CN113126122B - 干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***，其中，海洋观测方法包括：观测步骤，用于通过在同一工作轨道伴飞的第一卫星和第二卫星在工作轨道对海洋现象进行观测，其中，第一卫星通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测，第二卫星通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测；数据处理与传输步骤，用于通过第一卫星接收第二卫星发送的大气和海洋剖面观测数据，并与第一卫星的海面高度观测数据一起发送至地面站，地面站分别对海面高度观测数据以及大气和海洋剖面观测数据进行处理以获得观测结果。通过本申请，解决了在低成本、低风险的前提下，实现海洋宽刈幅、亚中尺度观测以及对海洋近温跃层的遥感探测的问题。

Description

干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***

技术领域

本申请涉及海洋遥感卫星观测技术领域，特别是涉及干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***。

背景技术

目前，在人类海洋活动日益频繁、空间技术飞速发展、信息技术突飞猛进的全球背景下，海洋卫星领域正处于深刻变革的关键时期，卫星遥感技术的发展正逐步由关注载荷指标的先进性转向为追求解决科学问题的有效性。面向当前海洋科学迫切需求，世界海洋强国纷纷谋划发展以高分辨率动力成像和大功率垂直穿透载荷为代表的新一代海洋三维动力高分遥感技术，以实现全海域、全天候、高时空分辨的三维遥感探测目标。

然而，海洋遥感采用的常规卫星载荷，在观测海面时不能进行宽刈幅观测，无法获取亚中尺度海洋现象的精细化动力过程，同时，只能观测到海面以下几十米的深度，不能实现海洋近温跃层时空结构的遥感探测。

因而，如何在低成本、低风险的前提下，实现对海洋的宽刈幅和亚中尺度观测，并实现对海洋近温跃层的遥感探测，是当前急需解决的一项技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***，以至少解决在低成本、低风险的前提下，实现海洋宽刈幅、亚中尺度观测以及对海洋近温跃层的遥感探测的问题。

本申请一方面提供了一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，包括如下步骤：

观测步骤，用于通过在同一工作轨道伴飞的第一卫星和第二卫星在所述工作轨道对海洋现象进行观测，其中，所述第一卫星通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测，所述第二卫星通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测；

数据传输步骤，用于通过所述第一卫星接收所述第二卫星发送的大气和海洋剖面观测数据，并与所述第一卫星的海面高度观测数据一起发送至地面站，所述地面站分别对所述海面高度观测数据以及所述大气和海洋剖面观测数据进行处理，对应得到海面高度观测结果以及大气和海洋剖面观测结果。

在其中一些实施例中，所述工作轨道为太阳同步轨道，轨道高度为400-600km。

在其中一些实施例中，所述观测步骤中包括海面高度观测步骤，通过所述干涉成像高度计发射Ka波段电磁波，接收并采集所述Ka波段电磁波经大气传输后被海面反射的回波信号，以获得所述海面高度观测数据。

在其中一些实施例中，在所述海面高度观测步骤中，所述干涉成像高度计通过发射天线发射所述电磁波，并通过接收天线接收所述回波信号；其中，所述接收天线为数字多波束相控阵天线。

在其中一些实施例中，所述发射天线俯仰向分为两个发射子阵，两个所述发射子阵分别位于所述第一卫星星下点的左右两侧，以在星下点左右两侧同时观测；所述接收天线为两个，两个所述接收天线分别位于所述第一卫星左基线和右基线的末端。

在其中一些实施例中，所述海面高度观测步骤中，还包括通过星上SAR实时处理技术对所述海面高度观测数据进行初步处理以降低单位时间内的数据量。

在其中一些实施例中，所述观测步骤中还包括大气和海洋剖面观测步骤，通过所述海洋剖面激光雷达发射双波长激光，并利用模拟与光子计数复合探测技术探测并采集所述双波长激光在大气和海洋传输路径上的距离分辨回波信号，以获得所述大气和海洋剖面观测数据。

在其中一些实施例中，所述大气和海洋剖面观测步骤中，还包括通过所述第二卫星的摆动，调整所述海洋剖面激光雷达发射的所述双波长激光的入射角。

在其中一些实施例中，所述入射角为0°～40°。

在其中一些实施例中，所述双波长激光的波长为1064nm和532nm，所述双波长激光的激光重复频率为100Hz，所述海洋剖面激光雷达的接收口径为1m，所述模拟与光子计数复合探测的时间分辨率为1ns。

在其中一些实施例中，所述观测步骤中，进一步还包括调整所述第一卫星和第二卫星的观测时间间隔。

本申请另一方面还提供了一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测***，应用上述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，所述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测***包括：

第一卫星，通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测获得海面高度观测数据；

第二卫星，与所述第一卫星在同一工作轨道伴飞，所述第二卫星通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测获得大气和海洋剖面观测数据；

其中，所述第一卫星还将接收到的所述第二卫星输出的所述海洋剖面观测数据与所述海面高度观测数据一起输出至地面站，所述地面站对所述海面高度观测数据以及所述大气和海洋剖面观测数据进行处理，获得海面高度观测结果以及大气和海洋剖面观测结果。

相比于相关技术，本申请实施例提供的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***，采取双星伴飞、同步观测的新型观测体制，其第一卫星的主载荷为干涉成像高度计，第二卫星的主载荷为海洋剖面激光雷达，通过二者的配合实现了亚中尺度(～10km)海洋动力过程的分辨和近温跃层深度(～100m)的穿透，且观测成本低、风险低。同时，上述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***，采取双星伴飞、同步观测的新型观测体制，通过控制第一卫星和第二卫星的观测时间和观测位置，既可实现同一区域的近同时观测，又可实现不同空间位置上同时观测，为研究多时空尺度的海洋现象提供了一种灵活、高效的观测手段。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例提供的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法中第一卫星与第二卫星伴飞的示意图；

图2是本申请实施例提供的第一卫星的载荷结构框图；

图3是本申请实施例提供的海洋剖面激光雷达的结构框图；

上述附图中：1、第一卫星；2、第二卫星；3、工作轨道。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或元件的方法或产品没有限定于已列出的步骤或元件，而是可以还包括没有列出的步骤或元件，或可以还包括对于这些方法或产品固有的其它步骤或元件。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

如图1所示，本实施例提供了一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，包括如下步骤：

步骤S1：观测步骤，用于通过在同一工作轨道3伴飞的第一卫星1和第二卫星2在工作轨道3对海洋现象进行观测，其中，第一卫星1通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测，第二卫星2通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测；

步骤S2：数据处理与传输步骤，用于通过第一卫星1接收第二卫星2发送的大气和海洋剖面观测数据，并与第一卫星1的海面高度观测数据一起发送至地面站，地面站分别对海面高度观测数据以及大气和海洋剖面观测数据进行处理，对应得到海面高度观测结果以及大气和海洋剖面观测结果。

上述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，采取双星伴飞、同步观测的新型观测体制，其第一卫星1的主载荷为干涉成像高度计，第二卫星2的主载荷为海洋剖面激光雷达，通过二者的配合实现了亚中尺度(～10km)海洋动力过程的分辨和近温跃层深度(～100m)的穿透，且观测成本低、风险低。同时，上述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，采取双星伴飞、同步观测的新型观测体制，通过控制第一卫星1和第二卫星2的观测时间和观测位置，既可实现同一区域的近同时观测，又可实现不同空间位置上同时观测，为研究多时空尺度的海洋现象提供了一种灵活、高效的观测手段。

本实施例还提供了一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测***，应用上述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，该干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测***包括：

第一卫星1，通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测获得海面高度观测数据；

第二卫星2，与第一卫星1在同一工作轨道伴飞，第二卫星2通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测获得大气和海洋剖面观测数据；

其中，第一卫星1还将接收到的第二卫星2输出的海洋剖面观测数据与海面高度观测数据一起输出至地面站，地面站对海面高度观测数据以及大气和海洋剖面观测数据进行处理，获得海面高度观测结果以及大气和海洋剖面观测结果。

下面结合卫星轨道设计、第一卫星1和第二卫星2的功能设计，以及数据处理，对上述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法及***进行具体说明。

(一)卫星轨道设计

本实施例中，第一卫星1和第二卫星2的轨道设计为工作轨道3和定标轨道两种。其中，工作轨道3的轨道高度为495.51km，轨道倾角为97.3813°，第一卫星1和第二卫星2在工作轨道3的循环周期均为21天，每周期运行圈数均为320圈。定标轨道的轨道高度为568.14km，轨道倾角为97.6843°，第一卫星1和第二卫星2在工作轨道3的循环周期均为1天，每周期运行圈数均为15圈。第一卫星1和第二卫星2均工作于太阳同步轨道，具有相同的轨道参数，降交点地方时均为标称1:30pm，使得第一卫星1对海洋上一个区域进行观测后，第二卫星2在一定时间间隔后可从该区域上空飞过，完成对同一区域的观测。在保持相对稳定的轨道相位关系条件下，可以确保第一卫星1和第二卫星2上的遥感器(即干涉成像高度计和海洋剖面激光雷达)对海洋同一区域进行联合观测。

需要说明的是，在观测步骤中，可在轨调整第一卫星1和第二卫星2的观测时间间隔，既可实现同一区域的近同时观测，又可实现不同空间位置上同时观测，为研究多时空尺度的海洋现象提供了一种灵活、高效的观测手段。

(二)第一卫星功能设计

本实施例中，第一卫星1通过搭载干涉成像高度计以在工作轨道3运行过程中进行海面高度观测。观测时，干涉成像高度计通过发射天线发射Ka波段电磁波，通过接收天线接收并采集Ka波段电磁波经大气传输后被海面反射的回波信号，以获得海面高度观测数据。

需要说明的是，本实施例中，接收天线为数字多波束相控阵天线。干涉成像高度计面临的主要问题是观测刈幅和测量精度之间的矛盾，观测刈幅越大，则海面散射能力降低，造成信噪比降低，导致测量精度下降，然而，本实施例中，采用相控阵数字波束形成接收天线，同时形成多个高增益波束，通过提高天线增益补偿海面散射的下降，扩大观测角度，进而获取可观的信噪比，保证大幅宽测量精度。

进一步的，本实施例中，发射天线俯仰向分为两个发射子阵，两个发射子阵分别位于第一卫星1星下点的左右两侧，以在星下点左右两侧同时观测；接收天线为两个，两个接收天线分别位于第一卫星1左基线和右基线的末端，与卫星飞行方向相垂直。本实施例中，发射天线位于第一卫星1本体有利于热控装置展开，两个接收天线分别位于基线两端有利于基线保持。需要说明的是，为了提高星下点左右两侧观测信号的隔离度，需采用波形编码信号。

此外，第一卫星1还具备星间通信能力和与地面站通信能力，可接收第二卫星2发送的大气和海洋剖面观测数据，并将其与干涉成像高度计观测产生的海面高度观测数据一起发送至地面站，以完成数据传输。

需要说明的是，干涉成像高度计由于刈幅宽、分辨率高，会造成单位时间内的数据量较高，针对干涉成像高度计全时工作、见海开机的应用需求，单位时间内较高的数据量难以完成原始回波信号星地下传，且星上存储的压力较大。因而，本实施例中，干涉成像高度计进行海面高度观测步骤中，还包括通过星上SAR实时处理技术对海面高度观测数据进行初步处理以降低单位时间内的数据量，实现高精度在轨处理。需要说明的是，星上SAR实时处理技术为本领域的现有技术，可参见谢愚等发表的《星载SAR在轨实时成像处理技术研究》(计算机工程与应用,2016,52(S1),317-320)、北京理工大学刘小宁的博士论文《星上SAR实时成像处理关键技术研究》等，在此针对该技术不做具体详细说明。

图2示出了第一卫星1的载荷结构框图，下面结合图2对第一卫星1的载荷进行详细说明。

如图2所示，第一卫星1的主载荷为干涉成像高度计，辅载荷包括传统星下点高度计、校正辐射计、基线等，卫星平台为干涉成像高度计等提供所需的功率，并为其提供合适的温度环境，确保其工作在最佳工作状态。

下面针对主载荷干涉成像高度计进行详细说明：

本实施例中，干涉成像高度计的双侧刈幅可达140km，海洋信号分辨率为10km，具备大刈幅，高精度的技术特点，具有一定的国际先进性，主载荷干涉成像高度计具体包括天线子***和电子设备子***。

(1)天线子***

天线子***的用途是对频综激励信号进行放大后向指定方向辐射微波信号，接收地面或目标的回波信号，对回波信号进行放大并送至接收机进行处理。

天线子***包括两个接收天线和一个发射天线，两个接收天线分置于基线的末端，发射天线位于第一卫星1本体。接收天线口径为2720mm×112mm(方位×俯仰)，波束宽度为0.1765度×4.287度。发射天线口径设计为2720mm×112mm(方位×俯仰)，发射天线俯仰向分两个子阵，其中一个子阵向星下点左侧辐射，另一个子阵向星下点右侧辐射；每个子阵尺寸为2720mm×56mm(方位×俯仰)，波束宽度为0.1564度×7.6度。本实施例中，发射天线和接收天线均为俯仰向一维扫描的有源相控阵，在方位向具有很大的电尺寸。为了保证发射天线和接收天线的俯仰向扫描范围，俯仰向单元间距小，模块数量多；选用方位向大电尺寸的高效天线子阵，尽量减少模块数量，以实现天线轻量化、高增益。

天线子***还包括GaN毫米波T组件，其由8个T模块单元组成，8路T模块单元两端分别与发射天线单元和8路馈电网络相连接，馈电网络合成端口接子阵馈电网络。

天线子***进一步还包括Ka接收组件，主要由限幅器、低噪放、镜像抑制滤波器、混频器、衰减器、功分器和控制电路等组成。Ka接收组件主要功能包括：接收外部控制信号，经组件控制电路整合后按上级***要求设定Ka接收组件工作状态；将外部提供的电压进行二次稳压；接收外部微波信号，将输入的微波信号进行低噪声放大，并按要求设置微波信号衰减量；将接收的外部微波信号，经过两次变频之后，输出给信号处理器。

(2)电子设备子***

电子设备子***包括频综单机、数字单机、在轨处理单机、供配电单机、控制单机等。

其中，频综单机是干涉成像高度计载荷的重要组成部分，主要功能包括：产生基准时钟送往数字子***，用于产生AD采样时钟；产生Ka频段激励信号(包含数字波形产生)，放大后送往天线子***；产生Ka波段R组件二次变频所需的一本振、二本振和领示校正信号。

在轨处理单机负责对Ka接收组件输出的数据进行成像处理，并生成复图像数据进行输出，同时还负责接收控制单机分发的遥测遥控及地面上注的程序及参数，对在轨处理单机本身以及基线两侧的Ka接收组件进行重配置。

控制单机集成在干涉成像高度计载荷中央电子设备内，主要完成载荷与卫星平台计算机之间的通信，根据平台命令控制载荷工作，监测量采集，存储和部分计算功能。控制单机的主要功能是接收卫星平台的命令，完成干涉成像高度计各分***的工作模式与工作状态的控制，干涉成像高度计各分***工作时序的控制、干涉成像高度计各分***的实时监测，并向卫星平台反馈干涉成像高度计***的工作状态。

总之，第一卫星1搭载的干涉成像高度计，采用干涉SAR(Synthetic ApertureRadar，合成孔径雷达)体制，工作于小视角情况，既利用了小视角情况下海面后向散射系数较强的优势，又利用干涉SAR提升了干涉成像高度计的观测幅宽和分辨率。第一卫星1的载荷主要特点有：(1)采用Ka频段；(2)采用相控阵数字波束形成天线体制，同时多波束提高天线增益扩大观测角度；(3)采用两发两收的干涉体制，在星下点左右两侧同时观测。

(三)第二卫星功能设计

本实施例中，第二卫星2通过搭载海洋剖面激光雷达以在在工作轨道3运行过程中进行大气和海洋剖面观测。观测时，海洋剖面激光雷达发射双波长激光，并利用模拟与光子计数复合探测技术探测并采集双波长激光在大气和海洋传输路径上的距离分辨回波信号，以获得大气和海洋剖面观测数据。需要说明的是，本实施例中，双波长激光的波长为1064nm和532nm，双波长激光的激光重复频率为100Hz，海洋剖面激光雷达的接收口径为1m，模拟与光子计数复合探测的时间分辨率为1ns。

进一步的，第二卫星2进行大气和海洋剖面观测步骤中，还包括通过第二卫星2的摆动，调整海洋剖面激光雷达发射的双波长激光的入射角。优选的，入射角为0°～40°。

此外，第二卫星2还具备星间通信能力，可将海洋剖面激光雷达观测产生的大气和海洋剖面观测数据发送至第一卫星1，以完成数据传输。

本实施例中，第二卫星2的主载荷为海洋剖面激光雷达，激光雷达利用蓝绿波长获取大气、海面和海洋水体回波信号，利用近红外波长获取海面回波信号，利用弹性散射信号，获取海洋光学参数剖面，辅助以偏振通道获取海洋中悬浮物的退偏度等信息。第二卫星2为海洋剖面激光雷达提供所需的功率，并为其提供合适的温度环境，确保其工作在最佳工作状态。

图3示出了海洋剖面激光雷达的结构框图，下面结合图3对海洋剖面激光雷达进行详细说明。如图3所示，海洋剖面激光雷达由激光发射源、接收望远镜、光电探测单元、采集处理单元和电控箱等五部分组成。

(1)激光发射源

激光发射光源采用较成熟的半导体激光抽运的激光器，采用二倍频(SHG)技术实现532nm和1064nm的双波长窄线宽高脉冲能量激光输出，激光束经过扩束望远镜压缩发散角后发射。激光发射光源的扩束望远镜安装于第二卫星2的载荷舱，光轴指向地球进行观测，并与地表形成一定夹角，以使双波长激光与海面构成一定的入射角。海洋剖面激光雷达须在轨对发射光轴指向进行微调节，实现雷达收发光轴完全匹配，同时建立两个波长发射激光与星敏感器的联系，用于实时测量激光的绝对指向。

(2)接收望远镜

接收望远镜采用卡赛格林式结构，主次镜采用轻量化设计的碳化硅(SiC)材质，主镜通光口径1m，接收两个波长的回波信号。

(3)光电探测单元

光电探测单元采用多种探测机制相结合的方式，对于1064nm回波探测采用具有高带宽的线性探测技术，确保海表高程探测的精度。对于大气和海水散射的532nm回波信号探测则采用模拟和光子计数的复合探测技术，在实现大动态范围海水剖面回波探测的同时，实现高灵敏度的深水微弱回波光子信号的探测。具体的，采用波长分光方式对1064nm海表回波单独探测，532nm回波经过高光谱分辨率滤波器分离米散射和分子散射，分子散射单独探测，米散射进行正交偏振探测。本实施例采用的光电探测单元中，设计高光谱分辨率滤波器，实现高抑制比的高光谱分辨率探测，可同时分离大气和海洋的米散射和分子散射，提升大气和海洋的光学参数剖面反演精度。

同时，光电探测单元还包括耦合在接收光路上的视轴监视***，通过对发射激光在视轴监视***中CCD像面上的位置，监视激光发射光轴和接收望远镜光轴的偏移，反馈给激光发射光轴指向调节机构。

(4)采集处理单元

采集处理单元由信号采集和预处理模块、***状态监测模块、探测器高压模块、参数定标模块和总控模块组成。

其中，信号采集和预处理模块用于实现激光雷达4个探测通道接收的回波信号的采集，同时还采集两个波长的激光发射波形信号，一方面用于精确的距离解算，另一方面则用于对激光器工作状态的监控。采集处理单元中多路高精度数据采集单元对多路信号进行同步的全波形采样，进一步进行预处理和数据拼接，数据打包后存储并在总控模块的控制下进行下传。

***状态监测用于采集***状态监测信息采集，并传输至总控模块进行处理下传。

参数定标模块用于对探测器响应、偏振比、激光能量、波长匹配等进行定标。

探测器高压模块用于向4个探测通道的光电探测器提供工作电压。

总控模块用于对海洋剖面激光雷达的各单元模块进行参数设置和状态监测，并实现与卫星平台的指令和信息交互。

(5)电控箱

电控箱由二次电源、激光驱动源、发射激光指向控制单元、电机驱动单元和温控单元等组成。其中，激光驱动源发热量较大，需要热管传导散热。整个电控箱实现激光器的驱动、温控、***控制和配电功能，实现和卫星平台的供电和通信。

(四)数据处理

干涉成像高度计的数据处理包括在轨处理和地面处理，其中，在轨处理包括数字波束形成、脉冲压缩处理、合成孔径处理、干涉预处理，地面处理包括干涉处理、误差提取与修正、地理投影和编码，最终得到海面高度观测结果。

海洋剖面激光雷达的数据处理过程都在地面站完成，其主要为通过对不同距离的回波信号进行反演，以获得大气和海洋的光学参数剖面观测结果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，其特征在于，包括如下步骤：

观测步骤，用于通过在同一工作轨道伴飞的第一卫星和第二卫星在所述工作轨道对海洋现象进行观测，其中，所述第一卫星通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测，所述第二卫星通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测；所述第一卫星和第二卫星均工作于太阳同步轨道，具有相同的轨道参数，降交点地方时均为标称1:30pm，所述第一卫星对海洋上一个区域进行观测后，所述第二卫星在一定时间间隔后从该区域上空飞过，完成对同一区域的观测；所述观测步骤具体包括：

海面高度观测步骤：所述干涉成像高度计通过发射天线发射Ka波段电磁波，通过接收天线接收并采集Ka波段电磁波经大气传输后被海面反射的回波信号，以获得海面高度观测数据；所述发射天线俯仰向分为两个发射子阵，两个所述发射子阵分别位于所述第一卫星星下点的左右两侧，以在星下点左右两侧同时观测；所述接收天线为两个，两个所述接收天线分别位于所述第一卫星左基线和右基线的末端，与所述第一卫星飞行方向相垂直；所述接收天线为数字多波束相控阵天线；所述接收天线口径为方位向2720mm×俯仰向112mm，波束宽度为0.1765度×4.287度；所述发射天线口径设计为方位向2720mm×俯仰向112mm，每个子阵尺寸为方位向2720mm×俯仰向56mm，波束宽度为0.1564度×7.6度；

大气和海洋剖面观测步骤：所述海洋剖面激光雷达发射双波长激光，并利用模拟与光子计数复合探测技术探测并采集双波长激光在大气和海洋传输路径上的距离分辨回波信号，以获得大气和海洋剖面观测数据；还包括通过所述第二卫星的摆动，调整所述海洋剖面激光雷达发射的所述双波长激光的入射角；

数据传输步骤，用于通过所述第一卫星接收所述第二卫星发送的大气和海洋剖面观测数据，并与所述第一卫星的海面高度观测数据一起发送至地面站，所述地面站分别对所述海面高度观测数据以及所述大气和海洋剖面观测数据进行处理，对应得到海面高度观测结果以及大气和海洋剖面观测结果。

2.根据权利要求1所述的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，其特征在于，所述工作轨道的轨道高度为400-600km。

3.根据权利要求1所述的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，其特征在于，所述海面高度观测步骤中，还包括通过星上SAR实时处理技术对所述海面高度观测数据进行初步处理以降低单位时间内的数据量。

4.根据权利要求1所述的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，其特征在于，所述双波长激光的波长为1064nm和532nm，所述双波长激光的激光重复频率为100Hz，所述海洋剖面激光雷达的接收口径为1m，所述模拟与光子计数复合探测的时间分辨率为1ns。

5.根据权利要求1所述的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，其特征在于，所述观测步骤中，进一步还包括调整所述第一卫星和第二卫星的观测时间间隔。

6.一种干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测***，其特征在于，应用上述权利要求1-5任一项所述的干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测方法，所述干涉成像高度计与激光雷达双星伴飞海洋观测***包括：

第一卫星，通过搭载干涉成像高度计进行海面高度观测获得海面高度观测数据；

第二卫星，与所述第一卫星在同一工作轨道伴飞，所述第二卫星通过搭载海洋剖面激光雷达进行大气和海洋剖面观测获得大气和海洋剖面观测数据；

其中，所述第一卫星还将接收到的所述第二卫星输出的所述海洋剖面观测数据与所述海面高度观测数据一起输出至地面站，所述地面站对所述海面高度观测数据以及所述大气和海洋剖面观测数据进行处理，获得海面高度观测结果以及大气和海洋剖面观测结果。

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