首次利用gps -反射率法对海面高度进行太空观测

【GPS-反射率法对海面高度的太空观测】 首次利用GPS-反射率法对海面高度进行太空观测，标志着地球观测技术的一大突破。这种方法基于全球导航卫星系统反射（GNSS-R）技术，通过分析地球表面反射的GPS信号，可以获取有关地球物理参数的信息，特别是海洋表面高度（SSH）。这项技术的原理是测量信号从GPS卫星到地球表面，再反射回卫星所需的时间，从而估算出海面高度。 GPS-TDS（TechDemoSat-1）测高是一种利用星载GPS接收器捕获并分析反射信号的方法。TDS-1卫星的轨道高度为635公里，倾角98°，每天的升交点时间为下午9点。卫星上的天顶和天底定向天线分别用于接收直接GPS信号和捕获反射信号。遥感接收器SGR-780负责生成延迟多普勒图（DDMs），这些图像是分析海面高度的关键。 在六个月的观测期内，TDS-1卫星收集了大量的DDMs数据，覆盖了广泛的海洋区域。这些数据经过处理后，可以制作出SSH地图，并与全球平均海平面高度相比较。然而，由于GPS-R仪器设计主要用于海洋风速测量而非高度测量，其性能并未针对测高进行优化，导致测量结果与DTU10 SSH模型存在差异。这些差异主要源于仪器本身的限制和TDS-1平台轨道测定的精度问题。 GNSS-R技术在海洋高度表的应用始于1993年，马丁-尼拉首次提出。随着时间的发展，该技术不断优化，包括使用更宽的导航信号带宽和复杂的信号处理技术，如干涉处理，以提高SSH估计的精度。尽管单次测量的名义精度约为5米，但通过上述改进，精度可提高到厘米级别。这种高分辨率的观测能力对于监测小尺度的物理过程，尤其是在时间和空间上的密集采样，具有巨大的潜力。 国际空间站的GNSS-Reflectometry实验（GNSS-Ref）也致力于SSH的测量，计划于2019年发射。此外，CYGNSS任务，美国宇航局的气旋全球导航卫星系统，利用八颗微卫星星座在热带气旋条件下测量海面风速，也展示了GNSS-R技术在恶劣环境中的应用。 通过TDS-1卫星的GPS-R数据，科学家们已经能够对南大西洋和北太平洋的SSH进行成像，并且这些地图与全球平均海平面保持一致。这证实了GNSS-R技术在海面高度测量中的可行性，尽管还存在一些挑战，但这一技术的未来前景十分广阔，有望为海洋学研究、气候监测以及灾害预警等领域提供更精确的数据支持。