一种利用ENVISATRA2雷达高度计探测极地海冰的方法
第 1 章 雷达高度计观测及应用基础理论
1978 年 6 月 28 日， 美国宇航局发射了海洋卫星 SEASAT （图 1.3） ， 卫星轨道高度 800km， 轨道倾角 108º。在 SEASAT 上，搭载了许多新的仪器设备，主要有合成孔径雷达（SAR： Synthetic Aperture Radar） ，用来提供高质量详细的海洋和陆地雷达图像；雷达散射计，用来 测量近地面风速及其方向；多频段微波辐射计，用来测量地面温度、风速及海冰覆盖；雷达 高度计，用来测量海面和浪高。针对 SEASAT 的改进要求，直接更新早期 GEOS3 的设计并 不能满足需要，如果以增加功率为代价，也可以设计视频线路来处理高带宽信号。但是， GEOS3 中使用的脉冲压缩滤波技术过于简单，只能直接完成必要波形处理，不能满足 SEATSAT 要求，因此，设计了全去斜技术（ full-deramp technique ） ，使接收机不需要压缩滤 波处理。从 SEASAT 开始，所有高度计都使用了此技术，大大改进了分辨率。在 SEASAT 设计中，增加了回波采样的数量，采样间隔为 3.125ns，在海洋波高达到 20m 时，采样点分 别环绕在海洋回波的展开范围内。在这种情况下，波形采样通过带宽为 312.5KHz 的一个滤 波库完成。与早期的高度计设计相比，波形采样构成了高度跟踪处理的一个主要部分。不幸 的是， 由于功率子系统失败， SAESAT 在运行 99 天后于 1978 年 10 月就失效了。 虽然 SEASAT 仅仅运行约 3 个月的时间，但是 SEASAT 首次提供了全球范围的海洋环流、波浪和风速。
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雷达高度计观测及应用基础理论
军 提 供 近 实 时 海 面 地 形 （ SST ： Sea Surface Topography ） ，目前数据刚公布使用 。本世纪初，为了延续各测高任务，2001 年 12 月和 2002 （/SAT/gfo/） 年 3 月分别成功发射了 T/P的后续卫星 JASON-1 和 ERS 的后续环境卫星（ ENVISAT-1 ： Environmental Satellite ） ， 到目前为止， 仍有 4 颗雷达高度计卫星 （ERS2、 JASON-1、 ENVISAT-1 和JASON-2） 和一颗激光雷达高度计卫星： 冰 -云 -陆地高程卫星 （ ICESat： Ice,Cloud,and land Elevation Satellite）同时运行。为了延续对全球环境的监测，将来还会陆续发射探测低温层 特别是北极和南极冰盖质量的卫星（Cryosat：Cryosphere Satellite ?） 、搭载有 Argos 1仪器和 Ka波段高度计（ AltiKa：Ka-band Altimeter）的 Saral（ Satellite with ARgos and ALtika）卫星 、 国家极轨运行环境卫星系统（ NPOESS： National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System）和 哨兵 3 号（ Sentinel3）等测高卫星或者载有高度计的卫星。 图 1.1 为部分测高卫星示意图， 其中包括了已经结束测高任务的卫星、 正在执行测高任 务的卫星和部分即将发射的测高卫星。图中 CryoSat 和 IceSat 主要用于极地观测，分别由欧 洲空间局 （ ESA： European Space Agency） 和)和美国国家航空和宇宙航行局 （NASA： National Aeronautics and Space Administration）研制。随着各项技术特别是通讯技术、定轨技术、测 距精度的改善和提高，卫星测高精度也得到显著提高，图 1.2 为测高卫星的轨道误差和所能 观测到的海洋变化示意图。
卫星测高技术-卫星测高技术及应用要点
卫星测高技术及应用✦第1章卫星测高技术发展及应用概述✦第2章卫星雷达高度计观测基本原理✦第3章卫星高度计观测误差✦第4章卫星测高波形理论与处理方法✦第5章卫星测高数据处理理论与方法✦第6章卫星测高反演海洋重力场理论与技术✦第7章卫星测高技术应用第1章卫星测高技术发展及应用概述卫星测高已成为全球气候观测系统（GCOS：Global Climate Observing System）和全球大地测量观测系统（GGOS：Global Geodetic Observing System）的一个重要组成部分。
海面高度：精度最高。
根据发射脉冲和接收脉冲间的时间间隔，确定卫星质心到星下点的距离，进而计算星下点的海平面高度有效波高（SWH）：精度较高。
分析返回脉冲波形形状的特征，确定海洋的有效波高。
有效波高等于4倍海面的均方根波高。
海面风速：精度较低。
通过接受到的能量及其强度，可以获取雷达的地面后向散射系数，进而求定海面风速。
测高卫星简介：已结束测高任务：Skylab、GEOS3、SEASAT、GEOSAT、ERS1、T/P正在运行的测高任务：雷达测高：ERS2、 GFO、 JASON1、 ENVISAT、 JASON2(OSTM)激光测高：ICESat计划实施的测高任务： Cryosat、Saral(AltiKa)、HY-2、NPOESS 、 Sentinel3概念性卫星测高：Wittex、GPS测高、WSOA卫星搭载的仪器：合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar），用来提供高质量详细的海洋和陆地雷达图像；雷达散射计，用来测量近地面风速及其方向；多频段微波辐射计，用来测量地面温度、风速及海冰覆盖；雷达高度计，用来测量海面和浪高。
GEOSAT前后工作了近五年，首次提供了具有重复性、高分辨率、长期性高质量的全球海面高数据集，标志卫星测高技术进入了成熟阶段。
两种卫星序列时代的开始进入上个世纪90年代后，为了进一步改善仪器性能，高度计采用了两种不同的方法，卫星高度计从而进入了两个不同系列的时代。
海冰遥感监测技术研究
海冰遥感监测技术研究第一章：引言海冰是指在海洋上形成的结冰层，是海洋的一个重要组成部分。
全球气候变化加剧，气温上升导致海冰面积减少，特别是北极地区，海冰稳定性大幅下降，这对气候变化可能产生很大的影响。
针对这个问题，科学家们一直在通过多种方法探测海冰的变化情况，其中遥感技术是一种非常有效的方法。
本文将对海冰遥感监测技术进行介绍和分析。
第二章：遥感监测技术简介遥感监测技术是通过利用飞机、卫星、无人机等远距离传感器设备采集特定数据来获取目标物体地理信息的技术。
利用遥感技术，科学家们可以测量海冰面积、厚度、形状、密度等参数，并将这些数据用于研究海洋和大气的相互作用和气候变化的影响。
遥感技术的优点是其高效性和非侵入性，因此可以最大程度地减少野外工作，节省人力物力成本的同时，保护环境。
第三章：海冰遥感监测技术的种类1.微波遥感微波遥感技术是通过卫星或飞机上的微波雷达，利用微波通过云层到达地面和反弹，测量反射或吸收的微波信息来检测海冰的位置和特性。
微波遥感可以在各种天气条件下进行，但其精度和分辨率较低。
此外，由于微波的穿透力不是很强，所以仅能探测到海冰的表面和一些厚度较低的海冰。
2.雷达遥感雷达遥感技术是通过卫星或飞机上的雷达设备，通过测得的雷达信号来分析海冰密度和形状。
该技术比微波遥感更准确，可以在更大的范围内测量海冰，但对于较厚的海冰，有时需要更高的频率探测来获得更高的分辨率。
3.激光遥感激光遥感技术是通过在卫星或飞机上安装激光测距仪来测量和记录海冰的高程和形状。
该技术具有高精度和高分辨率的优点，但受天气和太阳光等因素影响较大，仅限于白天和晴朗的天气中进行。
4.红外遥感红外遥感技术是通过在卫星或飞机上安装红外传感器来收集数据，通过分析传感器收集的海冰表面温度的变化确定海冰的位置和厚度。
该技术对于白天和晚上都可以进行，并且在雾和云层覆盖的情况下仍然有效，但在冬季和夏季的光照条件下会有局限。
第四章：海冰遥感监测技术的应用1.海洋渔业利用遥感技术监测海冰可以提供有关渔业资源的重要信息，包括海洋中所有的生物、营养和生态系统的变化。
欧空局ENVISAT卫星
欧空局ENVISAT卫星卫星参数：发射时间2002年3月1日（欧洲中部时间）运载工具阿里亚纳5号火箭发射重量8200公斤2050公斤有效载荷重量（仪器）设计寿命5年 ~ 10年星上仪器数量10轨道太阳同步，高度800公里轨道倾角98°单圈时间101分钟重复周期35天耗资大约20亿欧元主要参与国家奥地利，比利时，加拿大，丹麦，法国，芬兰，德国，意大利，挪威，西班牙，瑞典，瑞士，荷兰和英国例图Envisat-1简介习晓环编Envisat-1属极轨对地观测卫星系列之一（ESA Polar Platform），即将于今年7月升空。
该卫星是欧洲迄今建造的最大的环境卫星，也是费用最高的地球观测卫星（总研制本钱约25亿美元）。
星上载有10种探测设备，其中4种是ERS-1/2所载设备的改良型，所载最大设备是先进的合成孔径雷达（ASAR），可生成海洋、海岸、极地冰冠和陆地的高质量图象，为科学家提供更高分辨率的图象来研究海洋的转变。
其他设备将提供更高精度的数据，用于研究地球大气层及大气密度。
作为ERS-1/2合成孔径雷达卫星的延续，Envisat-1数据要紧用于监视环境，即对地球表面和大气层进行持续的观测，供制图、资源勘查、气象及灾害判定之用。
下面简要介绍该星的有关情形。
设计特点该极轨平台由两个舱组成，即有效载荷舱和效劳舱。
有效载荷舱带有观看地球和大气层的仪器。
平台和两个舱内部普遍采纳模块式结构，因此可容纳各个特制尺寸和容量的有效载荷。
效劳舱利用了SPOT4对地观测卫星的许多设备。
4个推动装置箱装有300kg的肼，供姿控和轨道操纵用，足以使效劳舱至少工作5年。
效劳舱还装有指令和操纵用的S-波段终端，也可供ESA以后的数据中继卫星系统利用。
该极轨平台的太阳帆板基于模块式原理，采纳ESA 的“尤里卡”可修复平台。
这是一种全新的平台，由装有太阳能蓄电池的刚性帆板组成，这些帆板发射时折叠，进入轨道后展开。
飞行任务的功率要求规定了需采纳多少太阳帆板：Envisat-1为14块帆板，提供功率。
极地科学考察中测绘技术的应用案例与实践经验分享
极地科学考察中测绘技术的应用案例与实践经验分享极地科学考察是对极地地区自然环境和资源的深入研究，对于人类了解地球气候、生物多样性和环境变化具有重要意义。
而测绘技术在极地科学考察中的应用，为科学家们提供了必不可少的数据支持和定量分析手段。
一、海洋测绘技术在南极考察中的应用南极洲是地球上最遥远和最恶劣的地区之一，其极端的寒冷和冰冻的条件使得常规的测绘技术无法正常运作。
因此，在南极科考中，科学家们采用了多种海洋测绘技术来获取必要的地理和地貌信息。
首先，测绘人员利用声波测深技术来获取海底地形图。
南极洲附近的海域存在大量的浮冰和冰山，这些障碍物对于船只的安全航行具有严重威胁。
通过声波测深技术，可以快速、准确地绘制出浮冰和冰山的分布情况，为航行路线的选择提供了科学依据。
其次，由于南极洲的海冰覆盖率很高，传统的卫星测绘技术在此地区的应用受到了限制。
科学家们则采用了航空遥感技术，通过飞机或无人机悬停在一定高度上，利用雷达或激光仪器对地面进行扫描和测绘。
这种方法不仅能够获取海冰的分布情况，还可以获取到海冰的厚度、密度等重要参数，为冰盖演化和气候变化研究提供了宝贵数据。
二、陆地测绘技术在北极考察中的应用北极洲是地球上另一个重要的极地地区，其地貌特征和气候条件与南极洲存在很大差异。
在北极科考中，科学家们大量运用陆地测绘技术来获取地质地貌数据和气象信息。
对于北极洲的陆地测绘而言，卫星遥感技术是最常见的手段之一。
通过卫星对北极洲的图像进行拍摄和处理，科学家们可以获得高分辨率的地形图、植被分布图等。
特别是在北极洲的冰川研究中，卫星遥感技术能够提供大范围的数据支持，了解冰川运动规律、冰川融化速度等。
另外，北极洲的磁场、地磁场等地球物理参数也是极地科学考察的重要内容之一。
科学家们在北极洲进行地磁测量时，使用了磁力计和全站仪等仪器设备，通过测量磁场强度的变化，确定地质构造和地球内部物质的性质。
这些测量数据对于了解极地地区的地质演化和资源分布具有重要意义。
第十一章：卫星海洋遥感
NOAA-3 visible range VHRR image of Hurricanes Ione (left) and Kirsten (right.) The rare effect of two interacting hurricanes is termed the Fujiwhara effect. Photo Date: 1974 August 24 1749 GMT
第十一章：卫星海洋遥感
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
海洋科学导论 11.1.3
§ 11.1
概述（引言）
卫星海洋遥感系统
3.数据传输 星载传感器通常产生测量电压或频率信号，然后进行数据编 码，大部分情况下以数字信号的形式传输到地面接收站。在采用 二进制编码中，一般用0～255或0～1023或0～2047对辐射扫描数 据进行数字化处理，每个象元要求8bit、10bit或12bit。 数据接收站
第十一章 ： 卫星海洋遥感
第十二章 ： 中国近海区域海洋学
复习考试 ：
6学时
4学时
第十一章：卫星海洋遥感
海洋科学导论
主 要 内 容：
§11.1 引言 §11.2 卫星海表温度遥感
§11.3 海色卫星遥感
§11.4 微波高度计
§11.5 微波散射计
§11.6 星载合成孔径雷达
第十一章：卫星海洋遥感
第十一章：卫星海洋遥感
海洋科学导论 11.1.2
§ 11.1
概述（引言）
海洋遥感及空间海洋观测历史背景
1960年4月NASA （美国宇航局）发射了第一颗电视与红外 观测卫星（TIROS－I ）。随后发射的TIROS－II卫星开始涉 及海温观测；
1960年4月NASA 发射了第一颗电视与红外观测卫星（TIROS－I ）
微波遥感思考题及答案原创
上网查是否能找到标准参考答案1、试总结分析微波与大气的相互作用过程大气对微波的衰减作用主要有大气中水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
水分子和氧分子具有的几种能量形式包括：平移动能，与轨道有关的电子能量，振动能量及转动能量。
当水分子和氧分子与周围的电磁场发生相互作用时，它们的能级会发生变化，这时它们就会吸收某一频率的微波辐射能量。
氧分子对微波的吸收中心波长位于0.253cm和0.50cm处，且氧分子对微波的吸收作用要强于水分子。
根据这些情况，一般可采用2.06-2.22mm、3.0-3.75mm、7.5-11.5mm和20mm以上的波长作为微波遥感的窗口（大气窗口），在这四个波段内大气的吸收作用是很小的。
微波在非降水云层中的衰减：由于水粒组成的云粒子一般直径很小，不超过100微米，比微波波长要小一两个量级，故对微波的散射满足瑞利散射条件，但这时散射作用比吸收作用小得多，一般可以忽略，微波的衰减主要由水粒的吸收引起。
微波在降水云层中的衰减：降水云层中的粒子主要有雨滴，冰粒，雪花和干湿冰雹等，其直径均大于100μm，有的可以达到几毫米(如雨滴)、几厘米(如冰雹)，它们对微波的散射必须按米氏散射来分析。
这时的吸收情况十分复杂，散射作用一般是不能忽略的。
研究表明：当微波频率小于10.69GHz（约2.81cm）时，水滴的散射衰减作用已经逐渐小于吸收；当频率为4.805GHz （约6.3cm）时，散射作用只有吸收的十分之一；而当频率大于10.69GHz时，水滴的散射作用则完全不能忽略。
但如果不是暴雨和大雨，雨滴直径不超过2.5mm左右，而频率又不大于19.35GHz时，雨滴的散射作用比吸收小将近十倍，仍可予以忽略。
除上述外，云层本身也会发射出微波辐射而呈现为亮度温度。
这种亮度作为随机干扰噪声叠加在目标亮温上，对目标的微波辐射亮度测量产生影响，且频率愈高，这种噪声就愈严重。
在1~300GHz的频带内，随着波长越来越短，微波与大气的相互作用有两个重要的转变：其一，大气对微波能量传输的衰减作用由很弱到很强；其二，云层微粒和雨微粒对微波的吸收和散射作用(其宏观表现也是衰减)从极轻微到十分显著。
icesat2 高程基准 -回复
icesat2 高程基准-回复了ICESat-2高程基准的问题。
ICESat-2是美国国家航空航天局（NASA）于2018年发射的一颗卫星，旨在提供地球冰雪覆盖层的精确高程数据。
这些数据对于了解全球气候变化、计算海平面上升速度以及监测冰川和海冰的动态变化具有重要意义。
ICESat-2使用先进的激光雷达技术，并通过建立高程基准来确保数据的准确性和可比性。
但是，在讨论ICESat-2高程基准之前，我们首先需要了解什么是高程基准。
高程基准是确定地表高度的参考点或平面。
它们通常由大地测量学家使用全球导航卫星系统（GNSS）和全球平差技术制定，以便测量和比较不同地区的地表高度。
高程基准是进行地形测量、水文和气象研究、建筑工程和测量工程的关键基础。
ICESat-2高程基准的建立是一个复杂的过程，涉及到多个步骤和技术。
以下是ICESat-2高程基准建立的主要步骤：1. GPS测量：首先，使用全球导航卫星系统（GPS）测量全球各地的控制点，这些点的位置和高程已经精确测定。
这些控制点可以是山峰、建筑物或人工标志物。
2. GNSS大地测量：接下来，全球导航卫星系统（GNSS）被用于在测量仪上安装接收器，并通过观测卫星信号确定卫星和接收器之间的距离。
这些观测数据被用于计算地球表面的三维坐标。
3. 大地水准测量：大地水准测量是确定不同控制点之间高度差的过程。
它通过在控制点上测量气泡水准计的读数来实现。
这些高差测量数据用于在地球球体上创建高程网络。
4. 地球球体平差：接下来，使用全球平差技术来处理所有测量数据，并在地球球体上建立一个高程基准面。
在这个过程中，会考虑大地形变和引力异常等因素。
5. 数据校正：最后，ICESat-2卫星的激光雷达数据将与已建立的高程基准进行比较和校正。
这个过程通常通过在地面上的气球或飞机上放置高程测量设备来实现。
通过这些步骤，ICESat-2高程基准可以与全球其他地区的高程数据进行比较，确保数据的一致性和准确性。
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一种利用ENVISAT RA2雷达高度计探测极地海冰的方法杨磊1,4常晓涛2郭金运1,3柯宝贵4（1.山东科技大学测绘学院，青岛266590；2.国家测绘地理信息局卫星测绘中心，北京100830；3.海岛（礁）测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室，青岛266590；4.中国测绘科学研究院，北京100830）摘要了解极地海冰覆盖范围和表面湿度对于全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键，严酷自然环境使得卫星测量成为极地海冰观测的主要方式。
本文利用海水和海冰的不同散射特征，给出一种使用ENVISA T雷达高度计（RA-2）后向散射系数数据，研究海冰月平均覆盖范围和表面属性变化的方法，通过与常规辐射计观测的海冰边界和面积比较，证明雷达高度计后向散射系数可准确断海冰覆盖范围，并可以反映海冰表面干湿程度，是一种有效的海冰探测方法。
关键词大地测量学；后向散射系数；海冰探测；ENVISA T RA2；雷达高度计A method of polar sea ice detection using backscattercoefficients byENVISAT RA-2 altimeterLei Yang1,4, Xiaotao Chang2, Jinyun Guo1,3, Baogui Ke4（of Geodesy and Geomatics, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, 266590 China；2. Satellite Surveying and Mapping Application Center of NASMG, Beijing 100830, China ；3. Key Laboratory of Surveying and Mapping on Island and Reef of NASMG, Qingdao 266590, China；4. Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing100830, China）Abstract：The changes in sea ice cover and surface humidity are crucial to the prediction of future temperature research and the establishment of global climate model. For the severely polar environment, satellite observations have been used as the main method to monitor sea ice. Considering the variations of scattering characteristics of the sea water and sea ice surface, we developed a method using backscatter coefficients of the ENVISA T satellite radar altimeter RA-2 over polar areas to detect the extent of sea ice and the changes of surface properties. Compared with the radiometer result, it proved to be a effective method to monitor sea ice cover and its variationsKey words：geoddecy, backscatter coefficient, sea ice detection, ENVISA T RA-2, radar altimetry1 引言海冰占据全球海洋总面积的5%-8%，可以反射85%的太阳辐射，消弱极地大气和海洋的热交换，在气候系统中占有重要位置，另外海冰分布对航海和海洋基础设施建设也有影响[1]。
近年来受全球温室气体排放影响，极地海冰尤其是北极海冰在明显减少，有科学家预计全球2/3的海冰将在本世界中期消失，夏季北极海冰将在本世纪末全部消失，海冰的消失将对极地生态系统和全球环境气候产生巨大影响[2]。
准确获取高分辨率的海冰时空分布十分关键。
目前海冰监测通常是基于被动微波遥感，使用SMMR（Scanning Multi-channel Microwave Radiometer，发射于1978年）、SSM/I（Special Sensor Microwave Imagers，发射于1987年）以及日本的ASTER-E（Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS，2002年发射）等多通道辐射计观测的亮度温度数据研究海冰范围和积雪厚度[1, 3]。
但辐射计分辨率较低（SSM/I 足迹为13×15km 2，尽管ASTER-E 的89GHz 高频段可达4×6km 2，但受大气云层和水汽影响较显著），另外辐射计对海冰的敏感性不如雷达。
作为主动微波探测仪，雷达高度计向地球表面发射雷达脉冲并接受反射回波，利用可以精确计算海面高，并可从回波波形中提取丰富的雷达波反射面信息，在地球科学领域领域中发挥重要作用[4]。
由于高度计自身轨迹覆盖和设计性能的限制，一些高度计如T/P 、Jason-1&2的研究应范围主要局限于海洋和内陆湖泊[5]。
而ESA-1&2及ENVISAT 卫星雷达高度计则可覆盖至南北纬82°，为雷达高度计在两极区域的研究应用提供宝贵的数据[6-8]。
雷达高度计的海冰探测目前主要集中在海冰厚度及其变化的研究[9-11]，但利用测高波形特征识别海冰的能力也已得到证明[12, 13]。
本文从主动微波遥感角度，使用ENVISATRA-2雷达高度计探测的海冰后向散射系数研究两极海冰覆盖及其变化规律，分析不同月份海冰表面的物理属性差异，并将结果与美国冰雪数据中心（National Snow and Ice Data Center ）公布的基于被动微波遥感获取的海冰数据进行比较。
2 原理和数据雷达高度计探测海冰的原理雷达高度计属于一种主动微波遥感探测器，通过向地球表面发射高频雷达窄脉冲，并接受地球反射面的后向散射能量形成雷达回波。
雷达高度计接受的返回能量r P 取决于反射面的散射特征、雷达系统和大气衰减，其公式如下：dA G R P t P f A t r ⎰=204322)4(σπλλ （1）其中0δ为标准化的雷达散射截面，也称后向散射系数，用分贝（db ）表示；λt 表示波长为λ的电磁波大气透射比；t P 表示雷达高度计的发射能量；r P 表示雷达高度计的接受能量；fA 表示雷达足迹面积；G 表示天线增益，G 在积分内部是因为和雷达脉冲的轴偏角有关，不同积分单元dA 上的天线增益有变化。
在公式（1）的右侧，除0σ外其他参数都是固定的雷达系统参数（G ，λ，t P ）或者大气传播介质的物理参数（R ，λt ），如果认为雷达足迹内的0σ相同，或是足迹内均值，便可以将公式（1）转换成如下公式： r teff P P A G t R 2202430)4(λπσλ= （2） 其中0G 表示天线中轴方向增益；eff A 表示有效足迹面积，为202)(G G θ在波束宽度θ内的积分。
公式（2）右侧都是已知的雷达系统参数或是可被测量的量，因此反射面的后向散射系数0σ可以由雷达高度计探测得到[5]。
0σ反映了雷达波反射面的散射特性，和表面粗糙度、介电常数以及是否存在次表层反射有关[16, 17]，Papa 等人（2003）使用9年的T/P 双频后向散射系数研究了陆地表面散射特征，证明其监测不同地物及其季节变化的能力[18]，Legresy 等人（2005）使用ICE-2算法处理Ku 和S 波段的ENVISAT RA-2高度计波形数据，研究了2002年秋天全球陆地及南极和格林兰冰盖的后向散射系数空间分布[19]。
图1 典型的海水和海冰雷达波形。
海水和海冰各有显著的散射差异，海水仅存在表面后向散射，而海冰内部有卤水泡以及盐粒等散射体，使得海冰的散射包含了面散射和体散射，另外海冰表面粗糙度和海水面也有很大的差异，使得海冰和海水的雷达回波能量不同。
图（1）显示了由ENVISAT RA-2雷达高度计波形数据提取的典型海面和海冰面的回波波形，由于海水面服从高斯分布，其特征是波形前缘斜率大而后缘斜率小，而海冰则表现出明显的镜面反射特征，前缘和后缘的斜率都很大。
另外在海冰融化过程中其表面属性（湿度、盐度）的变化可改变其后向散射特性，因此雷达高度计也可探测海冰表面的属性变化。
数据ENVISAT是欧空局于2002年发射的一颗继ESA-1&2之后的地球环境观测卫星，新一代双频雷达高度计RA-2是其搭载仪器之一。
其轨道倾角为°，重访周期为35天，覆盖地球°S 到°N之间的大陆和海洋，赤道附近卫星地面轨迹间隔为85km，越往两极间隔越小。
为延长工作时间，2010年10月ENVISAT变轨，周期改为30天，卫星倾角改为°。
2012年5月由于系统故障，ENVISAT RA-2任务结束。
和T/P及其他高度计类似，RA-2使用Ku波段（）为主要工作频率，不同的是RA-2增加了新的S波段（）用以提供大气延迟改正。
RA-2雷达高度计另外一个重要的特征是模式自由跟踪，可针对不同反射面类型作出快速调整以避免信号失锁，使得在海冰边缘、沿海、陆地以及湖泊区域也可提供可靠数据[19, 20]。
地面数据处理中心对所有地面类型的雷达回波数据都采取4中不同的重定算法（Ocean，Ice-1，Ice-2，Seaice）进行处理，并集成在地球物理数据GDR中。
本文将使用包含2011年全年的097至110周期GDR数据，计算出由seacie 算法确定的Ku波段两极后向散射系数的月均分布、年均分布以及标准差分布，并计算海冰覆盖的月均面积，分析极地海冰时空分布。
3 两极海冰时空分布图（2）为研究海域内使用Seaice重定算法得到的ENVISAT RA-2 雷达高度计Ku波段后向散射系数的月均值空间分布，和美国冰雪中心NSIDC发布的基于DMSP SSM/I-SSMIS 被动遥感数据获取的海冰范围边界（f）。
结果表明：（1）海冰和海水散射特征区别显著，海水后向散射系数一般在10db左右，而海冰的后向散射系数则一般高于15db，由雷达高度计后向散射系数探测的海冰范围和被动微波遥感探测海冰范围基本一致；（2）两极海冰覆盖的季节变化都非常明显，其中南极东部海冰在2月份几乎全部融化，到冬季末9月份海冰增长到最大范围，在南极海冰的融化和形成过程中，后向散射系数大小未显著变化；（3）北极海冰在2月份达到最大范围，6月之后海冰后向散射系数开始增大，七月后向散射系数均值达到最大，这是因为7月是北半球夏季最炎热时期，在海冰未完全融的情况下表层产生水面，从而增强海冰反射雷达脉冲的能力，提高雷达回波功率，后向散射系数显著增加；（4）北极海冰覆盖在9月达到最小，海冰增长主要集中在10-12月，10月后向散射系数变小，说明海冰表面水层结成新冰，新一轮海冰重造过程开始。