Метод спутниковой альтиметрии
Пилипенко М.О., Андреева Н.В.
БГТУ имени В.Г. Шухова
Белгород, Россия
Спутниковая альтиметрия - это измерение высоты спутника относительно поверхности Земли по времени прохождения сигнала, посылаемого и получаемого после отражения от поверхности спутником. В основном альтиметрия служит для решения геодезических и гравиметрических задач, а именно - для определения гравитационного поля Земли и уточнения модели геоида.
Hg - высота геоида или эквипотенциальная поверхность
гравитационного поля Земли;
Horb - высота орбиты спутника;
Halt - высота спутника над поверхностью моря;
Hssh - высота морской поверхности с учетом ряда поправок (dHi), связанных с прохождением радиосигнала через - атмосферу, инструментальными ошибками и состоянием подстилающей поверхности:
Hssh=Horb - Halt - У dHi
Hdt - динамическая топография отклонения морской поверхности относительно геоида: Hdt=Hssh - Hg ;
Помимо этого спутниковая альтиметрия позволяет анализировать:
• амплитуду скорости приводного ветра;
• высоты волн;
• состояние подстилающей поверхности;
Основы метода спутниковой альтиметрии. Спутниковая альтиметрия относится к одному из активных методов дистанционного зондирования поверхности с борта космического аппарата. По времени возврата зондирующего радиоимпульса рассчитывается расстояние от спутника до подстилающей поверхности, что позволяет определить высоту морской поверхности.
Диаметр сегмента подстилающей поверхности, с которого происходит отражение радиоимпульса, зависит от частота его повторения.
Для спутников TOPEX/Poseidon и Jason-1 для одиночного импульса при ф = 0.2 нс он получается равным Ds = 2.54 км, а его площадь составляет 5.05 км2, что значительно меньше максимальной величины определяемой конструкцией альтиметра (Ds = 48.1 км).
спутниковый альтиметрия спутник
После касания зондирующим импульсом подстилающей поверхности происходит расширение сегмента, с которого происходит отражение, с последующим вырождением его до кольца, середину которого занимает отраженный сигнал от следующего импульса.
Зависимость формы и площади сегмента подстилающей поверхности, с которого отражается зондирующий импульс альтиметра от времени.
Спутник движется по орбите со скоростью 5.8 км/с вдоль трека. При таком осреднении с интервалами осреднения 1, 0.1 и 0.05 с суммарная площадь, с которой получена информация соответственно составляет 19.75, 6.52 и 5.78 км2.
Изменение площади сегмента подстилающей поверхности, с которого поступает информация, за счет осреднения.
Основные поправки. На прохождение радиоимпульса альтиметра сильно влияет состояние атмосферы, которое выражается в увеличении времени возврата зондирующего сигнала, что приводит к ошибке определения положения спутника над поверхностью океана. Явление рефракции радиоимпульса в атмосфере можно разделить на следующие виды:
1) рассеяние молекулами воздуха, в первую очередь обусловленное наличием молекул кислорода в составе атмосферы (поправка на «сухую» тропосферу);
2) поглощение водяным паром и облаками (поправка на влажность);
3) рассеяние на свободных электронах в ионосфере (ионосферная поправка).
Дополнительные поправки, обязательные для учета при обработке данных:
поправка на состояние подстилающей поверхности, которая зависит от высоты волны и скорости ветра, инструментальная поправка, поправка на отклонении антенны альтиметра от положения надира.
Геофизические поправки:
* поправка обратного барометра,
* приливные поправки.
Структура базы данных спутниковой альтиметрии. Структура большинства баз данных спутниковой альтиметрии состоит из следующих групп:
* пространственно-временное положение спутника;
* высота спутника над подстилающей поверхностью;
* поправки, влияющие на время возврата зондирующего импульса (инструментальная поправка, поправка на состояние подстилающей поверхности, поправки на влияние окружающей среды);
* результаты анализа формы отраженного импульса (значимая высота ветровых волн, коэффициент обратного рассеяния, модуль скорости приводного ветра);
* дополнительная геофизическая информация (поправка обратного барометра, высоты геоида и средней морской поверхности, высоты приливов -- морского, солнечного, твердой Земли и полюсного, данные батиметрии).
Часть информации получается в результате обработки исходных данных полученных с борта ИСЗ, другая -- как результат модельных расчетов.
Литература
1. Н.П. Грушинский Теория фигуры Земли
2. С. А. Лебедев Основы спутниковой альтиметрии
3. А.В. Елагин ТЕОРИЯ ФИГУРЫ ЗЕМЛИ