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极地海冰的生长和消融对全球气候变化具有重要影响。卫星雷达高度计凭借其大尺度、全天候、全天时的优势,成为研究两极海冰变化的一种十分可靠且可行的手段。Cryosat-2雷达高度计采用了新型的合成孔径技术及双天线干涉测量技术来提高观测的空间分辨率及精度。如何从新型的合成孔径及干涉测量数据中获取高精度的海面高度信息是海冰厚度反演的关键。因此需要对新体制下的Cryosat-2雷达高度计的回波波形的分类及重跟踪算法进行深入研究。回波波形是卫星雷达高度计测高的直接观测量,在非开阔海域对其进行分类,一方面是研究不同反射面对应最佳波形重跟踪方法的基础,另一方面对于不同波形对应的不同反射面,可以进行地物(如海冰)分类。波形重跟踪是卫星雷达高度计获取高精度地面高程信息的关键技术,而在非开阔海域(如冰盖边缘),传统的波形重跟踪方法存在测高精度低、适用性差的缺点。因此,有必要研究一种新的适用于冰盖边缘等非开阔海域的波形重跟踪方法,以对极地冰盖进行精确监测。论文利用Cryosat-2合成孔径雷达高度计数据,对南北两极海冰厚度反演中的回波波形分类和波形重跟踪两个关键技术进行了研究,其主要研究内容包括:(1)研究了 Cryosat-2合成孔径雷达高度计的卫星测高及海冰厚度探测的机理,分析了 Cryosat-2的合成孔径的回波波形特点;(2)研究了利用Cryosat-2的合成孔径模式回波波形对海面目标进行分类识别,进而确定海冰类型。总结并使用MAX、PP、SSD、SK、PPL、PPR、LEW、TEW、LTPP、ETPP等10种波形参数,利用阈值法、最近邻(K-NN)分类器、支持向量机(SVM)分类器等三种分类方法对北极海冰区域的Cryosat-2 SAR模式波形进行了分类,得到了冰间水道(Lead)、一年生冰(FY)、多年生冰(MY1、MY2)以及海水(IF)等类型,波形分类结果与AARI (Arctic and Antarctic Research Institute)提供的北极地区实时冰图进行对比验证,最终得出各种波形参数和分类方法的适用性和特点;(3)对于南北两极复杂区域的波形重跟踪问题,在研究Cryosat-2 SARIn模式数据在冰盖边缘的波形特点,提出了一种基于回波拟合的多子波阈值重跟踪方法——FMSTR(Fitted Multiple Sub-waveform Threshold Retracker)。该方法通过对回波波形进行波形滤除、波形拟合、子波判断和分类、自适应重跟踪等处理获得沿轨高程信息。与ICESatDEM相比,新方法获取结果的平均偏差比Cryosat-2 Leve12数据产品分别减小了 0.54m、0.26m、0.59m和1.02m。实验证明该方法更加适合于冰盖边缘的波形重跟踪。