衛星測高（英語：Satellite Altimetry）是一種利用人造衛星攜帶的高度儀，通過雷達、激光等測距技術量測衛星至地球表面的高度，從而獲取地球表面地形的空間測量技術。這項技術能全天候、重復地提供全球范圍內的高度觀測值，廣泛應用于海洋學、大地測量學、地球物理學及冰川學等地球科學的分支學科中。
原理
衛星測高的原理涉及地面跟蹤站的觀測數據確定衛星的軌道根數和位置參數，以及測高儀測取海洋面至衛星的高度。通過這些數據，可以算出海洋面與地球橢球體面之間的地心向徑之差，即海面高度ζ；再用海面高度并據海洋大地水準面的定義，可確定海洋大地水準面，大地水準面的差距N也可進而確定。利用ζ一N的數據并進行濾波，即得海面地形ζn(=ζ-N)。在此過程中，還需考慮軌道改正、儀器改正、大氣改正、海洋物理改正等因素。
衛星測高技術通過有源測量的方式獲取衛星到地球表面的距離，通常采用微波雷達實現。衛星發射的雷達波束在抵達地球表面時會產生一個半徑約為3－5千米的圓形區域，高度儀測得的距離實際上是衛星到這個圓形區域的平均距離。在接收回波時，衛星會開啟一個長為數十米的窄帶分析窗口，并采用去斜脈沖壓縮的方式記錄下信號的波形和振幅。通過衛星測高技術，可以獲得衛星星下點處，海水面及其他地球表面的大地高。這一過程的原理由衛星測高基本觀測方程給出，并涉及誤差改正公式。
發展歷程
衛星測高技術自1969年提出后，經歷了實驗階段、成熟階段，并進入高精度時代。早期實驗包括美國航空航天局的天空實驗室計劃和GEOS-3、Seasat計劃，這些實驗為后續衛星任務奠定了基礎。1985年，美國海軍運營的Geosat標志著衛星測高技術的成熟，測距精度達到了10厘米以內。1992年，TOPEX/Poseidon使用GPS與DORIS系統聯合定軌，將測距精度提高到了2－3厘米的級別。
誤差分析
測高衛星的主要誤差來源包括衛星軌道誤差、環境誤差與儀器誤差等。軌道誤差因衛星真實運行的軌道與計算軌道的偏差引起，而環境誤差包括大氣傳播延遲和由地球表面在對電磁波的反射、散射等的過程中引起的誤差。儀器誤差主要包括天線的相位中心與航天器的質心產生的偏移、信號在高度儀內部的電子器件中的傳播延遲等。
測高衛星
截至2020年，已經結束或正在運行的測高衛星任務包括Geosat、ERS、TOPEX/Poseidon、Jason、ENVISAT、ICESat等，這些衛星任務已參與入各類國際海洋和氣象計劃中。
應用
衛星測高的應用十分廣泛，包括確定大地水準面與地球重力場、探測海山和深海海溝等海底地形、監測海面地形以反映大洋環流、潮汐和海平面上升等物理機制對海面高度的影響。此外，衛星測高技術也成為了全球氣候觀測系統（GCOS）和全球大地測量學觀測系統（GGOS）的重要組成部分。
衛星測高數據在大地測量學中用于建立高分辨率的大地水準面，并可進一步用于確定重力異常、垂線偏差等地球重力場中重要的物理量。在地球物理學中，測高數據可以構建出海洋的重力場模型，反映海底地形和地球內部結構的影響。在物理海洋學中，測高數據被用于研究地平線的空間變化與時間變化，包括大洋環流、海洋潮汐、海面變化和海況監測等。
參考資料 >