有源定标器作为一种在轨雷达高度计距离定标方法,提出于二十世纪八十年代。基于弯管型有源定标器的在轨高度计定标方法经过多年发展已进入业务化运行阶段,成功应用于多个星载雷达测高任务的距离绝对定标。二十世纪九十年代,一种基于转发信号重建体制的重建型有源定标器被提出,但重建型有源定标器始终未能正式应用于任何在轨雷达高度计的距离定标工作。中国首颗海洋动力环境卫星海洋二号于2011年8月16日成功发射,海洋二号主载荷之一的雷达高度计承担海面高度(Sea Surface Height,SSH)、有效波高和风速的测量任务。为了校正海洋二号高度计距离测量结果中的偏差,需要对在轨高度计进行距离绝对定标。2012年,基于重建型有源定标器的海洋二号高度计实验性在轨距离定标工作启动。本论文基于该定标工作,对应用重建型有源定标器的在轨雷达高度计系统延迟绝对定标进行了研究。所做的主要工作如下:1,基于信号相关的星地信号匹配和星上信号补偿方法研究。有源定标器在定标过程中记录接收信号。高度计接收信号与部分有源定标器接收信号之间存在一一对应关系,为有效利用有源定标器接收数据,需要确定该对应关系。由于有源定标器实时信号处理的非理想性,高度计接收到的有源定标器转发信号存在较大的波动,这种波动将会增大最终定标结果的不确定度。叠加在高度计信号上的波动序列同时也存在于定标器接收信号中。据此,提出了基于信号相关性的星地信号匹配方法。在建立匹配关系后可对星上原始接收信号进行补偿以显著降低波动性。此外,建立的星地匹配关系还在高度计时钟(超稳晶振,ultra stable oscillator,USO)频率偏差估计中起到重要作用。2,基于有源定标器的高度计时钟频率偏差估计方法研究。高度计通过时间测量实现距离测量。高度计时间测量的机理是对固定周期的时钟脉冲进行计数实现的。时钟周期的设计值是已知的。然而由于高度计超稳晶振的老化,实际时钟频率将偏离设计值,从而引入距离测量误差。有源定标器由原子钟提供时间基准,频率准确度显著高于高度计使用的恒温晶振。此外,原子钟还可进行定期校准,因此有源定标器时钟可视为参考时钟。本文提出了一种通过对比高度计观测信号和有源定标器观测信号来测定高度计时钟频率偏差的方法。本文计算并展示了通过有源定标器测得的海洋二号高度计时钟频率偏差。此外,还使用了星间交叉定标方法对校正结果进行了验证,结果证明本文提出的方法能显著降低海洋二号高度计海面高度测量结果的漂移。3,基于有源定标器的高度计内部信号路径延迟估计方法研究。高度计提供的高度测中国科学院大学博士论文—基于有源定标器的海洋二号高度计系统延迟在轨绝对定标研究量值理论上应当是高度计天线参考点与星下点之间的距离。然而,为了获得高度测量值,信号必须通过高度计系统组件构成的额外距离。这种额外的信号距离构成了高度计内部信号路径延迟。通过将高度计测量距离与参考距离比较,可测定高度计内部信号路径延迟。有源定标器和定轨数据结合可提供所需的参考距离。本文阐述了基于有源定标器对海洋二号高度计信号路径延迟进行定标的方法,并展示了相应的定标结果。高度计系统延迟等于高度计内部信号路径延迟与高度计时钟频率偏差引入的测距偏差之和。4,基于有源定标器的高度计数据时标偏差估计方法研究。高度计生成测得的距离和距离时标,与此同时,定轨设备生成轨道高度和轨道时标。反演海面高度时,距离和对应的轨道高度通过时标匹配。若距离时标和定轨时标之间存在偏差,则反演得到的海面高度将存在偏差。本文根据高度计观测的距离抛物线和定轨数据提供的参考距离抛物线之间的空间关系,对海洋二号高度计零级数据时标偏差进行了估计。5,有源定标器——海洋二号高度计C波段星地信号收发可行性验证。目前尚无有源定标器对在轨高度计成功进行非Ku波段信号转发的报道。海洋二号高度计工作在Ku和C双波段以校正电离层引入的距离测量偏差。本文工作中使用具有Ku-C双波段转发能力的有源定标器,验证了有源定标器——海洋二号高度计C波段星地信号收发的可行性。