ФИЛЬТРАЦИЯ И СГЛАЖИВАНИЕ ДАННЫХ СПУТНИКОВОГО ВЫСОТОМЕРА ПРИ НАЗЕМНОЙ ДООБРАБОТКЕ

Введение. Спутниковый радиовысотомер является основным элементом космических аппаратов, функционирующих в составе комплексов дистанционного мониторинга поверхности Земли. Бортовая петля слежения за запаздыванием в спутниковом высотомере, согласно утвердившимся воззрениям, функционально служит лишь инструментом надежного удержания принимаемого эхосигнала в следящем окне, тогда как "чистовое" измерение альтиметрических параметров (высоты орбиты носителя, значимой высоты волны, отражающей способности зондируемой поверхности и др.) возлагается на наземную дообработку данных. В ходе указанной процедуры данные с высотомера подвергаются, в частности, фильтрации и сглаживанию.

Цель работы. Исследование алгоритмов дообработки данных, транслируемых с высотомера, в наземном измерительном сегменте.

Методы и материалы. Известно, что фильтрация данных выполняется уже на борту космического аппарата и реализована в контуре автосопровождения эхосигнала по времени на базе α–β-фильтра. Тем не менее, на этапе наземной дообработки более целесообразным представляется применение фильтра Калмана, обладающего рядом теоретически оптимальных свойств и эффективно использующего доступный вычислительный ресурс.

Результаты и заключение. В статье описана реализация упомянутых операций фильтрации и сглаживания на базе алгоритма Калмана применительно к выработанным ранее оценкам запаздывания эхосигнала. По результатам проведенного компьютерного моделирования констатируется, что калмановские фильтрация и сглаживание повышают точность оценки запаздывания в режиме дообработки в два раза и более в зависимости от значимой высоты волны.

1. Coastal Altimetry / ed. by S. Vignudelli, A. G. Kostianoy, P. Cipollini, J. Benveniste. Berlin: Springer, 2011. 565 p.

2. Satellite Altimetry / D. B. Chelton, J. C. Ries, B. J. Haines et al. // Satellite Altimetry and Earth Sciences: a Handbook of Techniques and Applications; ed. by L.-L. Fu, A. Cazenave. San Diego: Academic Press, 2001. P. 1–132.

3. Исследование характеристик робастных дискриминаторов запаздывания спутникового высотомера / Д. С. Боровицкий, А. Е. Жестерев, В. П. Ипатов, Р. М. Мамчур // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2018. № 4. С. 13–23. doi: 10.32603/1993-8985-2018-21-4-13-23

4. Оценка параметров эхосигнала спутникового высотомера методами статистической подгонки на стадии дообработки / Д. С. Боровицкий, А. Е. Жестерев, В. П. Ипатов, Р. М. Мамчур // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. № 1. С. 5–16. doi: 10.32603 /1993-8985-2019-22-1-5-16.

5. Improving the Jason-1 ground retracking to better account for attitude effects / L. Amarouche, P. Thibaut, O. Z. Zanife, J.-P. Dumont, P. Vincent, N. Steunou // Marine Geodesy. 2004. Vol. 27, № 1–2. P. 171–197. doi: 10.1080/01490410490465210

6. Comparison of the Ku-Band range noise level and the relative sea-state bias of the Jason-1, TOPEX, and Poseidon-1 radar altimeters / O. Z. Zanife, P. Vincent, L. Amarouche, J.-P. Dumont, P. Thibaut, S. Labroue // Marine Geodesy. 2003. Vol. 26, no. 3–4. P. 201–238. (Spec. Iss.: Jason-1 Calibration/Validation). doi: 10.1080 /714044519

7. AltiKa altimeter: instrument description and in flight performance / N. Steunou, J. D. Desjonquères, N. Picot, P. Sengenes, J. Noubel, J. C. Poisson // Marine Geodesy. 2015. Vol. 38, № 1. P. 22–42. doi: 10.1080/01490419.2015.1006381

8. Satellite altimetry in geodesy and oceanography / ed. by R. Rummel and F. Sanso. Berlin: Springer, 1993. 479 p.

9. Сейдж Э., Мелс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении / пер. с англ. М.: Связь, 1976. 496 с.

10. Brown R. G., Hwang P. Introduction to random signals and applied Кalman filtering. 4th ed. New York: John Wiley & Sons, 2012. 397 p.

11. Grewal M. S., Andrews A. Kalman filtering: theory and practice using MATLAB. 2th ed. New York: John Wiley & Sons, 2001. 401 p.

12. Poseidon-3 radar altimeter: new modes and in-flight performances / J. D. Desjonquères, G. Carayon, N. Steunou, J. Lambin // Marine Geodesy. 2010. Vol. 33. P. 53–79. doi: 10.1080/01490419.2010.488970

13. Rodriguez E., Martin J. M. Correlation properties of ocean altimeter returns // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 1994. Vol. GRS-32, № 3. P. 553–561. doi: 10.1109/36.297974

14. Webb D. J., Moore A. Assimilation of altimeter data into ocean models // J. of Physical Oceanography. 1986. Vol. 16. P. 1901–1913. doi: 10.1175/1520-0485(1986) 0162.0.CO;2.

15. Marshall J. C. Determining the ocean circulation and improving the geoid from satellite altimetry // J. of Physical Oceanography. 1985. Vol. 15. P. 330–349. doi: 10.1175/1520-0485(1985)0152.0.CO;2.

16. Mellor G. L., Ezer T. A Gulf stream model and an altimetry assimilation scheme // J. of Geophysical Research. 1991. Vol. 96. P. 8779–8795. doi: 10.1029/91JC00383.

17. Медич Дж. Статистически оптимальные линейные оценки и управление / пер. с англ. М.: Энергия, 1973. 440 с