劉圓 韓進喜

（1 國家海洋衛(wèi)星應(yīng)用中心 2 軍事科學院系統(tǒng)工程研究院）

2018年，我國先后發(fā)射了海洋一號C衛(wèi)星、海洋二號B衛(wèi)星與中法海洋衛(wèi)星，大大推進了海洋衛(wèi)星立體觀測體系建設(shè)進程。海洋衛(wèi)星立體觀測是建設(shè)海洋強國的一個重要標志，也是實施“一帶一路”倡議的有機組成部分。伴隨著各類海洋衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射升空，海洋遙感數(shù)據(jù)成指數(shù)倍增長，對海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)和產(chǎn)品制作技術(shù)提出新要求。加快海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)，是提升海洋衛(wèi)星立體觀測體系業(yè)務(wù)化能力、提高海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)中應(yīng)用水平的有效舉措。

1 海洋衛(wèi)星立體觀測體系構(gòu)成

隨著我國航天技術(shù)快速發(fā)展與應(yīng)用能力不斷增強，國家海洋衛(wèi)星及其探測技術(shù)也得到了長足進步。目前，我國已形成以海洋一號（HY－1）衛(wèi)星、海洋二號（HY－2）衛(wèi)星及高分三號（GF－3）衛(wèi)星為代表的海洋水色、海洋動力環(huán)境及海洋監(jiān)視監(jiān)測系列衛(wèi)星，建立了具有優(yōu)勢互補的海洋衛(wèi)星觀測體系，并開始發(fā)揮顯著的社會和經(jīng)濟效益。

海洋一號衛(wèi)星

1997年6月，我國第一顆海洋衛(wèi)星——海洋一號衛(wèi)星正式立項，拉開了我國“海洋”系列衛(wèi)星發(fā)展的帷幕。2002年5月15日，海洋一號A衛(wèi)星發(fā)射升空，并開始進行業(yè)務(wù)化運行，結(jié)束了我國沒有海洋衛(wèi)星的歷史。海洋一號A衛(wèi)星在軌運行685天，期間獲得了中國近海及全球重點海域的相關(guān)信息，用戶范圍覆蓋國內(nèi)的海洋管理與生產(chǎn)作業(yè)、科研院所、國防建設(shè)等部門的126家單位。2007年4月11日，海洋一號B衛(wèi)星發(fā)射升空，提升了我國海洋觀測的業(yè)務(wù)化能力。該衛(wèi)星針對海洋一號A衛(wèi)星設(shè)計中的不足和業(yè)務(wù)化要求，對技術(shù)指標進行了大幅優(yōu)化，使其整體能力得到提升，實現(xiàn)了對我國主張的3×106km2管轄海域水色環(huán)境的大面積、實時和動態(tài)監(jiān)測，并獲得了包括南極、北極以及熱點海域如亞丁灣等境外區(qū)域的近實時環(huán)境信息。

海洋一號C衛(wèi)星于2018年9月7日發(fā)射，是海洋一號A衛(wèi)星和海洋一號B衛(wèi)星的后續(xù)星，將用于觀測全球海洋的葉綠素濃度、懸浮泥沙、可溶性有機物等海洋水色信息，以及海表溫度、海冰、海霧、赤潮等海岸帶動態(tài)變化信息。它優(yōu)化了載荷設(shè)計，減少了雜光影響，新增了紫外觀測頻段和星上定標系統(tǒng)，大氣校正精度和水色定量化觀測水平也大幅提升。作為一顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星，它將與后續(xù)的海洋一號D衛(wèi)星組網(wǎng)運行，形成上、下午雙星組網(wǎng)，開展大幅寬、高精度、高時效觀測，具備全球1天2次的水色水溫探測覆蓋能力。

海洋一號C衛(wèi)星示意圖

海洋二號衛(wèi)星

2007年1月，我國海洋二號衛(wèi)星正式立項，并于2011年8月16日發(fā)射了海洋二號A衛(wèi)星，大大提升了我國海洋物理遙感探測水平。據(jù)統(tǒng)計，2012－2014年，海洋二號A衛(wèi)星完成了全部臺風的監(jiān)測任務(wù)，在每次臺風的生命周期可至少對其完成一次觀測，3年間共計捕獲臺風79次，為臺風預(yù)報、研究、分析提供了新的數(shù)據(jù)源。

海洋二號B衛(wèi)星于2018年10月25日發(fā)射，是海洋二號A衛(wèi)星的后續(xù)星，是一顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星，也是海洋動力環(huán)境衛(wèi)星星座的首顆衛(wèi)星。海洋二號B衛(wèi)星將用于觀測全球海洋海面高度、海面風場、有效波高、海洋重力場、海底地形等海洋動力環(huán)境要素。該衛(wèi)星的主要遙感載荷有微波散射計、微波掃描輻射計和雷達高度計等，該衛(wèi)星是目前在軌利用單一衛(wèi)星平臺獲取海洋動力環(huán)境信息最多的衛(wèi)星。測高精度提高到5cm，具備完全自主的高精度精密測定軌能力，達到國際同類衛(wèi)星的觀測精度和同等精密定軌水平。該衛(wèi)星將與后續(xù)的海洋二號C衛(wèi)星和海洋二號D衛(wèi)星組網(wǎng)形成全天候、全天時、高頻次的全球大中尺度海洋動力環(huán)境衛(wèi)星監(jiān)測體系。

中法海洋衛(wèi)星

中法海洋衛(wèi)星于2018年10月29日發(fā)射，是落實中法兩國航天合作協(xié)議、面向海洋風浪探測和全球氣候變化需求研制的一顆具有海風海浪聯(lián)合探測能力的衛(wèi)星，率先實現(xiàn)了全球海浪譜信息的空間連續(xù)獲取能力。

中法海洋衛(wèi)星示意圖

該衛(wèi)星是世界首顆具備全球全天候、全天時連續(xù)同步獲取海洋風浪信息的衛(wèi)星，在海洋防災(zāi)減災(zāi)和海上航行安全保障等方面較其他衛(wèi)星優(yōu)勢明顯，主要用于獲取全球大面積海洋波浪譜、有效波高、海面風場和極地海冰信息等。

高分三號衛(wèi)星

高分三號衛(wèi)星是我國首顆C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）衛(wèi)星，于2016年8月10日發(fā)射升空。高分三號衛(wèi)星是我國“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”專項工程的一顆遙感衛(wèi)星，地面分辨率達到1m，顯著提升了我國對地遙感觀測能力，進一步夯實了時空協(xié)調(diào)、全天候、全天時對地觀測目標的重要基礎(chǔ)。

高分三號衛(wèi)星工作示意圖

高分三號衛(wèi)星在系統(tǒng)設(shè)計上進行了全面優(yōu)化，具有高分辨率、大成像幅寬、多成像模式、長壽命運行等特點，主要技術(shù)指標達到或超過國際同類衛(wèi)星水平。特別是其12種成像模式，涵蓋傳統(tǒng)的條帶成像和掃描成像模式，以及面向海洋應(yīng)用的波成像模式和全球觀測成像模式，是世界上成像模式最多的SAR衛(wèi)星。衛(wèi)星成像幅度大，與高空間分辨率優(yōu)勢相結(jié)合，既能實現(xiàn)大范圍普查，也能詳查特定區(qū)域，可滿足不同用戶對不同目標成像的需求。其在海洋監(jiān)視監(jiān)測方面可獲取我國3×106km2管轄海域的監(jiān)視數(shù)據(jù)，提供油氣資源勘探開發(fā)、船舶作業(yè)、島礁變化、海面溢油、風暴潮、巨浪、海冰等信息，提升海洋權(quán)益維護能力，為海上侵權(quán)突發(fā)事件快速響應(yīng)提供保障。同時，該衛(wèi)星還可獲取全球大洋和近海預(yù)報及海況預(yù)報精度，更新海島和海岸帶環(huán)境綜合督查數(shù)據(jù)，為海洋綜合管理提供服務(wù)。

2 海洋衛(wèi)星立體觀測體系有效載荷特點

海洋監(jiān)測技術(shù)作為海洋衛(wèi)星立體觀測體系建設(shè)的重要組成部分，在海洋環(huán)境探測與應(yīng)用服務(wù)中起著非常重要的作用，是準確判斷海洋實時狀況的科學依據(jù)。采用快速、準確的實時海洋觀測技術(shù)，獲得大范圍、長時間序列的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)始終是海洋觀測與監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展目標。觀測監(jiān)視技術(shù)的進步取決于海洋監(jiān)測衛(wèi)星上攜帶的各種有效載荷。

海洋一號C衛(wèi)星載荷主要特點

海洋一號C衛(wèi)星裝載了海洋水色水溫掃描儀、海岸帶成像儀、紫外成像儀、星上定標光譜儀和船舶自動識別系統(tǒng)等5個有效載荷。與海洋一號A衛(wèi)星和海洋一號B衛(wèi)星相比，該星觀測精度、觀測范圍、使用壽命均有大幅提升。其中，海洋水色水溫掃描儀和紫外成像儀在提升海洋遙感探測能力方面，將發(fā)揮十分顯著的作用。

水色水溫掃描儀是海洋一號C衛(wèi)星的主載荷，設(shè)有8個可見光紅外頻段和2個熱紅外頻段，將用于獲取海洋水色、水溫的定量化遙感數(shù)據(jù)。海洋一號C衛(wèi)星水色儀對5年壽命、偏振、雜光、冷空間嵌位以及信噪比等關(guān)鍵技術(shù)問題進行了改進，其中制冷機采用了我國自主研制的長壽命脈管制冷機，提高了關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化水平。

紫外成像儀作為海洋一號C衛(wèi)星的新增載荷之一，采用紫外大視場透射式光學系統(tǒng)和第三代寬禁帶半導(dǎo)體焦平面探測器方式，結(jié)合多模塊精密拼接技術(shù)進行對地觀測，具備500m級星下點地面分辨率、2900km超大幅寬、高信噪比、寬動態(tài)、穩(wěn)定性監(jiān)測和精密熱控技術(shù)等特點，具備對全球一天一次的覆蓋能力，將進一步拓展我國水色衛(wèi)星遙感探測能力，并拓展水色衛(wèi)星遙感探測的波譜覆蓋范圍，提高大氣校正能力，提升對海洋可溶性有機物及碳循環(huán)的遙感監(jiān)測能力，為大面積海上溢油等災(zāi)害提供探索性驗證手段。

海洋二號B衛(wèi)星載荷主要特點

海洋二號B衛(wèi)星上的載荷主要有雷達高度計、微波散射計、掃描微波輻射計、校正輻射計、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和船舶自動識別系統(tǒng)等6個有效載荷。其中，雷達高度計主要用于測量海面高度、有效波高、海流和重力場參數(shù)；微波輻射計能夠?qū)崟r獲取觀測區(qū)域內(nèi)海面溫度、海面風速、海冰、海洋上空降雨量、水蒸氣含量、液態(tài)水含量等海洋動力環(huán)境參數(shù)；微波散射計能夠通過精確探測海洋表面微弱的散射信號，利用幾何模型函數(shù)推導(dǎo)出海面的風向和風量；校正輻射計則是為雷達高度計提供大氣濕對流層路徑延遲校正服務(wù)。

此外，海洋二號B衛(wèi)星新增的船舶識別和數(shù)據(jù)收集分系統(tǒng)，實現(xiàn)了6個有效載荷的有機融合，不僅能對海面高度、風場、溫度等海洋動力環(huán)境要素精準觀測，還具備對全球船舶自動識別以及接收、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)我國近海及其他海域的浮標測量數(shù)據(jù)的能力。

中法海洋衛(wèi)星載荷主要特點

中法海洋衛(wèi)星首次實現(xiàn)了海風和海浪同步觀測。該星搭載了我國研制的微波散射計，以及法國研制的海洋波譜儀，將在距地520km的軌道上24h不間斷工作，實現(xiàn)對全球海洋表面風浪的大面積、高精度同步觀測，并通過相關(guān)科學實驗和應(yīng)用，進一步科學認知海洋動力環(huán)境的變化規(guī)律，提高對巨浪、海洋熱帶風暴等災(zāi)害性海況預(yù)報的精度與時效。

在中法海洋衛(wèi)星的有效載荷中，微波散射計是全球首臺扇形圓錐掃描散射計。它具有大尺度、全天時、全球觀測的特點，一天可以覆蓋全球的海域面積，能在海面臺風等海洋環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮獨特作用。例如，在臺風仍為熱帶低壓狀態(tài)時，衛(wèi)星的微波散射計就可以捕捉到它的形態(tài)特征，并將觀測數(shù)據(jù)實時發(fā)給用戶，為相關(guān)部門分析及預(yù)報提供決策依據(jù)。同時，該微波散射計還能準確捕捉到臺風中心位置，跟蹤其位置變化，并提供直觀清晰的圖像觀測資料，對臺風強度及其破壞性判斷非常有效。

此外，中法海洋衛(wèi)星的數(shù)傳分系統(tǒng)由中方和法方聯(lián)合研制，負責接收微波輻射計和波譜儀傳來的遙感數(shù)據(jù)，并進行編碼、存儲或直接將數(shù)據(jù)傳回地面接收站。特別是該星上的固態(tài)存儲器采用分區(qū)設(shè)計，將固態(tài)存儲器分成了兩個區(qū)域，由中方和法方分別使用，實現(xiàn)了互不干擾。

當衛(wèi)星運行至我國境外上空時，數(shù)據(jù)處理器會將遙感數(shù)據(jù)送到固態(tài)存儲器存儲；當衛(wèi)星到達我國境內(nèi)上空時，數(shù)據(jù)處理器會向固態(tài)存儲器發(fā)出請求信號，將編碼后的遙感器數(shù)據(jù)和存儲在固態(tài)存儲器的數(shù)據(jù)進行融合，再通過數(shù)傳天線發(fā)送到地面圖像接收站，供用戶分析使用。

3 海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)思考

海洋物理遙感數(shù)據(jù)是深度認識海洋與經(jīng)絡(luò)海洋的基礎(chǔ)。海洋衛(wèi)星立體觀測體系在獲取海洋物理遙感數(shù)據(jù)的同時，也對海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作技術(shù)提出挑戰(zhàn)。準確把握海洋物理遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用方向，不斷創(chuàng)新海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作技術(shù)，對推進海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)有重要的促進作用。

海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用方向

隨著海洋衛(wèi)星立體觀測體系的建設(shè)，海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)量正在指數(shù)增長，將在海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護、海洋災(zāi)害預(yù)報、海洋安全維護等方面得到廣泛應(yīng)用，為經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全利益拓展帶來強有力保障。其主要應(yīng)用方面體現(xiàn)在以下六個方面：

一是為海洋綜合管理和權(quán)益維護提供支撐。海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可為專屬經(jīng)濟區(qū)（EEZ）劃界外交談判提供海洋環(huán)境和資源信息，尤其是對調(diào)查船及飛機難以進入的敏感海域，海洋衛(wèi)星遙感可發(fā)揮獨特作用。

二是為提高海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報提供保障。我國地處西北太平洋西岸，該海域是全世界38%熱帶風暴的發(fā)源地，每年造成的直接經(jīng)濟損失近百億元。提高海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報能力，急需大量多元海洋遙感數(shù)據(jù)做技術(shù)支撐。

三是為海洋資源調(diào)查與開發(fā)提供支持。海洋資源主要是海洋油氣、海洋漁業(yè)和海岸帶資源。近年來，我國的近海漁場普遍出現(xiàn)衰竭現(xiàn)象，迫切需要發(fā)展遠洋漁業(yè)。海洋資源開發(fā)利用是實現(xiàn)海洋強國戰(zhàn)略的重要組成部分，也是構(gòu)建海洋遙感衛(wèi)星立體觀測體系的一個主要目標。

四是為海洋國防活動提供保障。

五是有利于實施海洋污染監(jiān)測、監(jiān)視與海洋自然環(huán)境資源保護。海洋污染主要是石油污染和污水污染。海上石油污染來自陸源排放、海上油井泄漏及船舶排放等，其中陸源排放量最多。我國沿海約有250多處油污染源，每年排放量在10萬噸以上。

六是有利于加強全球氣候演變研究，提高對災(zāi)害性氣候預(yù)測能力。海水溫度是影響中長期天氣過程的重要因子，對全球氣候演變研究和預(yù)報有重要影響。災(zāi)害性氣候研究與海洋變化規(guī)律性特征研究，都需要大量海洋遙感數(shù)據(jù)積累支撐。

加快海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

應(yīng)用系統(tǒng)是海洋衛(wèi)星立體觀測體系的重要組成部分，對提高海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用水平有著不可或缺的促進作用。在海洋衛(wèi)星發(fā)展初期，由于受在軌衛(wèi)星數(shù)量及遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用規(guī)模的影響，應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)相對滯后。目前，我國海洋衛(wèi)星立體觀測體系已進入快速發(fā)展階段，經(jīng)濟社會發(fā)展與國防建設(shè)對海洋遙感數(shù)據(jù)需求大幅度增加，同樣迫切需要大力推進應(yīng)用系統(tǒng)成體系化建設(shè)。

一是立足于海洋衛(wèi)星立體觀測體系進行統(tǒng)籌謀劃。針對海洋衛(wèi)星立體觀測體系構(gòu)成特點，圍繞海洋一號、海洋二號與高分三號衛(wèi)星星座及遙感數(shù)據(jù)要求，從頂層做好應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)整體規(guī)劃。

二是立足于應(yīng)用技術(shù)超前與創(chuàng)新發(fā)展。面對海量衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，在應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域引入大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，瞄準衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展前沿，推進我國海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新。其關(guān)鍵是及早布局衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新與探索研究，大力構(gòu)建一流創(chuàng)新研發(fā)團隊，不斷提升衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)水平。

三是立足于軍民融合國家戰(zhàn)略發(fā)展需要。構(gòu)建海洋衛(wèi)星立體觀測體系是國家海洋強國戰(zhàn)略的一項舉措，其應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)符合軍民融合國家戰(zhàn)略利益。加快應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)步伐，既要發(fā)揮專業(yè)應(yīng)用機構(gòu)技術(shù)優(yōu)勢，又要調(diào)動國防等領(lǐng)域各職能機構(gòu)積極性，做到多方參與，優(yōu)勢互補，共建共享。

創(chuàng)新海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作技術(shù)

隨著海洋衛(wèi)星立體觀測體系建設(shè)，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒋蠓卣梗瑤砗Ｑ筮b感數(shù)據(jù)產(chǎn)品形式與制作技術(shù)的快速發(fā)展。創(chuàng)新遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用產(chǎn)品形式與制作技術(shù)，是發(fā)揮整個衛(wèi)星體系建設(shè)效益、提升衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用水平的關(guān)鍵。

一是星上數(shù)據(jù)處理與地面產(chǎn)品制作有機結(jié)合。針對不同用戶需求及特點，既可交付星上處理數(shù)據(jù)，也可交付在地面由專業(yè)機構(gòu)制作的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。同時，加強用戶數(shù)據(jù)應(yīng)用能力培養(yǎng)，引導(dǎo)用戶對多種形式海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用。

二是創(chuàng)新各類海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)。針對特定海域獲取的各類海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，反演該區(qū)域海洋物理特征，進行數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)對海洋物理特征的近實時監(jiān)視監(jiān)測。

三是加快衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作技術(shù)研發(fā)。隨著海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，產(chǎn)品形式與制作技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。在特定時間向特定用戶提供相應(yīng)的海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，已成為發(fā)揮海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用價值的焦點。遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品制作技術(shù)的大幅提升，將有效改進各類數(shù)據(jù)產(chǎn)品的制作水平，為全面提高海洋衛(wèi)星立體觀測體系應(yīng)用效益發(fā)揮積極作用。