南极Dome A地区高精度DEM的建立——顾及波形重定、坡度改正及数据融合

发布时间：2019-11-19 05:34

【摘要】：介绍了CryoSat-2LRM模式下优化后的OCOG、CFI和LIRT的3种波形重定算法。基于南极Dome-A昆仑站区的实测GPS数据,比较了CryoSat-2LRM模式下的3种波形重定方法,对不同波形重定算法下的测高数据进行了精度评估。结果表明优化后的OCOG算法精度最好,与GPS结果平均差值约为-0.07m,标准差约为0.60m,明显优于其他两种算法。通过比较坡度与卫星数据精度的关系,发现坡度因素对于卫星测高数据精度的影响不可忽视,在Dome A地区验证结果表明,坡度改正可使得卫星测高精度提高约38%。最后联合GPS和CryoSat-2OCOG数据,建立了南极Dome-A地区300m分辨率DEM,其精度约为0.24m。
【图文】：

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覆盖，有３种高程数据可供选择，选取合适的波形重定算法十分必要。本文选取２０１０年７月至２０１３年６月ＣｒｙｏＳａｔ－２数据作为试验数据，采用的改正量包括电离层、干／湿对流层改正、海潮、固体潮和极潮改正，由此提取出３种波形重定算法对应的高程，ＣｒｙｏＳａｔ－２的地面轨迹空间分布如图１（ｂ）。由于波形重定算法的选取直接关系到高程精度，下面详细介绍波形重定算法。卫星测高发射信号，通过反射面被卫星接收，形成了随时间变化的能量曲线，称为回波波形，如图２所示。测高卫星所观测的距离是从脉冲发射时刻到回波脉冲最大振幅的一半，即前缘（ｌｅａｄｉｎｇｅｄｇｅ）中点。卫星测高计在设计时通常预先设定某个时间点为波形的前缘中点，该时间点称为预设跟踪门（ｔｒａｃｋｉｎｇｇａｔｅ），但是回波波形容易受到反射面等因素影响，致使预设跟踪门与波形前缘中点不一致，波形重定主要用来确定波形前缘中点和预设跟踪门之间的偏移量，然后根据公式计算距离改正［２６］。ＣｒｙｏＳａｔ－２基线Ｃ中ＬＲＭ模式提供３种波形重定算法：ＯＣＯＧ、ＯｃｅａｎＣＦＩｍｏｄｅｌｆｉｔ以及ＬＩＲＴ（ＵＣＬｌａｎｄ－ｉｃｅ）算法，其中ＯＣＯＧ算法以及ＣＦＩ算法相较于基线Ｂ数据中所采用的波形重定方法均得到了优化，ＬＩＲＴ则是欧空局针对冰盖新研发的波形重定算法［２４］。１．２．１ＯＣＯＧ传统的ＯＣＯＧ算法是基于统计规律得到的简单波形重定算法，其基本思想是找到每个回波波形的重心，以数值方式统计出波形振幅、宽度与重心位置。通过计算确定矩形的中心和面积与波形本身的重心和面积相

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Ａｐｒｉｌ２０１７Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．４ＡＧＣＳｈｔｔｐ：∥ｘｂ．ｓｉｎｏｍａｐｓ．ｃｏｍ图３ＤｏｍｅＡ地区示意图Ｆｉｇ．３ＳｋｅｔｃｈｍａｐｏｆＤｏｍｅＡ表２动态ＧＰＳ数据验证坡度改正结果Ｔａｂ．２ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｖａｌｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｕｓｉｎｇｄｙｎａｍｉｃＧＰＳｄａｔａｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍ坡度改正前后最大值最小值平均值标准差坡度改正前１．１７－３．９５－０．０７０．６０坡度改正后１．９９－１．９１０．０３０．３７２．３融合ＤＥＭ为了结合ＧＰＳ在数据精度和ＣｒｙｏＳａｔ－２在空间分辨率上的优势，采用数据联合的方法综合两类数据构建南极ＤｏｍｅＡ地区ＤＥＭ［３０］。即利用静态ＧＰＳ结果对ＣｒｙｏＳａｔ－２数据精度控制，建立新的ＤＥＭ（如图４所示），所用的插值方法为克里金插值方法。从图３（ａ）和图４中可以看出ＤｏｍｅＡ地区中部存在东北向的马鞍形地形丘陵，地形较为平坦，西北及东南地区地势较低，高程变化较快，地形较为陡峭。图４联合ＧＰＳ与卫星测高建立的融合ＤＥＭＦｉｇ．４ＦｕｓｉｏｎＤＥＭｂａｓｅｄｏｎＧＰＳｄａｔａａｎｄＣｒｙｏＳａｔ－２ｄａｔａ利用重采样动态ＧＰＳ数据对融合后的ＤＥＭ以及国际上常用的两种高精度ＤＥＭ进行插值验证，验证结果如表３所示。相由表可知，较于单独使用ＯＣＯＧ算法得到的波形重定结果建立ＤＥＭ，使用ＧＰＳ精度控制后的ＯＣＯＧ波形重定结果所建立的ＤＥＭ精度有明显提升，标准差仅为０．２４ｍ，精度约提升了６０％，说明

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