吳凱，紀策，駱磊，王心源

1.中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院,北京 100094;

2.中國科學院大學,北京 100049

1 引言

地球固體潮是一種由日、月和其他天體對地球的引力作用所導致的地球內(nèi)部和表面周期性形變的現(xiàn)象。該形變在中低緯度地表沿半徑方向分量可達40—50 cm，產(chǎn)生的地面重力潮變化可以達到200—350 μGal（10-8m/s2）（Dehant 等，1999；許厚澤，2010）。固體潮是眾多地球物理現(xiàn)象中唯一擁有明確力源和一定周期性的宏觀固體地球運動，現(xiàn)代天文學可以精確預測引潮位的大小（許厚澤和張赤軍，1997）。理論上，地球的潮汐形變是引潮力作用下的受迫運動，滿足最基本的牛頓運動定律，而地球引力位的擾動滿足泊松方程，二者構(gòu)成的地球潮汐基本運動方程結(jié)合地球介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系以及固體潮觀測數(shù)據(jù)，就可以為地球內(nèi)部界面分布、內(nèi)部介質(zhì)分層以及基本物理參數(shù)的分布提供新的約束條件。因此，作為一門聯(lián)系天文學、大地測量學和地球物理學的重要交叉學科，固體潮的觀測和研究意義重大（方俊，1984）。

重力儀、傾斜儀及應(yīng)變儀是目前觀測和研究地球固體潮的主要儀器，它們分別通過測量重力變化、地面點垂線偏差以及潮汐應(yīng)變來獲取固體潮信息。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，這些觀測儀器均分別達到了較高的精度，可以滿足固體潮地面觀測的需求。其中，超導重力儀已被國際同行公認是連續(xù)性和穩(wěn)定性最好的儀器，精度可以達到0.05 μGal 甚至更高（周江存 等，2009；陳曉東，2003；Goodkind，1999）。然而，這些測量手段存有共同的局限性，它們獲取的只是某個站點的固體潮變化情況，需要較為密集的地面臺站協(xié)同工作來獲取廣域地殼狀態(tài)，例如要實現(xiàn)全球100 km空間分辨率的固體潮觀測需要上萬個臺站，多臺站協(xié)同解算難度與臺站數(shù)量成正比，這種程度的人力物力以及地面資源消耗并不可行。目前固體潮臺站在全球分布稀疏且不均勻，不同臺站的觀測環(huán)境及條件相差很大，測得的潮汐因子中包含著較強的局部環(huán)境因素影響（許厚澤，2010）。尤其在沿海地區(qū)，海洋負荷潮對重力值的影響可達固體潮的10%，實際潮汐因子分布更為復雜，無論是經(jīng)典的Wahr 模型還是各國使用的經(jīng)驗值模型都不能很好地反映潮汐因子實際情況，實測值改正非常關(guān)鍵（李建國 等，2012；許厚澤 等，1982）。僅憑地面臺站難以實現(xiàn)大尺度、時間一致且空間連續(xù)的固體潮觀測，固體潮廣域觀測需要依賴空間技術(shù)的發(fā)展。

空間技術(shù)中與固體潮有關(guān)的觀測手段包括重力場觀測和地面點位移觀測，目前擁有相應(yīng)觀測能力的技術(shù)手段主要有重力衛(wèi)星、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）、甚長基線干涉測量（VLBI）、衛(wèi)星激光測距（SLR）以及InSAR 等。其中一些技術(shù)已經(jīng)在固體潮研究做出了一定貢獻，例如利用超過十年的VLBI 或SLR 測距資料解算部分分潮波勒夫數(shù)（彭碧波 等，2000；Mitrovica 等，1994），利用GPS技術(shù)對重力固體潮觀測中的非對稱大氣殘差進行校正（Watson 等，2006；Penna 等，2007）等。不同空間技術(shù)的信息獲取側(cè)重點有所區(qū)別，各種空間技術(shù)的組合應(yīng)用可望獲取固體潮響應(yīng)本身的廣域信息。對于重力場觀測，衛(wèi)星跟蹤、測高、重力、地面觀測或船測等數(shù)據(jù)結(jié)合可以提升時空分辨率和觀測精度（寧津生 等，2013）。而對于地面點位移觀測，合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）技術(shù)與GNSS、VLBI、SLR 等空間測距手段進行結(jié)合，既可以發(fā)揮測距技術(shù)高精度的優(yōu)勢又可以發(fā)揮InSAR 全天時全天候高點位密度等優(yōu)勢，同時克服了GNSS 等技術(shù)的空間取樣不足與InSAR 技術(shù)干涉相位信噪比、基線估算精度、水平變形敏感度等方面的問題（喬書波 等，2004）。InSAR技術(shù)目前的主要發(fā)展趨勢是更加廣域、更加精細化，并且要面向解決科學問題（姚鑫 等，2020；李廣宇 等，2018；李德偉 等，2019），目前提出的多種新型遙感平臺，如傾斜同步軌道平臺和月基平臺，均提到了廣域地殼形變監(jiān)測的科學目標，特別是固體潮現(xiàn)象引起的地殼形變（Guo 等，2014；Bruno 和Hobbs，2010）。固體潮現(xiàn)象的廣域觀測作為一個重要科學問題正面臨著巨大的挑戰(zhàn)，探討不同觀測技術(shù)的發(fā)展?jié)撃芤饬x重大。

本文立足現(xiàn)有的地球固體潮汐理論，根據(jù)固體潮信息分布時空特征歸納總結(jié)了固體潮廣域觀測在時空分辨率、精度以及觀測范圍等方面的需求指標。然后從分析得出的廣域觀測需求出發(fā)，結(jié)合所涉及的技術(shù)手段特點以及空間平臺發(fā)展，探討了不同技術(shù)和平臺的優(yōu)勢與不足。在觀測技術(shù)上，重點探討了重力衛(wèi)星解算時變地球重力場以及InSAR 技術(shù)與測距手段結(jié)合的廣域地面點位移監(jiān)測的發(fā)展?jié)摿?；在觀測平臺上，就InSAR 技術(shù)的時間基線和測繪帶寬度發(fā)展需求，對低軌、傾斜同步衛(wèi)星軌道、月基3種空間平臺軌道進行模擬。分析后得出新一代空間技術(shù)具有不同程度的固體潮宏觀觀測潛力，其中，月基InSAR 所展現(xiàn)出的超寬測繪帶、隔日重訪能力、以及月球平臺本身的特點，可以有效規(guī)避一些重要問題，如圖像拼接相位誤差、載荷以及壽命上的限制、軌道穩(wěn)定性與時空采樣不足等。再加上月球作為固體潮現(xiàn)象的主要力源，該視角擁有最佳的觀測效果，如始終可以觀測到梯度最大的固體潮形變區(qū)域，多角度觀測獲取水平形變效果最佳，可以方便地將耦合的日月潮汐分開等，使其可以發(fā)展為固體潮廣域觀測最理想手段。傾斜同步軌道衛(wèi)星平臺和新一代重力衛(wèi)星編隊技術(shù)發(fā)展可以為月基InSAR失相干時段提供一定補充，多種技術(shù)平臺的相互配合可以更加有效地進行固體潮現(xiàn)象的廣域觀測。

2 固體潮時空分布特征與廣域觀測需求分析

2.1 固體潮時空分布特征

本研究使用理論值模型來獲取固體潮時空分布特征，所涉及勒夫數(shù)及重力潮汐因子均采用國際地球自轉(zhuǎn)加參考架服務(wù)組織（IERS）提供的地面點精密潮汐改正規(guī)范標稱值（https：//www.iers.org/IERS/EN/Publications/TechnicalNotes/TechnicalNotes.html［2021-01-06］）。該理論計算模型已考慮到地球橢率、自轉(zhuǎn)、地幔非彈性、非流體靜力平衡和橫向不均勻性等諸多因素的影響。

圖1 為本文使用的固體潮理論值模型算法流程。首先根據(jù)基于時間域的引潮位算法，得到不同經(jīng)緯度和固定時間下的引潮位信息，然后通過勒夫數(shù)以及重力潮汐因子標稱值計算出非自轉(zhuǎn)、球型分層、各向同性、理想彈性（SNREI）地球模型下的固體潮響應(yīng)信息，最后通過IERS 協(xié)議的精密潮汐改正就可以得到三向固體潮點位移以及重力固體潮分布。所涉及的引潮位、三向位移以及重力潮算法核心如下（許厚澤，2010）：

圖1 固體潮模型算法流程Fig.1 The flow of solid earth tides model

式中，j為天體編號，n為勒讓德多項式的階次，G為萬有引力常量，mj為天體質(zhì)量；r表示地面點到地心的距離，rj表示天體到地心的距離；zj為天體的地心天頂距，Wn為引潮位，g0為地表重力的平均值，er、eφ、eλ分別為固體潮位移沿徑向、經(jīng)度方向和緯度方向的單位矢量。

計算過程中涉及的天文參數(shù)均通過天文歷表計算得到。在SNREI 地球模型的固體潮位移基礎(chǔ)上，分別在時間域頻率域加入如下3種改正，即可滿足IERS 規(guī)范的要求：（1）勒夫數(shù)由于地球的扁率和自轉(zhuǎn)的科里奧利力引起的緯度依賴性和微小的頻段間變化的影響；（2）在周日頻段，由于周日自由擺動共振導致的很強的頻率依賴性以及來自地幔非彈性的其他頻率依賴性（在長周期頻段最為顯著）；（3）來自地幔非彈性及自由擺動導致的離心力攝動，使得勒夫數(shù)具有滯后于引潮位作用的虛數(shù)部分（Dehant等，1999）。

圖2是以2020年10月1日0時為例的固體潮分布效果，對應(yīng)矩陣的經(jīng)緯度密度為30'×30'，可以較大程度地保留固體潮分布梯度信息。圖中位移單位為毫米，重力潮的單位為微伽，值的大小用不同的顏色區(qū)分，位移分布圖中的箭頭代表固體潮水平位移的方向。

圖2 全球尺度固體潮信息特征Fig.2 Characteristics of global scale solid earth tides information

固體潮分布極值點往往出現(xiàn)在月球星下點附近的一個位置以及該位置的對跖點處，而分布梯度相對較大的區(qū)域為與極值點相距約2500—7000 km的環(huán)形范圍。固體潮整體位移分布梯度較小，最大值約在4 mm/100 km—10 mm/100 km 的范圍隨時間發(fā)生周期變化，如圖3。

圖3 2020年位移梯度最大值時間序列（1小時采樣）Fig.3 Time series of maximum gradient of displacement distribution in 2020（1-hour sampling）

2.2 固體潮廣域觀測需求分析

對于南北緯80°—90°的區(qū)域，引潮力變化較小，固體潮狀態(tài)穩(wěn)定，因此觀測范圍需求為南北緯80°之間。要利用空間技術(shù)進行固體潮廣域觀測，百公里甚至更高的空間分辨率才更能體現(xiàn)出相對于地面臺站的優(yōu)勢。

重力觀測時，重力場中的固體潮部分可達200—350 μGal，大氣潮的影響約為固體潮的1%，海洋負荷潮的影響約為固體潮的10%，要想去除固體潮觀測中的大氣及海洋的部分，需要的重力觀測精度為微伽級。形變監(jiān)測時，InSAR技術(shù)獲取的是衛(wèi)星過境時刻相當于之前某次過境參考時刻的相對結(jié)果，形變范圍為0—50 cm，厘米級的測量精度可以滿足需求。

現(xiàn)今的InSAR 應(yīng)用中，形變類型主要特點是范圍小，形變梯度適中，如沉降、地震、滑坡等。這些應(yīng)用的研究區(qū)內(nèi)固體潮位移在整個區(qū)域的狀態(tài)趨于一致，并不會影響形變條紋分布，因此一般無需考慮固體潮形變的影響。如果將固體潮形變作為觀測對象，則需要提高觀測范圍使得測繪帶內(nèi)存在穩(wěn)定的固體潮形變相位變化，參照理論固體潮位移梯度變化，至少需要千公里級的測繪帶寬度才可以穩(wěn)定地從干涉相位中提取出固體潮的部分。對于時間分辨率需求，一方面希望觀測期間除固體潮以外其他類型的重力、地表形變盡可能少，另一方面要考慮空間技術(shù)的重復觀測能力的發(fā)展極限。固體潮分布體現(xiàn)出半日、周日、半月以及更長的周期變化特性，結(jié)合相應(yīng)空間技術(shù)的特點以及發(fā)展前景，時變重力場的時間分辨率至少需達到1天至數(shù)天，而InSAR 技術(shù)涉及到有效干涉組合的選取，時間分辨率需優(yōu)于重力測量，傾斜同步衛(wèi)星和月球兩個新型遙感平臺均將隔日干涉作為發(fā)展目標。表1匯總了重力測量和形變測量分別的固體潮廣域觀測需求。

表1 固體潮廣域觀測需求表Table 1 The index of macro observation demand for SET

3 相應(yīng)觀測技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Ψ治?/h2>

3.1 時變重力場與InSAR

重力衛(wèi)星的主要任務(wù)是反演高精度、高分辨率的地球重力場模型。該技術(shù)是根據(jù)衛(wèi)星位置、星間距離和速度相對于衛(wèi)星參考軌道的線性攝動量，利用動力學法、能量守恒法以及短弧積分等方法建立線性觀測方程獲取參考軌道并解算重力場模型。以GRACE 衛(wèi)星為例，可以確定15—30天時間尺度上的重力場時變特征，重力場空間分辨率為275 km 時，重力場異常誤差約為0.02 mgal（王長青，2015；吳庭濤 等，2020）。InSAR 技術(shù)是通過主動發(fā)射微波，并利用回波信號斜視成像來獲取多個時相地表的相位信息。通過干涉處理即可得到兩個時刻的相對相位變化，從產(chǎn)生的干涉條紋中提取一定寬度測繪帶的地表形變，以Sentinel-1 的雙星干涉為例，超寬幅模式的測繪帶寬度為400 km，分辨率可以達到20 m×40 m，6 天的重訪周期映射全球一次（王騰和廖明生，2018）。

目前想要通過重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)解算的時變重力場來獲得重力潮變化還較為困難，無法滿足精度和時空分辨率的需求，日月重力潮往往作為保守力使用理論模型獲得。新一代重力衛(wèi)星觀測計劃是要實現(xiàn)100 km空間分辨率、1天至數(shù)天的時間分辨率且精度要提升一個數(shù)量級（沈云中，2017），結(jié)合重力衛(wèi)星編隊技術(shù)的發(fā)展（朱廣彬 等，2019；鄭偉 等，2013；鄒斌，2017），給重力固體潮觀測提供了可能。衛(wèi)星軌道的數(shù)值積分精度、重力衛(wèi)星編隊系統(tǒng)構(gòu)型的完善均可以有效提高重力場觀測精度及時空分辨率，使其滿足固體潮觀測所需。將固體潮作為觀測目標，要面臨的另一個重要問題是如何從觀測結(jié)果中分離出重力固體潮信號。首先，大氣阻力、太陽光壓、地球反照輻射等非保守力攝動，仍可以通過加速度計測量精確獲取。非保守力中，非球形引力與三體攝動是最大的攝動來源，且計算模型中不包含任何潮汐因子，可以通過理論模型進行改正（Montenbruck 和Gill，2002；GTDS，1989），而對于海潮、極潮及大氣潮汐負荷的攝動，利用固體潮現(xiàn)象在內(nèi)陸地區(qū)的特定紋理特征來分區(qū)域解算是一種解決思路。

InSAR技術(shù)受限于測繪帶寬度和重訪周期目前還沒有固體潮觀測的案例。參照固體潮的時空分布變化特征，當觀測時刻相對參考時刻的位移梯度方向相反時，形變梯度在8 mm/100 km—20 mm/100 km 范圍變化。InSAR 技術(shù)可以在精度和分辨率上滿足固體潮廣域觀測的需求，但由于形變梯度較小，導致低軌InSAR 平臺在多數(shù)情況下的測繪帶內(nèi)距離向的固體潮形變狀態(tài)一致，難以提取固體潮相位。雖然在方位向可以形成上千公里的影像，但是由于初始固體潮相位和時間基線較難控制。如果通過圖像拼接來進行全球觀測，必將會造成InSAR 干涉圖的相位不連續(xù)，從而導致形變測量誤差，對于固體潮形變這種在大尺度空間下具有特定紋理分布特征的現(xiàn)象，拼接方式難以有效實施廣域觀測。傾斜同步衛(wèi)星軌道和月基平臺兩種概念平臺均具備隔日重訪和超寬幅測繪帶的能力，靈活的時間基線選擇和大尺度的空間覆蓋為固體潮形變的廣域觀測提供了可能。相比重力衛(wèi)星解算球諧系數(shù)然后進一步解算單點重力的形式，InSAR技術(shù)是通過成像方式獲取固體潮觀測結(jié)果，更容易反映面狀信息。下文對比了低軌衛(wèi)星、傾斜同步軌道衛(wèi)星和月球3種InSAR 平臺的優(yōu)勢與不足。

3.2 空間平臺位置獲取

要對比不同平臺傳感器對廣域固體潮信息的獲取能力，一方面需要得到相應(yīng)平臺的軌道特征、觀測周期以及空間分辨率等信息，還需要將不同空間平臺的參考坐標進行統(tǒng)一，并將其與對應(yīng)時空下的固體潮分布特征相結(jié)合。低軌衛(wèi)星平臺及傾斜同步衛(wèi)星平臺的運行軌跡可以通過軌道參數(shù)模擬得到（張云彬和張永生，2001），這種方式得到的衛(wèi)星位置用地理經(jīng)緯度表示，加上衛(wèi)星的高度信息，就得到了地理參考系（GRS）的坐標。月基平臺的運行軌跡用月心位置近似代替，月心的坐標可以通過美國噴氣推進實驗室（JPL）提供的DE430星歷獲取。該星歷包含了1550 年1 月1日至2650 年1 月22 日太陽系內(nèi)主要天體的位置、速度以及加速度信息，通過這種方式就可以獲取月球在地心天球參考系（GCRS）下的三維矢量。

GRS 坐標轉(zhuǎn)化到GCRS 參考系統(tǒng)，首先需要將GRS 坐標轉(zhuǎn)化到國際大地參考系（ITRS）中，并把地球考慮為橢球體；然后考慮歲差、章動并進行一個時間相關(guān)的旋轉(zhuǎn)。具體轉(zhuǎn)化過程如下式所示（Ren等，2017；Ye等，2018；Sui等，2019）：

式中，Ne表示基準橢球體的卯酉圓曲率半徑，?GRS、ψGRS分別表示地理緯度和地理經(jīng)度，h表示衛(wèi)星的高度，旋轉(zhuǎn)矩陣[M]、[N]、[P]、[E]分別來自對地球極移、章動、歲差以及自轉(zhuǎn)的考慮，它們均可以通過IERS 提供的地球定向參數(shù)（EOP）得到。

固體潮的位移失量是沿徑向、沿經(jīng)度方向和沿緯度方向，其指向與站心坐標系（ENU）相同，而InSAR 是通過斜視成像的方式獲取視線向形變，需要將位移矢量歸算到傳感器所在方向?？梢酝ㄟ^下式得到的位移矢量（Wu等，2020）：

式中，XENU、YENU、ZENU分別是位移在經(jīng)度方向、緯度方向、徑向的分量，[R]是與地理經(jīng)緯度有關(guān)的旋轉(zhuǎn)矩陣Θ為傳感器矢量與位移矢量的夾角，S為傳感器位置的單位矢量。由于位移的方向和大小是一定的，該轉(zhuǎn)換僅僅是矢量在不同坐標系中的表示，因此只需進行旋轉(zhuǎn)即可得到傳感器視線向的固體潮位移量。

圖4 展示了這3 種平臺分別運行一周的星下點軌跡，時間均為2018年1月1日。其中低軌衛(wèi)星選用Sentinel-1 衛(wèi)星的軌道參數(shù)，軌道傾角98.18°，側(cè)視角20°—45°，軌道周期99 min（圖4 中僅展示了繞地一周的軌跡）；傾斜同步衛(wèi)星的軌道傾角選擇為60°，升降交點經(jīng)度為23.94°，重訪周期為24 小時（Bruno 等，2006）；月基平臺軌道固定，伴隨月球公轉(zhuǎn)，赤緯變化的完整周期為18.6 年，小周期為27.3 d，而進行對地觀測時，星下點移動的主要原因來源于地球自轉(zhuǎn)，重訪周期為24.84 小時（Fornaro等，2010）。

圖4 3種平臺的星下點軌跡對比Fig.4 The comparison of the trajectories of three platforms

3.3 InSAR技術(shù)的3種平臺對比

提高軌道高度可以有效增大InSAR 技術(shù)的測繪帶幅寬。傾斜地球同步軌道衛(wèi)星的軌道高度約3.6 萬km，3 顆衛(wèi)星可以覆蓋全球；月基平臺的軌道高度約為38 萬km，僅2°的觀測立體角可以覆蓋半個地球。SAR 系統(tǒng)成像存在入射角范圍的要求，入射角太大會造成雷達后向散射能量的衰減，使得信噪比大幅降低，再加上由雷達側(cè)視成像機制決定的星下點固有盲區(qū)，實際的可觀測范圍要小一些（Guo 等，2014）。將入射角范圍設(shè)定在10°—66°，分別計算3 種平臺的瞬時可觀測區(qū)域，結(jié)果如圖5所示。

圖5 3種平臺瞬時可觀測區(qū)域Fig.5 Instantaneous observable area of three platforms

除入射角的限制外，低軌SAR 還會受到波束展寬的限制（徐慧 等，2007），實際條帶寬度更小，而傾斜同步軌道衛(wèi)星SAR 和月基SAR 分別僅需7°左右和0.5°左右的距離向波束展寬，因此基本不會受到該限制。

考慮式4所表示的雷達天線高度Lr和斜距測繪帶寬度WS之間的關(guān)系，以及時間延遲、脈沖重復頻率（PRF）、多普勒帶寬BD和方位向分辨率ρa之間的關(guān)系（Curlander 和McDonough，1991），可知方位向分辨率和距離向測繪帶寬存在固有矛盾。傾斜同步軌道衛(wèi)星SAR 在經(jīng)緯度上均不是均勻覆蓋，方位向和距離向的固體潮相位變化明顯，而月基SAR 觀測的固體潮相位分布在方位向變化較小（Wu 等，2020），所以就固體潮廣域觀測而言，傾斜同步軌道衛(wèi)星SAR 在方位分辨率上的需求要高于月基SAR。也就是說，要實現(xiàn)同水平的大測繪帶幅寬，傾斜同步軌道衛(wèi)星面臨的SAR 系統(tǒng)設(shè)計難度相對更大。

傾斜同步衛(wèi)星的軌道傾角與合成孔徑時間成反比，與天線尺寸成正比（例如：軌道傾角60°時，需要30 m 的天線和10 min 的孔徑合成時間；軌道傾角為近同步軌道時，孔徑合成時間可以達到12 h）。降低軌道傾角會造成有效覆蓋范圍的降低，同時較長的合成孔徑時間相當于一個濾波器，使得固體潮這類時變信號可能變?yōu)楸尘霸肼暠贿^濾掉（Bruno 等，2006）。因此，要保證足夠大的軌道傾角就必須面臨如何將龐大的天線和供能子系統(tǒng)搭載在人造衛(wèi)星平臺上的問題，這也是傾斜同步衛(wèi)星軌道SAR要面臨的挑戰(zhàn)。

圖6 分別 模擬了2018 年1 月1 日3 種平 臺相鄰重訪時的固體潮形變相位分布，測繪帶寬度均參照現(xiàn)有研究，傾斜同步軌道衛(wèi)星SAR 和月基SAR的測繪帶寬度設(shè)定為4000 km 和5000 km（Madsen等，2001；李德偉 等，2020）。

傾斜同步軌道衛(wèi)星SAR 和月基SAR 均具備隔日干涉的能力，前者在L波段的極限基線可以達到90 km，通過軌道控制很容易避免幾何失相干，因此有效干涉組合是最多的；而月球軌道不可控，月球赤緯絕對值較大時，赤緯日變化趨近于0，當月球赤緯接近0時，日變化可以達到5°，對應(yīng)的基線長度可達35000 km，引起嚴重的幾何失相干。因此，在月球赤緯接近赤道的時間段，對重軌干涉十分不利，即使選用L波段的大帶寬組合，這些參考時段的有效干涉組合也較少，最鄰近有效干涉組合往往需要一個赤緯變化小周期，大約為第26或27次重訪。

低軌衛(wèi)星重訪時刻固體潮形變相位可以達到500 mm，但由于測繪帶寬度不夠，大部分情況下整個測繪帶內(nèi)的固體潮相位變化低于10 mm，干涉圖內(nèi)固體潮狀態(tài)趨于一致，難以提取；而對于兩種新型概念平臺而言，雖然重訪周期接近固體潮變化周期，使得形變相位有所減小，使得隔日重訪固體潮形變相位最大不超過200 mm，但測繪帶內(nèi)穩(wěn)定存在明顯的相位變化，固體潮形變可以被提取出來，觀測效果仍然遠優(yōu)于低軌衛(wèi)星。其中，傾斜同步衛(wèi)星平臺測繪帶內(nèi)相位變化可達15—70 mm，而月基平臺為50—100 mm。月基平臺優(yōu)于傾斜同步衛(wèi)星平臺的主要原因是由于月球作為固體潮現(xiàn)象主要引力源，正側(cè)視觀測時，始終可以觀測到固體潮梯度最大的位置。

表2 羅列了3 種平臺與固體潮廣域觀測效果相關(guān)的平臺特點。

表2 3種平臺的固體潮宏觀觀測對比Table 2 Comparison of macro observation of earth tide on three platforms

月基平臺擁有強大的載荷能力，相比傾斜同步衛(wèi)星軌道更容易進行SAR 系統(tǒng)設(shè)計，且平臺壽命長，軌道誤差小。隨著赤緯的變化，月基平臺可以實現(xiàn)全球的連續(xù)角度觀測，能從斜距中提取高精度的水平位移，而60°傾斜同步衛(wèi)星軌道的多角度觀測區(qū)域僅為月基平臺的三分之一，升降交點對應(yīng)陸地區(qū)域存在固有盲區(qū)。月球作為固體潮現(xiàn)象的主要力源，可以方便我們利用日月黃經(jīng)差將耦合的太陽潮太陰潮分開。從觀測效果和平臺特性綜合考慮，若解決登月相關(guān)的一系列關(guān)鍵問題（如供能、溫度控制、數(shù)據(jù)傳輸、材料運輸、月塵環(huán)境等），月基平臺或可發(fā)展成為固體潮觀測的最理想平臺。而多種平臺的相互配合可實現(xiàn)絕大部分區(qū)域低于一天時間分辨率的固體潮宏觀觀測。

4 結(jié)論

本文從固體潮廣域觀測的需求出發(fā)，分析了現(xiàn)有空間觀測技術(shù)在重力觀測和地表位移觀測上的發(fā)展?jié)摿Αａ槍nSAR 技術(shù)在時間分辨率和測繪帶寬度上的需求，參照固體潮廣域觀測模擬結(jié)果，定性和定量地對比討論了3 種InSAR 平臺特點。研究最終得出了相應(yīng)觀測方法的優(yōu)勢與不足，并羅列了一些亟待解決的技術(shù)問題，綜合評價了空間技術(shù)對固體潮的廣域觀測潛能。

研究結(jié)果表明：（1）新一代重力衛(wèi)星組網(wǎng)、傾斜同步衛(wèi)星軌道和月基平臺均可以發(fā)展成為固體潮廣域觀測的有效手段；（2）月球作為固體潮現(xiàn)象的主要力源，使得月基InSAR 兼顧了軌道高度、視角、平臺、SAR 成像及觀測效果等多方面的優(yōu)勢，可以發(fā)展成為固體潮廣域觀測的最理想平臺；（3）各類觀測方法可以為月基InSAR 低赤緯所對應(yīng)參考時段提供補充，實現(xiàn)部分區(qū)域低于一天時間分辨率的固體潮廣域觀測。

利用空間技術(shù)來觀測固體潮存在很大的潛力，多種技術(shù)相互配合可以更好地實現(xiàn)固體潮高分辨率、高時空一致的廣域觀測，解決各類技術(shù)發(fā)展所面臨問題是實現(xiàn)固體潮廣域觀測需要努力的方向。