微波遥感杂谈四（雷达高度计测高基本原理二）

要求的天线尺寸为7.7m这对于星载天线的设计、安装与使用是不合适的,所以在卫星测高中主要采用脉冲有限方式一、两种工作方式1. 脉冲有限Pulse-Limited“有限”的主体脉冲宽度时间长度含义地面照射区域的直径主要由发射脉冲的持续时间经脉冲压缩后的等效窄脉冲宽度 ττ决定。天线波束虽然是宽的但真正“裁剪”出足迹边界的是脉冲前沿与后沿扫过地面的时间差。形象理解一束探照灯宽波束向下照射但开关只打开一瞬间极短脉冲。在地面上看到的是一个有限大小的亮斑——亮斑大小由光在开关打开时间内传播的距离决定而不是灯光的发散角度。2. 波束有限Beam-Limited“有限”的主体天线波束宽度角度范围含义地面照射区域的直径主要由天线的波束宽度θ 决定。脉冲宽度足够窄远小于波束跨过地面目标的时间但整个足迹的边缘由天线的方向图边界确定。形象理解一束激光笔极窄波束向下照射开关一直打开连续波或极长脉冲。地面上的光斑大小完全由激光的发散角决定与开关时间无关。二、测高频率的选择高频限制18 GHz频率过高时微波受大气水汽、氧气吸收和降雨散射作用强烈信号衰减严重回波能量弱、信噪比低难以实现厘米级测高精度同时高频对降雨极为敏感数据可用性差不适合常规海洋观测。低频限制2 GHz频率过低时频段内集中大量地面通信、导航与雷达信号电磁干扰强易淹没雷达回波低频电磁波受电离层折射、法拉第旋转影响显著测距误差可达米级无法满足高精度测高要求。天线与分辨率约束星载天线尺寸受限0.6–1.5 m。频率越低、波长越长天线波束越宽海面足迹越大空间分辨率越低难以满足重力异常等精细探测需求频率过高则天线加工精度要求苛刻工程实现难度大、成本高。最优频段选择综合大气衰减、电磁干扰、天线设计与精度要求测高频率限定在2–18 GHz。主流选用Ku 波段13.5–13.9 GHz兼顾衰减小、干扰弱、分辨率适中搭配 C 波段5.3 GHz 用于电离层误差改正保证测高精度。三、测高原理与测浪原理测高原理雷达高度计向海面垂直发射微波脉冲脉冲经海面反射后返回卫星。通过测量脉冲往返传播时间结合光速可算出卫星到瞬时海面的距离。再利用卫星精密轨道高度减去该距离得到海面高度。为消除大气折射、电离层、海况、潮汐等影响需进行多项地球物理改正最终获得高精度海面高程。测浪原理海面波浪使雷达回波上升沿发生展宽波峰先反射、波谷后反射波高越大回波展宽越明显、上升斜率越小。通过分析回波波形的上升时间宽度可反演有效波高SWH即最大 1/3 波高的平均值用于海浪预报与海洋动力研究。回波功率回波功率是多脉冲非相干平均后的稳定统计量它去除了随机相位引起的斑点噪声直接关联海面后向散射系数、有效波高和距离而单次脉冲的幅度和相位均因海面随机运动而无确定意义。