Технические характеристики современных спутниковых радиовысотомеров
Таблица 1
Параметр |
Seasat- А |
Geosat-A |
Topex |
Poseidon |
ERS |
MOS-2 |
Poseidon 2 & 3( миссии: Jason-1, Jason-2) |
Средняя высота орбиты, км |
800 |
800 |
1300 |
1300 |
800 |
570 |
1336 |
Несущая частота, ГГц |
13,5 |
13,5 |
13,5 / 5,3 |
13,65 |
13,5 |
19,8 |
13,6( Ku)/ 5,3( C) |
Импульсная мощность, кВт |
2 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,05 |
1,2 |
0,02 / 0,03 |
Длительность импульса, мкс |
3,2 |
102,4 |
102,4 |
102,4 |
20 |
3,2 |
105,6 |
Полоса модуляции, МГц |
320 |
320 |
320 |
320 |
330 / 82,5 |
320 |
320 / 100-320 |
Частота повторения, КГц |
1,02 |
1,02 |
4 / 1 |
1,7 |
1,0 |
1,0 |
1,68... 1,8 / 0,3... 0,45 |
Ширина ДНА, град. |
1,6 |
2,1 |
1,1 / 3,4 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,3 / 3,4 |
Точность( высота), м |
0,1 |
0,04 |
0,035 |
0,1 |
0,1 / 0,4 |
0,1 |
0,025... 0,035 |
Точность( волны), м |
1,5 ± 10 % |
1,0 ± 10 % |
0,4 ± 10 % |
0,5 ± 10 % |
0,5 ± 10 % |
- |
0,3 ± 10 % |
Потребляемая мощность, Вт |
165 |
130 |
70 |
70 |
- |
- |
70 |
Масса, кг |
94 |
86.6 |
- |
40 |
- |
- |
68 с антенной |
скорости движения спутника относительно пункта наблюдения с погрешностью 1... 3 см / с, по световым вспышкам определяет положение спутника относительно звезд с погрешностью 1... 1,5 ", измеряет дальность до спутника лазерами и радиотехническим дальномером с погрешностями соответственно 0,5... 1 м и 1... 2 м. Основным научным результатом программы ГЕОИК, кроме геодезических и гравитационных данных, явилось также получение каталога высот геоида на акватории Мирового океана. Фактическое время активного существования каждого спутника составляло от нескольких недель до 18-ти месяцев. При этом иногда одновременно работало два космических аппарата, чаще – один. Точность измерений радиовысотомера( инструментальная ошибка) для разных спутников составила 0,5... 0,8 м. Рабочая частота – 9,5 ГГц. В настоящее время эта программа официально не завершена.
Следует отметить, что значения погрешности измерения высоты полета КА, приведенные в таблице 1, отражают лишь ее флуктуационную составляющую. Суммарная же ошибка измерения высоты оказывается существенно больше. Как видно из таблицы 2, значительный вклад в суммарную погрешность ВРВ вносят динамические ошибки, наличие которых обусловлено гравитационными возмущениями орбиты КА.
Однако методы борьбы с этими ошибками хорошо известны из теории нелинейной фильтрации [ 4 ] с использованием алгоритмов, которые позволяют минимизировать сумму динамической и флуктуационной погрешностей. Кроме того, нельзя не упомянуть о так называемых ошибках смещения радиовысотомеров, появление которых связано с конечной угловой шириной диаграммы направленности антенны космического ВРВ. Величина ошибок смещения, помимо ширины диаграммы направленности антенны, определяется также и степенью шероховатости зондируе- мой поверхности, то есть зависимостью удельной эффективной площади рассеяния от угла визирования [ 5 ].
Перспективные ВРВ разрабатываются для работы на двух частотах( 13,6 ГГц и 5,3 ГГц) с целью коррекции ионосферной погрешности, а также комплексируются с трехчастотным радиометром( 18 ГГц, 21 ГГц и 37 ГГц) для компенсации тропосферной погрешности измерения высоты.
Можно констатировать, что ни в России, ни за рубежом пока не созданы ВРВ космического базирования с суммарной погрешностью измерения высоты менее 8... 10 см. Задача развития таких систем является весьма актуальной. Анализ современного состояния спутниковой радиовысотометрии показывает, что здесь еще скрыты значительные резервы в части внедрения методов когерентного зондирования, использования оптимальных методов обработки эхо-сигнала, адаптации параметров сглаживающих цепей измерителя высоты под решаемые ВРВ задачи и т. д.
Метод радиовысотометрии и точность измерения уровня моря
Спутниковый высотомер радарного типа измеряет вертикальное расстояние между спутником и уровнем моря посредством измерения времени отражения импульса радиоволн высокой частоты от поверхности моря.
Имея точную информацию о положении орбиты спутника, можно вычислить текущее положение абсолютной( относительно отсчетного эллипсоида) уровенной поверхности, проинтегрированной по измерительному пятну луча альтиметра. Отклонения уровня от локальной высоты геоида дают динамическую составляющую уровня моря, то есть отклонения высоты уровня, связанные с динамикой и плотностью вод в точке измерения. При наличии ряда значений уровня моря в измерительной точке при некоторых
78 Морские информационно-управляющие системы, 2018 / No. 1( 13)