一种卫星雷达高度计自适应融合定标处理方法及装置

本技术属于海洋卫星测高，适用于在配备多种不同海面高观测设备的海上定标场为星载雷达高度计进行绝对定标，具体涉及一种卫星雷达高度计自适应融合定标处理方法及装置。

背景技术：

1、星载雷达高度计作为微波遥感最重要的载荷之一，能以厘米级的精度对全球海面高度场进行测量，同时可获得海面有效波高(浪高)和海面风速的信息。高度计在科学研究、国防建设、经济生活等多方面中都有着重要的价值。

2、星载雷达高度计作为一种高精度的定量遥感器，其绝对定标是卫星测高系统天地一体化的枢纽，测高卫星任务成败的关键，高准确度的绝对定标是这些对定标的研究有迫切的需求。高度计定标具有指标严、难度大、跨学科等特点，需要进行系统顶层设计。卫星雷达高度计如果不做绝对定标，将严重限制其数据在重力场和海底地形反演、全球变化研究等高精度应用中发挥作用。尤其是新型合成孔径雷达高度计，其在海洋上的测量误差比传统高度计降低了一半，对定标精度提出了更严苛的要求。

3、在卫星发射升空后的初期，主要的工作重心通常是进行对星载仪器的在轨定标与检验工作。为了更好地满足定标需求，还常常设计专门的定标轨道，以快速重返为主要特点，以尽可能在短时间内获得高精度的定标系数，并对系统处理的算法进行优化和固化，保障卫星遥感数据产品的性能指标达到设计要求。

4、当前国内外对卫星高度计定标的研究有很多(实际上每颗测高卫星发射之后都会开展密集的定标试验)，但当前国际上的定标算法有如下缺点。

5、1、现有方法一般都是直接对高度计的海面高产品进行定标，而不同定标方法，对部分测高误差项的处理策略不同，直接对海面高进行定标可能会带来额外的定标误差；

6、2、现有方法没有考虑多定标设备融合的优势。通常是各个设备各自给出一个定标结果，或者对不同定标设备的定标结果做一个简单的平均(或者根据经验进行平均)；

7、3、定标方法自动化程度不足。以往定标方法都是非常专门的处理，如卫星技术状态变化(如数据产品版本更新或者硬件切备份)或者定标场部分设备故障都需要再次进行专门处置。

技术实现思路

1、本技术的目的在于克服现有技术定标误差大，卫星技术状态变化或者定标场部分设备故障时都需要重新计算的缺陷。

2、为了实现上述目的，本技术提出了一种卫星雷达高度计自适应融合定标处理方法，包括：

3、采用不同的策略，对定标场的每个设备单独进行定标处理；然后对各个定标设备的数据进行融合处理；

4、所述融合处理包括：剔除定标偏差序列野值点，计算单定标设备的定标统计特征、融合定标权重、融合定标偏差估计值、融合定标随机误差、融合定标系统误差，以及融合定标的精度，得到最终的融合的定标结果。

5、作为上述方法的一种改进，所述采用不同的策略，对定标场的每个设备单独进行定标处理，包括：

6、步骤1：对定标设备海面高观测序列进行预处理；

7、步骤2：将海面高序列进行功率谱分析和平滑滤波；

8、步骤3：计算高度计定标场区域沿轨海面高序列；

9、步骤4：确定卫星过顶位置及时刻；

10、步骤5：计算匹配误差；

11、步骤6：确定定标场海面高参考值；

12、步骤7：确定待定标高度计海面高值；

13、步骤8：将待定标高度计海面高值减去定标场海面高参考值，生成海面高定标偏差序列。

14、作为上述方法的一种改进，所述计算高度计定标场区域沿轨海面高序列时，

15、对于验潮站，按照下面的公式计算海面高度ssh：

16、ssh＝轨道高度-经过仪器误差校正的ku波段距离-ku波段电离层校正-对流层模型校正-湿对流层模型校正-ku波段海况偏差校正-基于fes模型的海洋潮校正解+海洋负荷潮

17、对于锚泊，按照下面的公式计算海面高度ssh：

18、ssh＝轨道高度-经过仪器误差校正的ku波段距离-ku波段电离层校正-干对流层模型校正-湿对流层模型校正-ku波段海况偏差校正

19、对于gnss浮标，按照下面的公式计算海面高度ssh：

20、ssh＝轨道高度-经过仪器误差校正的ku波段距离-ku波段电离层校正-干对流层模型校正-湿对流层模型校正-ku波段海况偏差校正-固体潮校正-极潮校正-海洋负荷潮。

21、作为上述方法的一种改进，所述采用不同的策略，对定标场的每个设备单独进行定标处理，还包括：

22、步骤9：将海面高定标偏差序列记录在动态表格中，每次得到单定标设备的偏差序列后更新动态表格。

23、作为上述方法的一种改进，所述计算单定标设备的定标统计特征包括：

24、定标设备的统计特征即定标精度计算方法为：

25、

26、其中，ni表示第i个定标设备总的有效定标次数；σi表示第i个定标设备偏差序列的标准差。

27、作为上述方法的一种改进，所述计算融合定标权重，包括：

28、

29、其中，wi表示第i个定标设备的定标权重；表示第i个定标设备的定标精度。

30、作为上述方法的一种改进，所述计算融合定标偏差估计值，包括：

31、

32、其中，表示融合定标偏差估计值；wi表示第i个定标设备的定标权重；表示第i个定标设备的平均偏差：

33、

34、其中，ni表示第i个定标设备总的有效定标次数；n表示总的定标次数；biasj,i表示第i个定标设备第j次定标的偏差值。

35、作为上述方法的一种改进，所述计算融合定标随机误差，包括：

36、

37、其中，表示融合定标随机误差；表示第i个定标设备的定标精度。

38、作为上述方法的一种改进，所述计算融合定标精度，为：融合定标随机误差的平方与融合定标系统误差的平方求和，之后再求平方根得到。

39、作为上述方法的一种改进，所述最终的融合的定标结果，为：融合定标偏差估计值±融合定标精度。

40、本技术还提供一种卫星雷达高度计自适应融合定标处理装置，基于上述方法实现，所述装置包括：

41、单独定标模块，用于采用不同的策略，对定标场的每个设备单独进行定标处理；和

42、融合定标模块，用于对各个定标设备的数据进行融合处理；

43、所述融合处理包括：剔除定标偏差序列野值点，计算单定标设备的定标统计特征、融合定标权重、融合定标偏差估计值、融合定标随机误差、融合定标系统误差，以及融合定标的精度，得到最终的融合的定标结果。

44、与现有技术相比，本技术的优势在于：

45、1、目前其它类似研究中大都是直接利用卫星高度计的海面高观测值。该观测值中所有误差都进行了校正，而在定标场中有些误差和高度计观测误差相同，这些误差在定标中可以抵消，进行校正反而会增加算法的复杂性，并引入更多的误差。本发明的方法中，结合不同定标设备的具体特点，计算和各定标设备最匹配的高度计海面高。定标中所需的各个参数可以灵活自动配置。更重要的是，在灵活配置参数后，对同一台合成孔径卫星雷达高度计，可以同时实现对传统模式和合成孔径模式的定标，确定二者之间的相对偏差。

46、2、融合定标中根据各个定标设备自身的数据结果更新融合中的定标权重，实现自适应的融合定标处理。以往的类似研究中，要么单独汇报不同定标设备的偏差，交由用户选择更可信的定标结果；要么简单地对各种偏差的结果进行算术平均；要么根据定标设备研制方给出的精度指标设计一个经验的权重。本发明中的权重分配完全是自适应的，例如，由于海况和突发天气原因，定标设备中的gnss浮标可能会产生故障、损失一部分数据，本发明的方法可以自动降低该设备在整个定标中的权重。

47、3、在定标中引入动态表格数据结构，当某一定标设备的海面高观测进行更新时，只需要更新动态表格中的一列(甚至某个单元格)的值。重新运行融合处理软件，系统的定标结果即可自动更新。实现了定标自动化处理。例如，gnss浮标定标中，可以由gnss卫星的广播星历和钟差文件先快速获得海面高观测值(此时验潮站的海面高观测值是准确的)，得到一个初步的海面高定标结果。若干天后，gnss卫星精密星历和钟差文件更新后，更新gnss定标结果，更新动态表格文件中相应的列即可，验潮站的定标处理不需要重新再做。以往的研究中，尚未见到对这种灵活性的考虑。