卫星高度计轨道设计的因素分析

第24卷　第2期2009年4月

遥　感　技　术　与　应　用

REMOTE SENSIN G TECHNOLOGY AND APPLICATION

V ol. 24　N o. 2A p r. 2009

卫星高度计轨道设计的因素分析

徐　莹1,2, 张有广2, 林明森2

(1. 中国海洋大学海洋环境学院, 山东青岛　266003;2. 　100081)

摘要:卫星高度计轨道的选取需要综合考虑到轨道高度。

对高度计轨道设计中涉及的诸多因素, 。通过对多颗高度计轨道设计标准的描述, 重点分析了。在此基础上, 提出了我国H Y 22卫关　键; ; H Y 22高度计:73:A　　文章编号:100420323(2009) 0220155209

1　引　言

卫星高度计数据已广泛地应用于海洋学、大地测量学、地球物理学、气候学、水文地理学和海洋生物学等领域的研究[1]。尤其是在海洋学研究方面, 卫星高度计为研究全球海平面、海洋环流及其随时间的变化提供了一种强有力的工具。在整个卫星高度计的发展过程中, 以TO PEX/Poseidon (以下简称:T/P ) 高度计[2]和J ason 21[3]为代表的新一代高度计对全球海平面变化的观测达到了极高的精度。

本文的目的是对涉及到卫星高度计轨道设计与选取方面的相关因素进行分析和比较, 以此说明T/P 系列的高度计之所以能够达到前所未有的测高精度与轨道高度、轨道倾角和精确重复周期等技术指标的设计是分不开的。本文在对国外高度计轨道和采样模式进行分析的基础上, 提出我国海洋动力环境卫星(H Y 22卫星) 高度计轨道设计的方案, 为H Y 22卫星轨道设计和采样模式等指标的确定提供

星沿轨道的数据不连续, 地面跟踪数据受卫星轨道动力模型精度的限制。轨道模型中最主要的误差源是地球重力场短波长部分的不确定性。卫星轨道与重力场的扰动完全由轨道高度决定。例如, 波长约为1200km 的重力场,500km 的轨道高度比1000km 轨道高度的卫星轨道重力场的扰动大一个量级[4]。对于250km 的波长, 其轨道重力场的扰动比500km 情况下高出5个量级。

轨道模型中另一个与高度有关的误差源是卫星所受大气的阻力。大气阻力与大气密度成正比, 它随着高度近似成指数减小[5]。由于受到太阳和地磁场的影响, 大气密度在高纬度时空变化剧烈。高纬度大气密度的变化不能精确预测, 这为轨道动力模型中的大气阻力部分引入了误差。如图1所示, 在Seasat 、Geosat 和ERS 785km 的轨道高度与T/P 1336km 的轨道高度之间大气阻力相差一个量级。

由于轨道模型随着轨道高度的增加对重力场和大气阻力精度的依赖减小, 因此, 高的轨道高度是必要的。实际上, T/P 高度计选取1336km 的轨道高度的首要目的就是为了改善轨道的精度。

轨道精度的限制除了上述因素外, 还有其它考虑。如方程1所示, 雷达回波功率与轨道高度的四次方成反比。

22λ2

(1) P r =t λG σ0d A 3

(4π) A f

参考依据。

2　轨道参数和采样模式

2. 1　轨道高度

卫星高度计轨道的选取首先要考虑到精密定轨

(POD ) 的精度。在早期高度计发射时, 没有GPS 卫星的跟踪数据, 用于POD 的跟踪数据只局限于地面跟踪系统。但是, 地面跟踪数据质量不可靠, 并且卫

收稿日期:2008212210; 修订日期:2009202204

作者简介:徐莹(1980-) 男, 助理研究员, 主要从事海洋遥感数据处理和应用研究。E 2mail :[email protected]. gov. cn 。

测数据的连续性。

卫星轨道高度决定了轨道的周期。对于偏心率

较小的卫星高度计轨道, 连续两条升轨道经过赤道的时间间隔是:

T orb

31/2

(4cos 2i -1) a 2

(2)

其中:a 是轨道的半长轴=3. 98600×

1053sec ;

图1　卫星高度计轨道高度和多种力场

与重力加速度的变化关系

Fig. 1　Correlation between the orbit and the R e =6, i 是轨道倾角;

。

() , 忽略这一项, 则轨

2=1-因此,1785km 的轨道高度, 。在天线的物理尺寸和整星电力供应所容许的范围内, 通过增加天线的发射功率或增加天线的孔径来提高信噪比, 从而减小波束宽度和聚集雷达信号。T/P 高度计的天线孔径为1. 5m , 发射功率为20W , 它一直到1500km 都能获得足够的信噪比。

轨道高度的选取同样还受到高轨道高度条件下辐射环境的限制。范艾伦辐射带强烈的辐射, 辐射范围约为1000km 到20000km 的高度。暴露到辐射带中将会使卫星的电子器件的寿命减少。对于T/P 卫星轨道的倾角, 从1300km 到1500km 的

道周期完全由轨道的半长轴决定。对于卫星高度计的近圆形轨道, 轨道高度为R 的半长轴a ≈R e +R 。Seasat 、Geosat 和ERS 的轨道高度为785km , 它们相应的轨道周期约为101min 。对于轨道高度为1336km 的T/P , 它的轨道周期约为112min 。由于地球相对于卫星轨道面每分钟旋转0. 25°, 连续轨道的地面轨迹沿经度向西移动, 如图2和图3所示, 分别对应T/P 和ERS 的地面轨迹。轨道周期决定了地面轨迹相邻轨道之间的间隔。对于轨道周期为112min 的T/P 轨道, 相邻地面轨迹在经度上的间隔为28°; 对于轨道周期为101min 的地面轨

轨道高度变化, 卫星受到的辐射将增加大约40%[6]。

考虑到上述高卫星轨道的有利和不利条件, T/P 最终选择了大约1300km 的轨道高度。确切

地说, T/P 高度计1336km 轨道高度的选择则是进一步考虑到了轨道扁率、倾角和精确重复轨道这些因素的限制, 它们将在下面的几节中分别介绍。

应该注意到, GPS 卫星的连续跟踪能够极大地减小POD 对于轨道模型精度的依赖。GPS 的跟踪对于T/P 定轨是成功的, 并且GPS 对低轨道卫星的定轨也是成功的, 这就避免了选择T/P 高度计1336km 轨道高度时的诸多限制。此外, 通过GPS

的精密定轨, 已使T/P 高度计获取了沿轨道海面高度变化的长时间序列数据, 研究短期气候变化需要相同轨道的、长期的、连续的高精度卫星高度计数据, 这就需要后续的高度计卫星应具有与T/P 一致的地面轨迹。为此, 在2001年12月发射的J ason 21高度计和今年6月发射的J ason 22这两颗高度计卫星都运行在与T/P 一致的轨道上, 这保证了长期观

图2　具有66°轨道倾角的T/P 高度计一条轨道的

地面轨迹(上图) 和一天的地面轨迹图

Fig. 2　The ground track for a single orbit (top ) and the

ground track in one day (bottom ) for the

T/P orbit with 66inclination

对应1336km 和785km 的轨道高度, 地面速度分别为5. 9km/s 和6. 6km/s 。2. 3　轨道倾角

首先, 轨道倾角的选择要考虑海面上沿纬度方向的观测。按照惯例, 卫星轨道沿地球旋转方向倾角

i 小于90°, 称为顺行轨道; 反方向轨道倾角大于90°, 。对于顺行

|=|, 为了完全观测南|=-i , 65°和115°之间。

和Geosat 都是倾角为108°的逆行轨道,

观测的区域为72°N ～72°S 。ERS 的轨道同样是倾角为98°的逆行轨道, 它的观测覆盖了大部分极地海域(纬度82°, 见图3) 。这样大的倾角都是来源于太阳同步轨道的限制, 它需要787km 轨道高度的ERS 具有98°的倾角[7]。T/P 为轨道倾角66°的顺

行轨道(见图2) 。T/P 高度计与其它卫星高度计相

图3　具有98°轨道倾角的ERS 高度计一条轨道的

地面轨迹(上图) 和一天的地面轨迹图

Fig. 3　The ground track for a single orbit (top ) and the

ground track in one day (bottom ) for the

ERS orbit with 98inclination

比较, 采用顺行轨道和小轨道倾角是由于考虑到了潮汐混叠的影响。

其次, 轨道倾角的选择要考虑地面轨道交叉点处升轨和降轨道之间的角度。由于地球相对于卫星轨道面的旋转, 卫星地面轨迹是一个大圆。卫星地面轨道相对于北向的角度为:

ξ=tan -1

ξv s co s 0

Seasat 、Geo sat 和ERS 卫星, 每条轨道的地面轨迹

向西移动25. 25°。2. 2　偏心率

(4)

高度计设计中要考虑的一个重要因素是高度计自适应跟踪单元对平均海面返回雷达脉冲的跟踪。T/P 双频高度计星上海面跟踪算法在采集模式对

其中:v s 是方程(3) 中的卫星地面轨迹速度, v e co s φ

是地面纬度φ处的旋转速率, 并且:

-1ξ0=sin φco s

(5)

应的距离约为60m 。另外, 由于跟踪环的限制, 使跟踪器保持锁定不同海况下平均海面返回到高度计的回波。由于地球扁率, 圆形轨道距离变化率高达30m/s , 对于椭圆轨道距离变化率则更高。考虑到

它是交叉点处地面轨迹形成的大圆相对于北向之间的角度。在方程(4) 中的加减号分别代表升降轨道。升降轨道地面轨迹交叉点相对于子午线是对称的,

ξ交叉角度是2。应该注意到, 对于任意的轨道倾角ξ0和ξ随着纬度的增大而增大。在转向纬度对于顺行

轨道纬度|φ|=i 和逆行轨道纬度|φmax |=180-i , 相应的ξ=90°。因此, 方程(5) 的分母为零, 这意

高度计跟踪环的限制, 卫星高度计轨道偏心率需要小于0. 001。

轨道选择中考虑偏心率的另一个原因在于需要卫星近似常数的地面轨迹速度, 以确保沿卫星地面轨迹上距离的观测是近似等间隔的。每条轨道地面轨迹速度的变化随着轨道偏心率的增大而增大。圆形轨道除了由于地球扁率造成小的变化外, 地面轨

迹速度是常数。根据方程(2) , 地面轨迹速度近似为:

v s =

ξ=180°味着在转向纬度处交叉角2。对于不同的轨道倾角, 交叉角是纬度的函数[6]。T/P 、ERS 和Geo sat 交叉角纬度的变化, 如图4所示。从图中T/P 和Geosat 在大约27°的交点处看出, 地球的旋

转对于顺行轨道和逆行轨道交叉角的影响是明显的。

根据对交叉点处海面地转流速度的估计[8], 证明需要交叉角接近90°这样才能减小沿地面轨道海

T orb μ≈

a a

1/2

(3)

面斜率估算正交速度分量时几何形变造成的误差。对于特定的轨道倾角, 如图4所示, 只有在很小的纬度范围内才能满足上述需求。例如, T/P 高度计的轨道交叉角90°±20°在48°～61°的纬度范围内。对于ERS 轨道, 交叉角90°±20°在75°～80°狭窄的纬度范围内。因此, 正交的交叉点不能成为轨道选取的主要限制条件。

确定性[9]。同样, 交叉点处时间间隔也不能作为轨道选取的主要限制条件。

轨道倾角也影响轨道的进动, 因此它是选择卫星轨道精确重复周期中要考虑的重要因素。2. 4　精确重复周期。最, 。() 的旋转速率为:

(+1/365. 2422) (6) e ; 第二项为地球相对于太阳每个太阳日的旋转。卫星的重复周期按照时间间隔天数来定义, 定义为地球相对于卫星轨道面旋转一周的天数。由于卫星轨道的进动, 间隔天数与太阳日有微小变化。精确重复轨道在整数时间间隔的天数内形成卫星重复整数圈的地面轨迹。对于精确重复轨道周期天数D (简单称为D 天重复轨道) , 按照太阳日计算精确重复周期是:

(7) P orb =

ωe -Ω

其中:

μΩ(8) 　 =-cos i 2

a (1-e ) 2a 3

它是由于地球赤道凹凸导致的轨道进动速率。

按照卫星高度计的轨道高度和倾角, 对于每个

[10]

太阳日Ω 的变化范围为-3°≤Ω ≤+3°, 轨道进动速率对轨道倾角比对轨道高度敏感。i >90°和Ω >0的逆行轨道向西进动。由式(6) 知, 太阳日的轨道周期比会合日(nodal day ) 的轨道周期略长。例如“, 17天Geosat 轨道”的重复周期是17. 0505个太阳日。同样, 对于i

π/365. 2422, 这样的太阳同步轨道, 进动速率Ω =2

这样轨道平面向西的移动与地球绕太阳的旋转有相

π时太同的速率。对于太阳同步轨道, 当ω =2e -Ω

阳日与会合日的重复周期时间相同。

卫星在海面上轨迹的形状由轨道倾角i 、精确重复周期D 和每个周期内的轨道数N 决定。对于卫星

π/N 弧度。在各个纬度的采样, 在地面轨道间隔是2

若按照公里计算, 地面轨迹的间隔是纬度φ的函数。

Δx =co s φ(9)

图4　T/P 、ERS 和G eosat 地面轨道交叉角与纬度的函数关系

Fig. 4　The crossover angle between ascending and descending ground tracks as f unction of latitude for the

T/P , ERS ,and G eosat orbit configurations

在交叉点处估计地转流速需要考虑的另一个因

素是升降轨地面轨迹交叉点处的时间间隔。理想情况下, 地面轨迹交叉的时间间隔非常短, 这样可以得到同一时间海面斜率分量的投影, 减少了流速估计中随时间变化的误差源。T/P 轨道交叉点处升降轨道时间间隔如图5所示。交叉点时间间隔变化范

图5　地面轨道交叉点处升降轨之间的时间间隔为T/P 轨道纬度的函数

Fig. 5　The time interval between ascending and descending

ground tracks at crossover points as a function of

latitude for the T/P orbit configuration.

围由最小0. 25d 到最大4. 7d 。交叉点处时间间隔随纬度的变化, 对于不同的卫星轨道都有相似的不对于任意会合日的重复周期, 不能只通过N 来确定, 只有结合D 和N 才能确定正确的轨道。此外,

D 和N 又决定着轨道高度R 的确定(D 、N 和R 之间

高度相比, N 更依赖于轨道的重复周期。对于任何轨道高度相邻的两条轨道, N 都随着轨道重复周期

的增加而增加, 这也就是要在空间和时间上进行折衷的原因。根据方程(9) , 地面轨迹的间隔随着轨道重复周期的增加而减小。如图5所示, 沿经度方向地面轨迹的间隔是纬度的函数, , T/P 10d 重复轨道, N =127; ERS 35d , N =501; Geosat 17d , N , Geosat 地面6间上是不连续的。如图231336km 和785km 轨道高度上卫星相

的相互关系见Parke 等人文献中的图4) 。因此, 轨道重复周期的选取又变成i 、D 和R 的选取。然后, 选择适合轨道高度R 的轨道数N 。以T/P 的轨道来进一步说明上述过程, 轨道倾角66°和10d 重复周期, 奇整数N 的取值在143～129之间(135除外) 可以满足700～1400km 轨道高度的需求[10]。对于大约1300km 轨道高度的需求, N =127和129对应的轨道分别为1336km 和1254km 。T/P 10d 的重复周期, 最终采纳了1336km 的轨道高度。

邻的地面轨道间隔在经度方向分别约为28°和25°。在重复周期内, 相邻轨道之间的大片空白区域会被后续的轨道填充, 这就构成了地面轨迹中大量的“子周期”。例如, 从图6～图8中间的图中看出连续3d 地面轨道形成1d 子周期的地面轨迹。图中显示,1d 子周期中T/P 的地面轨道沿经向向西偏移; ERS

期M 2潮汐分量混频周期317d , 如果重复周期近似为17. 0000d 则M 2潮汐分量混频周期变为112d 。

根据方程(6) , 通过方程(10) 给出的轨道重复周期P orb 期间潮汐相位的变化可以通过轨道参数的形式写为:

e T tide ((12)

和Geosat 则向东偏移。3d 的子周期同样能够在图6～8(c ) 中看出, 在3d 的重复轨道周期内轨道沿经向偏移。对于T/P 和Geo sat 轨道,3d 子周期的轨道向东偏移; ERS 的轨道则向西偏移。2. 5　潮汐混叠

根据方程(12) Ω 是轨道倾角、高, 对于任[10]。对于卫星高度计轨道高度的范围, 潮汐混淆周期仅是轨道高度的弱函数, 因为它相关的参数Ω 受轨道高度的影响较弱。混叠周期因此对D 、N 和轨道倾角非常敏感。根据方程(11) 确定混频周期的详细过程见Parke [10]等的文献。

确定潮汐混淆周期和波长的方法十分繁杂, 并且混淆频率和波长与轨道高度、倾角和重复周期的关系复杂。不少文献中提供了确定潮汐混淆周期的方法[11,12]。潮汐混淆随着轨道重复周期的增加集中在较低频率。对于所有逆行轨道, 潮汐主成分中至少一个混频为接近零频率(平均潮汐) 。

虽然大地水准面的精度不断提高, 但在计算平均大洋环流的过程中也将引入潮汐混频的影响, 如有可能应避免逆行轨道。具有向西进动速率Ω 的顺行轨道, 每天的进动速率超过2°, 这对于潮汐的观测非常有利。当轨道高度接近1300km 时, 相应的轨道倾角约为66°,10d 重复周期轨道是大于7d 重复周期轨道的为数不多的几种选择之一,7d 的重复轨道会造成观测中潮汐各主要分量频率大于2cp r 。

Geo sat 轨道观测的M 2分潮存在的问题最为明

半日潮。的变化, 混淆。在T/P 全球海洋的很多区域RMS 误差超过10cm 。T/P 选取的轨道就是考虑了潮汐混淆的影响, 潮汐混淆是T/P 轨道选择中考虑的首要因素[9]。通过对轨道的认真选取, T/P 高度计数据对全球潮汐的估计精度能够达到2～3cm 。

通过高度计精确轨道重复周期的数据来计算潮汐的振幅和位相有3个方面的限制。第一, 高度计设计寿命一般为3a , 保持相应的轨道一年或两年可以保证高频的混频部分能够分离出来。这里

混淆频率高于1cpr (周期小于1a ) ; 第二, 选择的轨道能够保证利用一年或两年时间序列的数据将主要潮汐成分分离出来; 第三, 轨道高度的选择中应避免主要潮汐分量与其它因素混淆(年际或半年际变化等) 。

确定潮汐混淆频率的表达式有简单的表示形式。潮汐分量j , 周期为T tide (j ) , 重复周期P orb 在两条相邻轨道之间潮汐相位的变化为:

显, M 2分潮是全球海洋许多海域潮汐中最主要的

(10)

分潮, 具有317d 的西向传播周期和大约800km 的波长。在Geosat 将近3年的ERM 任务中, 混频周期能够从年际周期中分离出来。在公开出版物中有多个这样的例子, 西向传播的M 2分潮混频导致它被错误的理解为由Geosat 数据经过T/P 之前潮汐模型进行潮汐校正处理后的海面高度场中年际变化的Rossby 波, 这将造成10cm 的误差。

轨道重复周期的增加使潮汐混叠只局限在较低频率范围内。对于所有的逆行轨道, 潮汐各主要分潮中至少一个分潮的混叠频率接近零潮汐(例如, 平均潮汐) 。如果可能的话, 应该避免使用这样的轨

位相变化量Δ

T alise (j ) =

|Δ

(11)

-1

(j ) 。相应的混频频率是f alias =T alise T tide (j ) 和

P orb 两者需要精确的测定, 因为它们很小的误差也

会在一个重复周期内积累成非常大的位相误差

道, 因为, 大地水准面精确确定后, 潮汐混叠将是大洋环流估计中一大误差源。对于顺行轨道, 向西进动速率超过每年2°, 它最适合用于潮汐的观测。例如, 接近1300km 的轨道高度, 它允许的最大倾角

[10]

约为66°。10d 的重复周期是多种超过7d 轨道重复周期的一种选择, 对于不同的轨道倾角7d 轨道重复周期使高度计的采样中对所有主要的潮汐分量都混叠成频率大于2cpr 。

考虑到上面这多种因素, T/P 卫星最终选择了10d 的重复轨道周期,66°轨道倾角和1336轨道高度。T/P 汐模型的精度, 已减小到23。由于海[11], 这不太可能将潮汐误差减小到低于上述水平。2. 6　地面轨迹的飘移

值到观测区域, 在T/P 地球物理数据记录中包含着这类数据[15]。

根据卫星的轨道类型, 维持地面轨道在标称地面轨道±1km 范围内具有难度。大气拖曳和辐射压导致卫星轨道高度慢慢降低, 因此造成轨道周期按照方程(2) 减小轨迹慢慢向西飘移。化。

3H Y 22卫星装载3种海洋用微波遥感器, 它们

是雷达高度计、扫描式多频道微波辐射计和微波散射计。这些仪器的测量目的、手段和性能指标各不相同, 它们对卫星轨道的要求也各不相同。高度计不仅要求精密测轨, 而且要求地面轨迹组成的网格要密, 升降段轨迹的夹角要大。网格密使重复周期很长。

海洋动力环境卫星与地球资源卫星、气象卫星等对地观测卫星的轨道, 通常都可设计成太阳同步轨道, 其轨道面和太阳光之间的夹角基本保持不变, 星上太阳电池能长时间地在相同的受晒因子下接收太阳光照射, 为星上各系统提供用电; 太阳同步轨道是一种近极地轨道, 卫星几乎可以覆盖全球, 这样可以完成对两极海冰的观测, 有利于极地科学考察和研究。

为了满足海洋观测的全球性和重复性, 以及对海洋现象的动态观测, 要求卫星地面轨道在一个回归周期内能重复原先的轨迹。散射计则要求一天就能覆盖全球海洋面积的90%, 高度计观测海洋动力学参数和散射计测量风场可在14d 左右; 高度计观测海洋大地水准面和重力场等地球物理参数要求密集的网格, 重复周期可为168d 。

综合以上需求结合文中第二部分的分析, 表1中列出了H Y 22卫星的轨道参数的选取方案。表1中14d 轨道精确重复周期用于有效波高、海面风速和海面高度等海洋环境参数的观测;168d 的轨道精确重复周期用于海洋大地水准面、重力场和海底地形等大地测量及地球物理环境参数的观测。

对卫星高度计的海洋观测而言, 太阳同步兼回归轨道并不十分理想。太阳同步轨道的升、降

) , 而高度计要求这轨道角很小(交角18°, 倾角98°个夹角尽可能大, 如美国海洋卫星Seasat 2A 的夹角

为40°, 倾角为108°, 这样有利于高度计采样和数据

大地水准面波动计算的不确定性约为37cm 。

大地水准面模型在大尺度情况下能达到很高的精度; 因此, 对高度计数据的分析只局限于对海面高度数据时变部分。对于精确重复轨道, 上述处理就是在卫星高度计地面轨迹上的每个网格点的海面高度减去时间平均后的海面高度。由于大地水准面在地面轨道法向的梯度, 即使地面轨迹的位置在法向上有很小的变化都会影响对时间的平均。更重要的是, 这样会造成不同的大地水准面波动沿着偏移后的地面轨道采样不能区分沿标称地面轨道海面高度随时间的变化, 因此, 高度计数据引入了虚假的海面高度变化。为了避免在确定海面高度中的这个误差源, 卫星高度计地面轨道法向上的变化应该限制在标称地面轨道±1km 的区域。通过对Geo sat 数据的分析, Brenner [13]等和Minster [14]等发现大地水准面斜率在大地水准面剧烈变化区域为2×10-4(海沟, 大陆架边缘、岛屿和海山) 。在这样极端的环境下, 卫星地面轨迹法向1km 的飘移将造成海面高度20cm 的变化。更为典型的是较小尺度的大地水准面的斜率, 卫星地面轨迹法向1km 的飘移造成大地水准面的变化小于2cm 。利用足够的重复周期, 大地水准面法向的变化可以通过高度计数据得到, 并且对地面轨迹法向在±1km 内飘移的校正可以用来估计海平面的变化[13,14]。地面轨迹法向大地水准面的变化可以通过高精度的大地水准面模型进行校正。这样的校正是通过很多研究人员基于高精度的平均海面数据插

表1　H Y 22卫星的轨道参数

T able 1　The p arameters of H Y 22satellite orbit

轨道类型精确重复周期轨道高度轨道倾角星下点漂移

太阳同步兼回归轨道

14d 和168d

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～1000km

99°

±1km

的利用, 轨道接近正交才可测定海流和研究太阳潮汐的影响, , 地方时, H Y 222～3cm 需求。

4　结　语

卫星高度计的发展已有30多年的历史, 通过卫星工程技术的不断改进, 它的测量精度已经接近传统高度计的极限。这其中最具代表性的就是T/P 卫星高度计, 它在轨道的选择上都是其它高度计无法比拟的, 因此T/P 高度计的后继星J ason 21/2都采用了相同的轨道和观测方式。但是, 每个卫星高度计都有其特定的功能, 如T/P 高度计是为了观测海洋动力现象; ENV ISA T RA2高度计主要观测区域包括两极区域; Geosat 和Geo sat follow 2o n 主要是进行大地水准面和重力场的观测等等。在卫星轨道的选择上应根据观测要素的不同选择合适的轨道。另外, T/P 系列的高度计属于功能单一卫星, 因为整个星上的仪器设备, 如校正辐射计、GPS 和DORIS 等都是为配合高度计的观测任务而配置。相比之下, 其它的高度计, 如Saesat 、ERS 、ENV I 2SA T 和我国的H Y 22卫星都属于多遥感器集成的卫星, 这样在卫星的轨道选取上就要综合考虑各个遥感器对轨道的需求。H Y 22卫星高度计就是基于上述考虑最终选择了985km 的轨道高度、轨道倾角98°、轨道精确重复周期14d 和168d 。

目前, 传统卫星高度计的发展趋势主要是以单一功能的多颗小卫星组网进行观测, 这样在轨道的选取、观测方式、卫星质量、电源和仪器寿命等方面都比其它的高度计有优势。

An Analysis on the Considerations of S atellite Altimeter Orbit Design

XU Y ing 1,2,ZHAN G Y ou 2guang 2,L IN Ming 2sen 2

(1. M ari ne Envi ronment College , Ocean U ni versit y of Chi na , Qi ng dao Chi na;

2. N ational S atellite Ocean A p plication , ei j i )

Abstract :The orbit design of satellite altimeter ,eccentricity ,orbit inclination and repeat cycle etc. parameters. relate to altimeter orbit and sampling patterns. This paper also altimeter orbit ,focusing on analysis of T/P altime 2ter orbit analysis ,t his paper p resent s t he scheme of H Y 22satellite altim 2eter orbit t pattern.

K ey w ords :altimeter ;Orbit design ;Sampling pattern ; H Y 22altimeter

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