间距离为 k m,跨轨方向观测点的球面距离控制在 k m;单脉冲被切割过程中切割位置不均造成中间强波束数据所在位置与其他两波束相比产生微小偏移,中间强波束与左强波束以及右强波束相邻数据间匹配程度较差.跨轨垂线偏差与沿轨垂线偏差解算精度近似一致,说明I C E S a t 在跨轨方向计算的垂线偏差数据质量稳定可靠.表 I C E S a t 跨轨D O V与X GM e_ D O V模型差值统计表T a b l eT h ed i f f e r e n c eb e t w e e nI C E S a t c r o s s t r a c kD OVa n dX GM e_ D OV m o d e l波束组数量/个最大值/()最小值/()平均值/()S T D/()L L_X GM L L_X GM L L_X GM R R_X GM R R_X GM R R_X GM I C E S a t _X GM 基于跨轨D OV计算的 规则网格D OV,如图所示.采用X GM e_ D OV模型进行精度验证,结果见表.由表可知,跨轨D OV计算的网格D OV的卯酉分量精度高于子午分量,含有中间强波刘新等:基于多波束激光测高卫星I C E S a t 观测的垂线偏差解算束的波束组精度较差.与文献 计算的跨轨D OV相比,采用本研究数据筛选方法解算的子午分量和卯酉分量精度明显提高.由此可见,相邻海面高数据的方位角大小以及空间分布对网格D OV两分量的精度具有显著影响.另外,由表和表可知,网格D OV和海面高数据的精度还与数据密度有关,中间强波束的观测点密度低且精度较差,造成包含中间强波束的跨轨组合解算的网格D OV精度也相对较低.因此,I C E S a t 跨轨垂线偏差的计算可以提高卯酉分量的精度,但与沿轨D OV相比,其子午分量的精度降低.图跨轨D O V计算的南海网格垂线偏差F i g G r i d d e dD OVc a l c u l a t e db yt h ec r o s s t r a c kD OV s i nt h eS C S表跨轨D O V计算的网格D O V与X GM e_ D O V模型差值统计表T a b l e T h ed i f f e r e n c eb e t w e e n t h eg r i d d e dD O Vc a l c u l a t e db yc r o s s t r a c kD O V sa n dX GM e_ D O Vm o d e l()波束组方向最大值最小值平均值S T D L L_X GM 子午 卯酉 L L_X GM 子午 卯酉 L L_X GM 子午 卯酉 R R_X GM 子午 卯酉 R R_X GM 子午 卯酉 R R_X GM 子午 卯酉 I C E S a t _X GM 子午 卯酉 山东科技大学学报(自然科学版)年第期结论与展望本研究计算了沿轨D OV,结合I C E S a t 跨轨方向的海面高数据,通过最小二乘配置法计算南海网格垂线偏差,并用X GM e_ D OV模型进行精度验证.实验结果表明:)I C E S a t 海面高数据产品AT L 与J a s o n 海面高数据精度均为厘米级,说明激光测高卫星I C E S a t 的海面高数据可靠.)沿轨方向中间强波束垂线偏差精度低于其他个强波束.沿轨D OV计算的南海网格D OV的卯酉分量标准偏差约为子午分量的倍.跨轨方向的组强波束D OV精度相近,跨轨D OV计算的卯酉分量精度也高于子午分量.说明I C E S a t 卫星的多波束同步观测模式不仅可以解算沿轨垂线偏差,还可以根据波束之间同步观测值计算精度可靠的跨轨垂线偏差.因此,与传统一维测量相比,I C E S a t 作为新型激光测高卫星的多波束观测有效提高了采样间隔,使垂线偏差的计算不再局限于单一的沿轨道方向.I C E S a t 卫星利用多波束同步观测模式可计算跨轨垂线偏差,改善了子午分量和卯酉分量精度差异大的问题,但如何融合激光测高卫星I C E S a t 和雷达测高卫星的海面高数据提高垂线偏差精度,仍为有待攻克的难题.此外,二维海面高数据的垂线偏差解算技术刚起步,SWOT任务即将提供网格海面高数据,采用SWOT数据确定高精度和高分辨率的垂线偏差也是一项重要挑战.随着卫星测高技术的不断发展,联合多源卫星的海面高数据有望反演出高精度和高空间分辨率的网格垂线偏差模型.参考文献:郭金运,金鑫,边少锋,等垂线偏差测量的固体潮和海潮改正J测绘学报,():GUOJ i n y u n,J I NX i n,B I ANS h a o f e n g,e t a l C o r r e c t i o n so f s o l i de a r t ht i d ea n do c e a nt i d e f o rm e a s u r e m e n t o fd e f l e c t i o no ft h ev e r t i c a lJ A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,():赵俐红,庞贝贝,凌子龙,等基于改进的F A B OUG法研究北极美亚海盆区域的布格重力异常特征J山东科技大学学报(自然科学版),():Z HAOL i h o n g,P AN GB e i b