【卫星测高】基本雷达测高工具箱BRAT(Basic Radar Altimetry Toolbox)简单的使用说明

写在前面

卫星测高数据处理方面的知识，基本上都是自己看资料摸索的，所以不可避免的会有很多的不足（如果我有地方说的不明白望谅解），所以我把这些放在GitHub上面，希望有人去fork和pull request，让其更完善，也希望有人可以和我讨论，把这些数据处理经验都总结起来，如果后来人跟我们有一样的困惑不至于找不到答案。

英文很重要，没有办法，软件是老外搞的，界面、说明文档等都英文的，如果英文好，看文档绝大部分问题应该都可以解决。我的英文水平也不好，所以看起来也有些费力，但是没有办法。所以我想做的事情，不是把英文翻译成中文，而是做资源的整合，知识脉络的整理，问题的讨论。

1.简介

BRAT（Basic Radar Altimetry Toolbox，基本雷达测高工具箱），官网，下地地址，截至2016年10月28日其版本号为v3.3.0。

BART为开源软件，其源码挂在GitHub（地址）上，由欧空局(ESA)与法国空间局(CNES)共同开发。主要功能（官网介绍）：

• 读取卫星测高数据（包括： ERS-1 and 2, Topex/Poseidon, Geosat Follow-on, Jason-1, Envisat, Jason-2, Cryosat and Sentinel-3）。
• 做一些处理和计算。
• 显示结果（图形界面）。

下载 ：

其下载需要注册，过程不算麻烦，注册后即可下载，如果读者不想注册，此处提供一个brat-3.3.0-x64-installer(链接：http://pan.baidu.com/s/1o8hf53c 密码：07c4)

2.一些简单操作

操作手册《brat_user_manual》里面有它的详细用法，我不作翻译了，简单说一下使用的流程和一些注意事项。

基于我用到的功能，做如下介绍：

1. BRAT界面的简单介绍。
2. 数据读取导出。
3. 筛选
4. 用到的视图

2.1 BRAT界面

这是BRAT的界面：

用BRAT的操作流程可以概括为4个步骤（参看《brat_user_manual》16页）：

1. 创建Workspace（工作空间）
2. 创建Dataset （数据集）
3. 创建Operation （操作）
4. 创建View （视图）

这几个功能分别对应于界面上的选项卡。

需要注意的是，这4个步骤是一个递进的关系，后面的依赖于前面的。比如，workspace没有创建就无法加载Dateset，没有Dateset就无法进行Operation，没有Operation就无法创建View。这其实是很自然的一个逻辑关系。

2.2 创建Workspace（工作空间）

BRAT处理的策略很简单，使用工作空间，将与该项目相关的所有信息（比如，数据的路径、筛选条件等）都存放在该文件夹下。

从菜单Workspace->New即可创建一个工作空间，路径及名称不建议使用中文，我无法确定使用中文是否会导致意想不到的问题。

创建后会在相应路径下生成文件夹及文件(我的目录：F:BRATworkspace est)：

│  setup.ini
│
├─Datasets
│      setup.ini
│
├─Displays
│      setup.ini
│
├─Formulas
│      setup.ini
│
└─Operations
        setup.ini

---

setup.ini是配置文件，记录配置信息。下面是测试，对理解软件是如何工作的有帮助，对实际操作无太大影响（不看也不会影响软件的使用）：

新建一个工作空间后，不做任何操作，该工作空间是空的，查看各个setup.ini文件内容：

; testsetup.ini内容
[General]
WorkspaceName=test
WorkspaceLevel=1
; testDatasetssetup.ini内容
[General]
WorkspaceName=Datasets
WorkspaceLevel=2
; Displays、Displays、Operations下的内容大同小异

可以看到，setup.ini文件存放了工作空间的名称和工作空间的等级，test是首级所以Level=1，而Datasets是其下面的一级所以Level=2，从目录树就可以反应出来。

现在创建数据集、加载数据，保存工作空间，Datasets文件夹下的setup.ini文件内容发生如下变化：

; testDatasetssetup.ini内容
[General]
WorkspaceName=Datasets
WorkspaceLevel=2
[Datasets]
DatasetName1=Datasets_1
DatasetName2=Datasets_2
DatasetName3=Datasets_3
[Datasets_1]
File1=F:\JA2_GPS_2PdP002_138_20080727_074001_20080727_083614.nc
[Datasets_2]
File1=F:\JA2_GPS_2PdP003_138_20080806_053833_20080806_063445.nc
[Datasets_3]
File1=F:\JA2_GPS_2PdP001_138_20080717_094129_20080717_103742.nc
File2=F:\JA2_GPS_2PdP002_138_20080727_074001_20080727_083614.nc
File3=F:\JA2_GPS_2PdP003_138_20080806_053833_20080806_063445.nc

即使不懂配置文件的语法也能看出我做了什么事情。是的，我创建了三个数据集分别为Datasets_1、Datasets_2、Datasets_3，在Datasets_1和Datasets_2中各有一个nc文件，在Datasets_3中有三个nc文件。

---

2.3 创建Dataset （数据集）

第一个选项卡即Datasets，单击New按钮即可创建新数据集，所有按钮的功能基本看名字就能明白是做什么的。

示例数据：链接：http://pan.baidu.com/s/1qXKaU2C 密码：3rxl

在这个页面，单击一个nc文件，可以查看该文件中的所有字段的名称、单位、维度、详细描述等信息，但不能看到具体的数据（需要导出后查看）。用HDF Explorer可以查看数据结构，并且能直接查看数据，见：用matlab读取测高卫星jason2的netCDF格式数据的简单示例（一）。使用BRAT前一定要知道nc文件的数据格式。

2.4 创建Operation （操作）

Operation 做的事情就是，对选定的数据进行编辑（筛选），支持数据的导出。以下为一个示例：

2.4.1 选择需要的数据字段

新建一个Operation ，选定一个Dataset ，将纬度（lat）拖拽到X或者右键Set as X；经度（lon）、轨道高（alt）、测距值（range_20hz_ku)拖拽到Data下，或者右键Set as Data。

2.4.2 设置筛选条件

设置筛选条件的目的就是选出我们需要的数据，筛选条件有很多，比如将其限制在一定的经纬度范围内，测距值不为空，以及许多的flag，等等。

这就要涉及条件表达式和函数了，常见的有：

!   % 非
!=  % 不等于
&&  % 并且
||  % 或者
<   % 小于
is_bounded % 限制范围，例如 is_bounded(22.0682,lat,22.3311) 限制纬度的范围
......

可以单击Insert fuction按钮查看所有的符号和函数。

最简单的例，只限制纬度范围，并且要求测距值不为缺省值（DV），那么表达式应该这样写(写在Selection creiteria里面)：

is_bounded(22.0682,lat,22.3311) && range_20hz_ku != DV

在Insert formula中，给出了很多卫星的筛选条件，可以参考。

2.4.3 计算和导出

设置好筛选条件后，执行它，再按照我们的需要导出。执行单击Execute按钮，其实只需要点击Export，在导出的时候软件会根据筛选条件进行筛选。

如果需要做一些计算，比如计算高程，那么右键Data，Insert an empty expression并将其重命名为height，在右边的Expression框中输入：

alt - range_ku

也可以单击Insert formula查看软件自带的一些计算公式，比如计算SSH（Sea Surface Height ）和SLA（Sea level anomalies ）。导出的时候就会增加一列height。

单击Export按钮，导出格式选择Ascii，即文本文件，此处导出的数据如下(为了整齐，我把每列保留的小数统一了)：

alt (m)     height (m)      lat (degrees_north)     lon (degrees_east)      range_ku (m)  
1341754.087 34.2734 22.097624   129.760587  1341719.813
1341764.473 34.2311 22.146769   129.739138  1341730.242
1341774.879 34.1581 22.195909   129.717671  1341740.721
1341785.303 34.1056 22.245045   129.696186  1341751.198
1341795.746 33.9925 22.294177   129.674683  1341761.754

可以看到第二列即计算得到的海面高。

如果需要复杂的计算和操作，建议写程序。

还可以导出为NetCdf和GeoTiff，其中GeoTiff需要Y有值。但是我感觉这两个功能实在用不上，首先是NetCdf，我们就是因为NetCdf是二进制不能直接打开所以才需要这些软件的帮助，给果又导出为NetCdf，这不给自己添麻烦吗；GeoTiff中可以导出kml文件在Google Earth中查看，但是导出来的文件总有问题。

如果需要在Google Earth中查看导出来的点的位置，可以上网下载一个制作kml的软件，自己做，比较简单。如果觉得找起来比较困难，这里提供一个kmlgenerator：链接：http://pan.baidu.com/s/1jI2myAq 密码：g8hw，生成kml后直接双击它就会在Google Earth中中显示。

使用注意：
excel格式要xls
excel必须要有3个Sheet，并且依次为Sheet123（也就是默认的，不能改）
数据要有4列：经度、纬度、地名、备注（googleEarth点的格式吧）

注意：

如果是导出数据并做计算的话，尽量不要用到Y，设置一个X后其余数据全都设置为Data。以上面导出的结果为例，该例子以纬度（lat）作为X，导出的数据有5个点，每一行对应一个点。如果将经度（lon）设置为Y后是什么结果？明显，会有5*5=25行数据产生，这并不是我们想要的。

2.5 创建View （视图）

我觉得这个功能实在有点鸡肋，不过可以用一用，这里只做一个简单的介绍。

为什么说鸡肋？它的功能是绘图，一维折线图等可以用更专业的绘图软件来实现，再加以代码可以批量处理和细节化；如果是二维的附着在地图上，GMT可能更专业一些。

以前面的计算结果为例:

2.5.1 一维图（y=f(x)）

查看计算得到的海面高（height）按纬度从低到高分布的折线图：在Views选项卡中新建一个，在Available中选中height，添加到右边的Selected框中，单击Execute：

得如下结果：

可以设置线型、颜色、标题等等。

2.5.2 二维图（z=f(x,y)）

由于是二维的，这里要用到Y，将Data里面的经度（lon）删除后重新设置为Y，为了看的清楚我把经度范围扩大了：is_bounded(2.0682,lat,22.3311)。重新执行operation和view得如下结果：

可以看到海面高的分布，下面是它的色标，红色高、蓝色低。并且可以改变投影方式等等。

3. 一些问题

BRAT使用起来或许有如下问题：

1. 数据很多时，BRAT导出速度慢，但用matlab却很快，原因不明。
2. 导出的数据可能会有问题，比如cycle号出现了小数（cycle号只能是整数），原因不明。
3. 用BRAT会让人忽略掉数据的结构，如果我问测距值（range）是由什么确定的？它不是由经纬度确定的，1hz的range是由time一个维度确定的，20hz的range是由time和meas_ind两个维度共同确定的，而波形数据则是由time、meas_ind和wvf_inf三个维度共同确定的。
4. 如果你觉得一些筛选条件是有效的，可以记录起来，并作说明，免得以后忘了。

最后：

手册内容是英文，且内容太多，也许会让人产生一些困惑，但是多看就能理解。

我写的实在不够好，远远不如参考手册，希望不至于误导他人。如果你完整看完参考文档，使用软件的能力会远远超过我的。

常见问题

Data Expressions里面的Y(optional)不要随便添加

如果只是想导出数据，X里面设置lon或者lat，其余字体放到Data中去。

如果在BRAT中显示地面轨迹，则X里面设置lon/lat中的一个，y里面设置lon/lat中的一个。

如何导出指定区域的数据？

在Selection criteria(optional)里面写：

is_bounded(0,lat,30)

即可得到纬度为0-30度的数据，经度限制是一样的。

数据的维度要对应

1hz的和1hz的对应，20hz的和20hz的对应，比如X里面设置的是lon，这是1hz的，要导出的range时，用range_ku是正确的，range_20hz_ku就不行。所以一定要理解数据结构。

参考：

《brat_user_manual》（比较全面的介绍）

《20090929_RApractical》（这里里面有10个操作实例，值得一看）

《brat_reference_manual_3.3.0》（代码接口的介绍，如果想用它的代码可以看看）

BRAT官网