[发明专利]一种高精度的水面高程提取方法

说明书

本发明公开了一种高精度的水面高程提取算法，该算法包括通用类波形的模拟；通用类波形与Level 1b干涉波形互相关重跟踪算法；大气及地球物理修正；高程计算与异常值排除；基于SSA的水位滤波与噪声分析。由于卫星高度计本身的限制和复杂的地理环境，Cryosat‑2 Level 2高度计数据产品在内陆或近岸区域存在大量的数据缺失和精度损失，本发明通过改进高度计回波波形重跟踪算法，提取高精度的水位序列产品，弥补当前内陆水体或近岸测高数据数量少、精度不高的缺陷。

技术领域

本发明属于卫星遥感与地理信息技术领域，具体涉及一种基于卫星测高的水面高程提取方法。

背景技术

卫星测高被用作提取水位(水面高程)的一种有效工具，其测距精度从分米级到厘米级。水位通常通过卫星高度计理论回波模型与接收波形拟合来计算，这个过程称之为波形重跟踪(Waveform retracking)。卫星高度计的二级GDR数据在发布前已经经过波形重跟踪处理，对受到陆地地形影响较大的波形进行了可能的数据剔除，这导致有些原本过境湖面的测高卫星在此出现数据缺失，使卫星高度计数据观测的湖泊数量十分有限。由于通常雷达高度计(T/P、Jason、HY-2)照射的地面足印直径约为15-20km，在这么大的范围内，周围的地形将有可能污染观测到的近岸波形。如果波形被严重污染，波形重跟踪器(Waveformretracker)可能会给出不精确的或无效的水位值。

由于卫星雷达高度计自身的局限和复杂的地理环境，测高卫星在海洋近岸的回波波形也受到陆地地形的影响，导致观测数据质量较差，为了增加和提高ERS、Topex/Poseidon、Jason和Envisat等传统脉冲式高度计数据的数量和质量，研究人员针对受陆地影响的海洋近岸回波提出了多种波形重跟踪方法，这些重跟踪算法也被应用到湖泊水位的提取上。应用较广泛的有Beta-5参数法(Martin et al.,1983)、重心偏差OCOG法(Winghamet al.,1986)、海洋算法(Callahan et al.,2004)和阈值法(Davis et al.,1997)等，基于这些方法又提出了许多改进的算法，比如许厚泽等(2007)结合Beta-5算法和OCOG算法对中国南海区域四轨Topex/Poseidon和ERS-1的波形进行处理，并将结果与验潮站的实测数据进行了比较，用于重构近海平均海平面；Yang et al.,(2008)利用Jason-1高度计在中国近海一年的测量波形，采用升降轨交叉点的海面高度异常值及验潮站的实测水位比较了海洋算法、OCOG算法、Ice-2算法和阈值算法四种波形重构算法的结果，指出在近海的波形处理方面OCOG算法优于其他算法；Guo et al.,2006和Hwang et al.,2006提出了一种新的算法，通过从有多个前沿的回波中提取出子波形，再判断并确定与大地水准面模型结果最合适的海面高度结果。该方法的本质还是阈值算法，是不基于模型的算法，缺乏明确的物理概念，而且只能由波形得到卫星到海面的距离这一个量，没有有效波高和后向散射系数；Gomez-Enri et al.,2009针对近海Brown和尖峰混合的回波，提出了实验性的混合波形重跟踪算法；Yang et al.(2012)基于波形分类和子波形的波形重跟踪算法(OceanCS)，该算法结合了海洋算法和重心偏差算法的优势。