海洋一號C衛星:我國海洋觀測邁入新征程

2018年09月07日12:48  來源:人民網
 

人民網北京9月7日電(趙竹青)伴隨著長征二號丙運載火箭的轟鳴,海洋一號C衛星7日在太原衛星發射中心成功發射。記者從中國航天科技集團有限公司第五研究院(以下簡稱航天五院)了解到,這顆衛星上搭載了由該院新研制的星上定標光譜儀和海岸帶成像儀,將填補我國同平台高精度交叉定標技術的空白,提升我國海洋衛星觀測數據精准度,助力我國海洋觀測邁入新征程。

星上定標光譜儀:優秀的星上“質檢員”

作為國內首台對同平台上其他載荷進行在軌定標的遙感器,航天五院下屬508所承擔了星上定標光譜儀的研制工作。此光譜儀能夠監測到同時搭載於海洋一號C衛星上的海洋水溫水色掃描儀、紫外成像儀及海岸帶成像儀的數據信息,並且比上述三台載荷自身監測得更加精准。由此,該光譜儀所下傳的數據,將被科研人員作為“基准”,來判定上述三台載荷在軌期間的性能衰減情況,並通過計算得出它們實時下傳數據信息的精准性。因此,也可以說該光譜儀在海洋一號C衛星上擔任著“質檢員”的角色。

508所星上定標光譜儀負責人馬越說,“為了當好‘星上質檢員’,定標光譜儀具備高精度、高效能、高性能、高光譜四大‘本領’。”

據了解,“質檢員”為確保自身數據精度足夠高,以恆定的太陽光譜輻射能量數據為標准,採用全口徑、全光路太陽定標技術,多漫射板在軌比對校正和波長定標等技術首先對自己進行 “校准”,科研人員將該光譜儀實時“看”到的太陽輻射能量數據,與太陽實際的光譜輻射能量數據相比對,就可以計算出該光譜儀因為發射時的振動和太空環境的影響而產生的性能變化。通過這個變化,科研人員就可以等比算出它“看”到的海洋光譜輻射能量數據的正確值。這個正確值將被作為“基准”,和其他三台載荷實時下傳的數據相比對,最終判斷出三台載荷在太空中與在地面上的不同,進而再通過計算修正,得出最終的精准數據。

實現“視線”偏轉,提高觀測靈活性。與海洋水溫水色掃描儀、紫外成像儀及海岸帶成像儀相比,星上定標光譜儀的幅寬相對較小,因此,航天五院508所的科研人員對其採用一維指向機構設計,使其可對星下點±30°范圍內的特定區域進行選擇觀測,有效避免軌道、雲層等限制因素影響,提高其使用靈活性和工作效能。 也就是說,該光譜儀的“眼睛”可以實現在±30°的范圍內偏轉“視線”,選擇區域進行觀測。

信噪比大幅提高,助力性能提升。和陸地相比,海洋這一觀測目標的亮度相對較暗,也極易受雜散光干擾,這就要求星上定標光譜儀需要具備高信噪比。與此同時,鑒於“質檢員”的身份,它要既“看清”海洋,又“看清”陸地。鑒於此,508所對光譜儀採用高信噪比、大動態范圍響應探測器及信號處理電路設計,同時,採用低雜散光、低偏振靈敏度光學設計,滿足其對海洋這一低亮度、容易受雜散光影響的目標信號的觀測需求,提高其定標精度,使該星上定標光譜儀具備較高性能。據悉,相較於傳統對地觀測載荷,該星上定標光譜儀在相同入瞳光輻射亮度條件下,信噪比提高了將近10倍。

與此同時,508所對該光譜儀的可見近紅外譜段,採用高光譜成像儀設計形式,使其可獲取連續高光譜分辨率數據,光譜匹配精度高,可為不同譜段設置的載荷提供定標。

海岸帶成像儀:本領更強的“接力者”

海洋一號C衛星平台上搭載的另外一台遙感載荷——海岸帶成像儀,也是由航天五院508所研制。作為國內第三台成功在軌的海岸帶成像儀,該成像儀將接過海洋一號B星上搭載的海岸帶成像儀的接力棒。相較於海洋一號A/B星,它的幅寬提升了近兩倍,分辨率提高了五倍,在軌壽命也從B星的三年提升至五年。

海岸帶是陸地系統和海洋系統的結合部,是一個敏感的過渡地帶,也是海洋與大陸兩大不同屬性的地貌單元相互連接的地帶。因此,海岸帶成像儀的成像要兼顧海洋水色、陸地生態和極地冰川。海水的反射率非常低,而冰川的反射率又非常高,因此,像星上定標光譜儀一樣,海岸帶成像儀也需要很大的動態范圍和很高的信噪比。相較於傳統對地觀測遙感器的最高信噪比,海洋一號C衛星海岸帶成像儀的信噪比提高了將近兩倍。

對於以低亮度的水體作為觀測目標的載荷來說,雜散光在強光的背景下,可能會使目標信號完全被雜散光輻射噪聲所淹沒。為此,研究人員建立了全鏈路的雜光仿真分析模型,採用光陷阱、超黑件等雜光抑制手段,並通過測試驗証了該措施的有效性。另外,為了避免入射光偏振狀態不同,造成傳感器響應的波動,水色遙感器都要求儀器自身偏振靈敏度低,對設計、加工、鍍膜全過程均進行了精細控制,有效降低了地面科研人員的數據反演難度,使地面科研人員能夠根據該成像儀實時下傳的數據,很快解析出圖像畫面。

未來,星上定標光譜儀與海岸帶成像儀將與其他載荷一起,服務於我國海洋、環保、減災、氣象、水利、農業等各項業務,實現我國海洋水色遙感的業務化運行。 

(責編:岳弘彬、曹昆)

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