美国"快速测风"卫星

美国测风卫星的发展□□美国航宇局 (NASA)在 1 978年 6月发射的海洋卫星 (Seasat)上装有 1台“海洋卫星散射器系统”微波散射计 (SASS) ,可惜该卫星只在轨运行了 1 0 0多天 ,而世界各国海洋遥感学者对 SASS数据却进行了 1 0年的研究 ,证明了星载微波散射计是测量海面风的十分有效的途径。在 SASS的基础上 ,NASA喷气推进实验室 (JPL)于 90年代初研制了 1台名为“NASA散射计”的微波散射计 (NSCAT) ,并装在日本先进地球观测卫星 -1 (ADEOS-1 )卫星上 ,ADEOS-1是 ADEOS系列卫星的第 1颗 ,于 1 996年 8月发射 ,1 997年 6月…     

CYGNSS海面风速固有误差与时空分布特征

全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）是一种新兴的海面风速遥感技术,对GNSS-R反演风速进行详细定量分析是该技术从科学研究走向业务应用的必要条件。 以气旋全球导航卫星系统（CYGNSS）的风速数据为例,利用时空匹配的浮标风速和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的预报风速数据,详细分析了CYGNSS遥感风速的气候态特征和时空分布特征。基于三配对数据分析方法,阐明了CYGNSS遥感风速的固有误差,并提出了相应的风速标定系数。研究表明:GYGNSS的中低风速（w <10 m·s–1）精度较好,但高风速的误差显著增大;风速误差具有良好的时间一致性,但呈现明显的空间分布不均匀现象;总体而言,CYGNSS风速的固有误差约为1.79 m·s–1。研究结果一方面可为CYGNSS风速数据的业务应用提供参考,另一方面也为进一步标定CYGNSS的反射测量信号提供依据。      

捕风一号卫星总体设计与技术特点

捕风一号卫星是中国首次实现基于星载导航卫星反射信号测量(global navigation satellite system-reflection,GNSS-R)技术的气象卫星,采用新型L波段海面风场信息探测技术,在风场测量、海面飓风风速反演等方面为国家气象、防灾减灾等行业提供服务.从系统设计角度介绍了捕风一号卫星的总...     

星载高速串行数据处理系统设计与实现

遥感卫星图像数据量的高速增长,以及遥感卫星搭载的相机不同工作模式下产生的数据差异化处理的需求,为星间数据处理带来了巨大挑战。针对星载Gbit·s^–1级高速数据收发及文件缓存等星间数据处理面临的问题,以百兆每秒级星载高速接收缓存系统为切入点,以遥感卫星数据处理的发展为依据,在分析SerDes传输原理的基础上,采用模型仿真和工程验证的方法,制定了高速串行数据链路层传输协议SSLLP(Satellite Serial Link Layer Protocol)和类文件化高速缓存的策略。在硬件设计和软件开发的基础上,最终完成了具备处理入口速率3.2 Gbit·s^–1并能以类文件化的方式缓存64个数据文件的星载数据处理单元的工程实现。测试结果表明,基于SSLLP的高速串行数据接收正确,缓存策略有效,系统高效可靠。该设计已在某型号任务中取得在轨验证,为星载高速串行数据处理系统提供了参考。     

海表温度对中法海洋卫星散射计测量的影响

卫星散射计通过测量海表粗糙度反演全球海面风场。对于Ku波段散射计，海表粗糙不仅和海面风场相关，还受海表温度的二阶效应调制。定量研究了海表温度对中法海洋卫星（CFOSAT）散射计（CSCAT）反演风速和后向散射测量的影响。结果表明，CSCAT两种极化方式测量的后向散射系数都会受到海表温度的影响，但是垂直极化中低入射角（θ <36°）测量的后向散射系数几乎不随温度变化。因此CSCAT的风速偏差也随海表温度的变化而变化，且随着入射角的增大和风速的减小，海表温度对风速偏差的影响程度增大。在数据分析的基础上提出了一种考虑海表温度影响机制的地球物理模式函数，为未来CFOSAT散射计风场反演的海温校正提供参考。     

星载SAR图像方位角计算及其对风速反演影响评估

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是海洋常规观测的重要技术手段,然而在其数据处理和关键物理参数反演中,SAR图像方位角SAR海面风速的反演精度。对此,根据SAR图像方位角的定义,结合空间卫星坐标系转换关系推导了?_IMG,并进一步提出了基于SAR图像地面控制点的?_IMG计算方法。通过对比分析2016年全球近70万景哨兵一号卫星波模式SAR图像,量化了?_IMG与?_SAT的系统偏差,发现该偏差与雷达入射角和轨道方向紧密相关。选用五次多项式拟合该偏差随纬度的变化规律,同时发现将卫星飞行方向角近似等于SAR图像方位角会引起海面风场反演误差,该误差空间分布不均,且升轨降轨有所差异,风速误差最大可达±0.5 m·s^–1。研究结果表明,?_IMG的正确计算和使用对于SAR地球科学研究具有重要意义,本文提出的?_IMG计算方法对其他SAR卫星系列也具有实际参考价值。     

全极化散射计极化失真误差校正方法

全极化散射计是一种新型微波散射计,可以同时测量目标的同极化和交叉极化散射系数.一方面能够解决传统散射计在海面风场反演中的风向模糊问题,提高海面风场测量精度,另一方面交叉极化散射系数可以有效提高海面风速测量范围,解决台风灾害监测和预报问题.利用全极化散射计数据进行高精度海面风场反演,首先需要解决全极化散射计系统极化失真误差导致无法准确测量目标不同极化散射系数的问题.本文基于全极化散射计信号模型推导了极化失真误差影响下极化散射系数模型,并对极化失真误差影响进行了定量分析.在极化散射系数模型基础上,通过引入海面散射特性假设和极化定标技术推导了极化散射系数校正模型.基于RADARSAT-2获取的不同区域海面全极化散射系数数据仿真误差影响下极化散射系数并利用该模型进行校正,结果表明该方法可以有效校正极化失真误差,显著提高极化散射系数测量精度.      

海洋二号A卫星雷达高度计、校正辐射计在轨运行十周年

海洋二号A卫星(HY-2A)是中国第一颗海洋动力环境卫星,于2011年8月16日在太原卫星发射中心成功发射,在海洋动力环境测量、防灾减灾、海洋资源开发、海洋科学研究等领域中发挥了重要作用. HY-2卫星的主载荷包括雷达高度计和校正辐射计两个分系统,由中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室研制.雷达高度计主要用于测量海面高度、有效波高和海面风速,其数据在海洋地球物理学、海洋动力学、海洋气候与环境、海冰监测等领域广泛应用并发挥了重要作用.校正微波辐射计是为雷达高度计提供大气湿对流层路径延迟校正的微波辐射计,可以提供海面大气水气含量、液水含量和湿对流层路径延迟数据.雷达高度计和校正辐射计自201 1年9月1日开机工作以来,已经在轨运行十周年,远超HY-2A卫星在轨运行三年的设计寿命,目前仍在正常工作.     

海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标

海洋二号卫星微波散射计(HY-2 Scatterometer, HY-2 SCAT)是一种旋转扫描笔形波束散射计, 能够对同一观测面元提供4次方位角和入射角的观测组合, 并通过地球物理模型反演海面风场. 为达到设计的风场反演精度, 要求其系统定标精度达到0.5dB. 利用不同区域自然扩展目标对HY-2 SCAT进行在轨外定标, 并与OSCAT散射计在同时期内的测量结果进行了对比. 定标结果显示可以消除因散射计天线指向偏差带来的方位向测量误差. 针对HY-2 SCAT方位向测量偏差进行了误差分析, 利用仿真方法以及海洋二号卫星雷达高度计同期测量数据的反演结果进行比对, 验证了误差来源.      

星载被动微波遥感技术及其应用进展

星载被动微波遥感是指利用高灵敏度接收机通过接收场景和目标的自然微波辐射来提取目标信息的一种遥感手段。被动微波遥感又称微波辐射计遥感。人类利用微波辐射计从空间进行对地遥感已有50多年的历史。目前,星载微波辐射计已经成为气象和海洋卫星的主载荷,在数值天气预报、海洋环境监测和全球变化研究中发挥着越来越重要的作用。本文分析了国内外星载被动微波遥感技术与应用进展,以及被动微波遥感技术发展趋势及其关键技术问题,针对中国星载被动微波遥感的定量化应用,在数据与数据处理流程,算法标准化、亮温和反演参数的定标/检验标准化等方面提出了一些思考和建议,以期望被动微波遥感数据被越来越广泛地得到应用,最大限度地提升星载地球被动微波遥感技术的应用效能。     

空间遥感地球生态

影响地球生态有诸多因素,例如大气中二氧化碳含量增加,引起地球气温上升;甲基睾酮气体破坏同温层中臭氧层;酸雨引起森林生态和河湖的环境变化;而海洋上的温度、降雨、风及洋流则直接影响地球气候。由于海水吸收电磁波,所以从空间遥感只能观测海水表层,将海水表层的观测结果与实地取样分析综合起来,可推断海洋内部大规模的活动。海面风和海水表面起伏程度关系很大。用具有斜向观测的雷达散射计可测出海面风的风速和风力,用雷达高度计,能以二三厘米的精度测出海面波浪高度。如果确立针对潮汐振动的校正和卫星跟踪技术,可以用太     

航天科工为海洋风场探测提供“精准刻度尺”

正近期,中国航天科工二院203所研制成功国内首套星载全极化微波辐射计真空定标装置。该装置具有全自动、高精度的特点,在定标精度、技术指标等方面已达到了国际先进水平。据悉,传统的微波辐射计,可以测量海面风速,但是不能准确确定风向。而随着全极化微波辐射计的应用,它不仅可以实现对风速、风向的测量,同时还可以获得大气云水含量、水汽含量和     

美国海军将发射的海洋观测卫星

美国海军的海洋观测卫星(N-ROSS)将在1990年用“大力神Ⅱ”运载火箭发射,这颗卫星将提供海洋和大气层中的重要空间数据,并直接用于海军舰队的工作上。现在,美国洛克希德公司和美国无线电公司(RCA)正就 N-ROSS 的设计展开竞争,并把航宇局和商业界也卷了进去,洛克希德的设计有一个圆形柱体,带有30英尺的太阳电池板,提供风的数据的三个散射计天线从中心散开,一个盘状可展开的微波辐射计大天线在底部左边,提供海洋表面温度。一个微波成像遥感器装在卫星一边。盘状可伸展的小雷达测高计在底部右边,以测量海洋冰、风和其它重要参数。     

中法海洋卫星微波散射计在轨性能验证

中法海洋卫星（CFOSAT）微波散射计是国际上第一个旋转扇形波束体制散射计，通过优化雷达观测几何实现对地面目标多角度和多方位的高精度测量，提高海面风场、土壤湿度和海冰面积等地球物理参数的反演精度.根据CFOSAT卫星2018年10月发射以来的在轨测试数据，结合散射计系统特点，分析验证了星上定标数据和后向散射系数反演结果的正确性，并对CFOSAT首批科学数据进行了定量分析和系统评价.结果表明，CFOSAT散射计在轨工作状态良好，实际性能与设计预期一致，风速测量精度优于1.5m·-1，风向测量精度优于15°，空间分辨率可达12.5km，在近岸风场监测、土壤湿度遥感和海冰面积估计等应用领域具有独特的优势.      

K波段微波高光谱辐射计的晴空定标方法

K波段微波高光谱辐射计应用于大气探测方向,能够减少地表至对流层内的大气廓线误差和提高廓线的垂直分辨率.针对平均辐射温度在宽大气频谱和不同天空仰角下存在浮动的问题,结合所统计的北京地区往年廓线数据和晴空条件下的Liebe大气吸收模型（1993）,提出了一种微波高光谱下改进的晴空定标方法.相比于传统的晴空定标方法,该方法利用先验的气象数据对定标过程进行优化计算,有利于提高平均辐射温度的预测精度.误差分析结果表明当K波段微波高光谱辐射计采用改进的晴空定标方法时,能够有效减少平均辐射温度对其定标误差的影响.      

星载GNSS海洋反射信号建模与仿真

星载GNSS反射信号建模与仿真对GNSS反射信号正逆问题的研究及接收机算法和性能的评估非常重要。从几何、信号和信息的角度建立了星载GNSS反射信号分层建模方法。详细论述了星载GNSS反射信号的双基几何关系,建立了海风、涌浪和降雨驱动的线性组合海浪谱,并基于此计算了GNSS反射信号双基散射系数,基于各散射单元独立散射的假设推导了反射信号模型,通过仿真产生了星载GNSS反射信号及时延-多普勒相关功率,并与UK TDS-1卫星实测相关功率进行了对比分析。结果显示,通过先产生反射信号后处理得到的相关功率和直接端对端产生的相关功率与UK TDS-1卫星实测的相关功率的余弦相似度分别为0.97和0.94,所提架构和方法可正确对星载GNSS反射信号进行建模和仿真。同时,通过所建平台分析了涌浪和降雨形成的海浪谱对星载GNSS反射信号的影响。结果发现,涌浪主要影响低风速探测而对高风速无影响,降雨对星载GNSS反射信号无明显影响。      

基于GPS遥感的延迟映射接收机关键技术

全球卫星定位系统GPS(Global Positioning System)广泛应用于定位和导航,还可利用海面对GPS信号产生的散射效应进行微波遥感,是一种新型微波遥感手段.首先介绍了GPS海洋遥感测风技术产生背景及特点,给出了GPS散射信号测量技术理论基础,重点分析了延迟映射接收机设计中提高采样信号信噪比、双射频前端电路设计、计算反射点延迟、接收机工作模式、内嵌软件处理等5项关键技术.设计的延迟映射接收机样机在天津近海完成了首次搭载飞行试验,试验结果表明,延迟映射接收机可同时接收直射和海面散射卫星信号并输出导航定位解,正确计算镜面散射点码延迟,准确接收海面散射的GPS卫星信号,且散射信号信噪比达到了14.9 dB以上,接收机输出为反演海面风场提供了准确的基础数据,这种方式可推广到遥感探测陆地土壤湿度、海冰厚度、海浪高度等领域.      

全球海表流场多尺度结构观测卫星计划

全球海表流场多尺度结构观测卫星计划（Ocean Surface Current multiscale Observation Mission, OSCOM）首次提出海表流场、海面风场和海浪谱（简称 “流–风–浪”）一体化探测的多普勒散射计（Doppler Scatterometer, DOPS）测量原理和系统体制。OSCOM采用Ka-Ku双频多波束圆锥扫描体制的真实孔径雷达,将实现超过1000 km观测刈幅、公里级分辨率的“流–风–浪”一体化卫星直接观测。OSCOM将突破海洋亚中尺度非平衡态动力学、海洋多尺度相互作用、海气耦合的研究瓶颈,支撑实现海洋系统科学、气候变化等理论研究的重大突破。未来,应用OSCOM海表流速观测的模式改进,将奠定海洋非平衡态过程数值模拟、同化和预报的动力学基础,实现海洋和海气耦合模式的重大改进。通过与多源数据融合,OSCOM海流观测的应用将为海洋生物地球化学循环、碳收支研究和国家重大任务提供支撑。OSCOM科学卫星的实施对于我国地球系统科学和卫星对地观测重大应用的突破有至关重要的意义,有望带动我国应用卫星的发展从追赶、并行走向领跑。      

空间微波辐射基准传递溯源展望

面向全球气候变化研究和高精度气象预报对空间微波辐射测量基准的迫切需求,由于传递链路复杂导致国际微波辐射基准尚未建立,为进一步提升遥感卫星观测精度和稳定性,建立空间辐射基准溯源评价体系,前瞻性地提出高精度可溯源的空间微波辐射基准传递顶层方案和技术解决方案,明确需要突破的微波辐射基准载荷关键技术,空间微波辐射基准传递与溯源理论、方法和模型,全链路微波辐射基准溯源传递一体化验证技术,微波系统全链路物理级基准传递和误差仿真评估技术等,为空间微波辐射测量提供统一参考基准,实现高精度、高稳定、可溯源的空间微波探测能力,提升中国空间微波辐射测量的核心竞争力。