卫星雷达高度计的主要观测参数之一为有效波高，数据产品中其数值的确定通过波形重跟踪来实现(Retracking)，波形重跟踪的实现主要通过最大似然迭代完成，其主要的反演公示为W(t) = PFS(t)*qs(t)*sr(t)。式中包括：高度计海面回波由平坦海面的平均脉冲响应PFS(t)；海面散射元高度的概率密度函数qs(t)；雷达系统点目标响应sr(t)卷积组成。图1所示为理想高度计的回波波形，其中高度计波形前沿的坡度和海况密切相关，坡度越大表明有效波高越小。

图1 不同有效波高下高度计回波波形

业务化波高反演的算法主要是基于列文伯格-马夸尔特法(Levenberg–Marquardt，LM算法)对高度计的回波波形进行迭代的最小二乘拟合，LM算法要成功拟合波形需要两个重要的步骤，首先需要一个合理的并且和最终反演参数比较接近的初始参数，其次需要多次的迭代步骤，最终才能反演参数，反演参数包括时间改正参数(测距相关)、有效波高、天线误指向角等。而对于在星上识别波高的算法而言，LM计算量太大，耗费的时间也较长，对于星上实时波高的获取不甚理想，无法满足实时反演有效波高的防灾减灾要求，而线性模型可作为一种鲁棒高效的算法。

线性模型通过计算前沿坡度来反演高度计有效波高，反演的结果如图2所示。雷达高度计数据分别选取一个周期的的HY-2A、Jason-2以及Jason-3高度计数据。图2中横轴表示线性模型计算的高度计前沿波形的坡度，纵轴表示MLE4反演的有效波高，结果表明线性模型反演的高度计有效波高的精度均优于0.2m。

图2 前沿坡度和有效波高对比关系(a: HY-2A, b: Jason-2, c: Jason-3)

基于线性模型反演的有效波高残差全球分布如图3所示。

图3 线性模型残差的地理分布 (a: HY-2A, b: Jason-2, c: Jason-3).

线性模型反演的有效波高和NDBC浮标观测的精度比对如图4(精度为0.3m)。

图4 线性模型VS浮标统计

通过数据比对表明，线性模型反演精度较高，同时由于其计算过程简单，平均计算效率较之MLE4算法高6000倍以上，可用于星上雷达高度计有效波高实时反演，为海洋防灾减灾提供高时效的海况信息。

参考文献：

Yalong Liu, Ling Ji, Shuguang Zou, Yuanyuan Wu, and Youguang Zhang. Onboard Fast Retrieving of Significant Wave Height from Leading Edge of Altimeter Waveforms，Journal of Coastal Research，2020.

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