卫星测高

卫星 测高（ 英语 ：Satellite Altimetry）是一种利用 人造卫星 携带的 高度仪 ，通过雷达、 激光 等测距技术量测卫星至地球表面的高度，从而获取地球表面地形的空间测量技术。这项技术能全天候、重复地提供全球范围内的高度观测值，广泛应用于海洋学、 大地测量学 、 地球物理学 及 冰川学 等 地球科学 的分支学科中。

原理

卫星测高的原理涉及地面跟踪站的观测数据确定卫星的 轨道根数 和位置参数，以及测高仪测取海洋面至卫星的高度。通过这些数据，可以算出海洋面与 地球椭球 体面之间的地心向径之差，即海面高度ζ；再用海面高度并据海洋 大地水准面 的定义，可确定海洋大地水准面，大地水准面的差距N也可进而确定。利用ζ一N的数据并进行滤波，即得 海面地形 ζn(=ζ-N)。在此过程中，还需考虑轨道改正、仪器改正、大气改正、海洋物理改正等因素。

卫星 测高技术通过有源测量的方式获取卫星到 地球 表面的距离，通常采用 微波 雷达实现。卫星发射的雷达波束在抵达地球表面时会产生一个半径约为3－5千米的圆形区域， 高度仪 测得的距离实际上是卫星到这个圆形区域的平均距离。在接收回波时，卫星会开启一个长为数十米的窄带分析窗口，并采用去斜脉冲压缩的方式记录下信号的 波形 和振幅。通过卫星测高技术，可以获得卫星星下点处，海水面及其他地球表面的大地高。这一过程的原理由卫星测高基本观测 方程 给出，并涉及误差改正公式。

发展历程

卫星测高技术自1969年提出后，经历了实验阶段、成熟阶段，并进入高精度时代。早期实验包括 美国航空航天局 的天空实验室计划和GEOS-3、Seasat计划，这些实验为后续 卫星 任务奠定了基础。1985年， 美国海军 运营的Geosat标志着卫星测高技术的成熟，测距精度达到了10厘米以内。1992年，TOPEX/Poseidon使用GPS与DORIS系统联合定轨，将测距精度提高到了2－3厘米的级别。

误差分析

测高卫星的主要误差来源包括卫星轨道误差、环境误差与仪器误差等。轨道误差因卫星真实运行的轨道与计算轨道的偏差引起，而环境误差包括大气 传播延迟 和由 地球 表面在对 电磁波 的反射、散射等的过程中引起的误差。仪器误差主要包括天线的 相位 中心与航天器的 质心 产生的偏移、信号在 高度仪 内部的 电子器件 中的传播延迟等。

测高卫星

截至2020年，已经结束或正在运行的测高卫星任务包括Geosat、ERS、TOPEX/Poseidon、Jason、ENVISAT、ICESat等，这些卫星任务已参与入各类国际海洋和气象计划中。

应用

卫星测高的应用十分广泛，包括确定 大地水准面 与 地球 重力场、探测海山和深海 海沟 等海底地形、监测 海面地形 以反映大洋环流、 潮汐 和 海平面上升 等物理机制对海面高度的影响。此外，卫星测高技术也成为了全球气候观测系统（GCOS）和全球 大地测量学 观测系统（GGOS）的重要组成部分。

卫星测高数据在大地测量学中用于建立高 分辨率 的大地水准面，并可进一步用于确定 重力异常 、 垂线偏差 等地球重力场中重要的 物理量 。在 地球物理学 中，测高数据可以构建出海洋的重力场模型，反映海底地形和地球内部结构的影响。在物理海洋学中，测高数据被用于研究 地平线 的空间变化与时间变化，包括大洋环流、海洋 潮汐 、海面变化和海况监测等。