第三章海洋遙感衛(wèi)星與傳感器-海洋遙感

第三章海洋遙感衛(wèi)星與傳感器-海洋遙感第一頁，共71頁。第三章海洋遙感衛(wèi)星與傳感器

海洋遙感衛(wèi)星海洋遙感傳感器2023/4/19第二頁，共71頁。起步階段探索階段海洋衛(wèi)星與傳感器的試驗(yàn)階段應(yīng)用研究和業(yè)務(wù)使用階段

海洋遙感衛(wèi)星與傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)主要階段：2023/4/19第三頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星2023/4/19第四頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星-※主要特點(diǎn)軌道方面：采用太陽同步的圓形軌道，降交點(diǎn)地方時(shí)為正午，回訪周期為2～3天；平臺(tái)方面：采用三軸穩(wěn)定方式，指向精度≤0.3°，測(cè)量精度≤0.3°，探測(cè)器沿軌前后傾斜（0～±20°）掃描，傾角根據(jù)太陽高度角變化進(jìn)行調(diào)整；傳感器方面：由波段設(shè)置、信噪比（≥600-800）、視場(chǎng)、量化級(jí)、輻射精度（2％-5％）和偏振度（≤

0.01）決定。2023/4/19第五頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星NOAA系列氣象衛(wèi)星（美）★：平均軌道高度約為833-870km，衛(wèi)星傾角99度左右，運(yùn)行周期102分鐘，星下點(diǎn)分辨率1.1Km左右，F(xiàn)OV為±55.4°。目前在軌運(yùn)行的有NOAA-15、16、17、18

。星上載有許多傳感器，與水色遙感有關(guān)的為AVHRR，ACZCS。相關(guān)網(wǎng)站：2023/4/19第六頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星Nimbus-7雨云氣象衛(wèi)星（美）：1978年10月25日發(fā)射，軌道高度約為955km，衛(wèi)星傾角99.1度，運(yùn)行周期104.15分鐘。與海洋遙感有關(guān)的為CZCS，多波段微波輻射計(jì)（SMMR)?？捎糜谔綔y(cè)水色要素、水質(zhì)、海冰等。2023/4/19第七頁，共71頁。2023/4/19第八頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星高級(jí)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星（ADEOS)（日）★：ADEOS-1于1996年8月發(fā)射，與海洋遙感有關(guān)的為海洋水色水溫掃描儀（OCTS）和Ku波段的主動(dòng)式微波輻射計(jì)NSCAT。

ADEOS-2于2002年12月14日發(fā)射，重返周期為4天，與海洋有關(guān)的有效載荷為高級(jí)微波掃描輻射計(jì)（AMSR）、全球成像儀（GLI)、海風(fēng)探測(cè)器（SeaWinds）。2023/4/19第九頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星SeaSTAR海洋水色衛(wèi)星（美）★：1997年8月1日發(fā)射成功，載有SeaWiFS傳感器。2023/4/19第十頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星SeaSTAR海洋水色衛(wèi)星（美）★：2023/4/19第十一頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星Terra和Aqua極軌衛(wèi)星（美）★：分別發(fā)射于1999年12月和2002年5月，與海洋水色遙感有關(guān)的是MODIS（中分辨率成像光譜儀），軌道傾角98度，運(yùn)行周期100分鐘左右。2023/4/19第十二頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（1）國外的海洋水色遙感衛(wèi)星IRS衛(wèi)星（印度）：印度遙感衛(wèi)星2023/4/19第十三頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（2）國外的海洋地形衛(wèi)星Geosat衛(wèi)星（美）：1985年3月12日發(fā)射，傳感器是Ku波段（13.5GHz）的雷達(dá)測(cè)高儀，高度800km，重復(fù)周期17天，主要以軍用目的為主，運(yùn)行了5年時(shí)間。2023/4/19第十四頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（2）國外的海洋地形衛(wèi)星Topex/Poseidon衛(wèi)星（美、法）★：1992年8月10日發(fā)射，裝有多個(gè)傳感器，主要有效載荷為雷達(dá)高度計(jì)（用于研究全球海洋動(dòng)力過程）。衛(wèi)星軌道傾角為66度，高度1366km，重復(fù)周期10天。2023/4/19第十五頁，共71頁。Topex/Poseidon衛(wèi)星（美、法）★地面軌道2023/4/19第十六頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（2）國外的海洋地形衛(wèi)星JASON-1衛(wèi)星（美、法）★：2001年9月發(fā)射，衛(wèi)星軌道傾角為66度，重復(fù)周期10天，主要載荷為雷達(dá)高度計(jì)（POSEIDON-2）。該星沿Topex/Poseidon衛(wèi)星軌道運(yùn)行，在時(shí)間上大約領(lǐng)先1分鐘。2023/4/19第十七頁，共71頁。JASON-1衛(wèi)星（美、法）2023/4/19第十八頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（2）國外的海洋地形衛(wèi)星JASON-2衛(wèi)星：將在2008年6月發(fā)射，主要用于測(cè)量海面高度，精度將達(dá)1cm。2023/4/19第十九頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（2）國外的海洋地形衛(wèi)星GRACE衛(wèi)星（美、德）：2002年3月發(fā)射，是EOS計(jì)劃的第二顆衛(wèi)星，軌道高度500km，用于測(cè)繪地球重力場(chǎng)的變化。GRACE衛(wèi)星由兩顆同樣的衛(wèi)星組成，兩者相距約220km。2023/4/19第二十頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（3）國外的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星Seasat衛(wèi)星（美）★：遙感技術(shù)用于海洋研究的里程碑。系列的第一顆于1978年6月28日發(fā)射成功。主要有5種類型的海洋遙感探測(cè)器：SAR、雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)、多通道掃描微波輻射計(jì)、可見光紅外輻射計(jì)。2023/4/19第二十一頁，共71頁。Seasat衛(wèi)星（美）★2023/4/19第二十二頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（3）國外的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星ERS衛(wèi)星（歐空局）：1991年7月發(fā)射了ERS-1衛(wèi)星，軌道高度785km，傾角98.5度，運(yùn)行一周約100分鐘。與海洋有關(guān)的主要有效載荷包括有源微波儀、SAR、測(cè)風(fēng)散射計(jì)、雷達(dá)測(cè)高計(jì)（Ku）、軌道跟蹤掃描輻射計(jì)和微波探測(cè)器。

1995年4月發(fā)射了ERS-2。2023/4/19第二十三頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（3）國外的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星Envisat-1衛(wèi)星（歐空局）★：2002年3月發(fā)射的極軌衛(wèi)星，是ERS-1/2的延續(xù)和擴(kuò)展，除用于海洋動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象檢測(cè)外，還具有探測(cè)海洋水色和海岸帶的能力。與海洋遙感有關(guān)的有效載荷主要有：先進(jìn)合成孔徑雷達(dá)、中等分辨率成像光譜儀、微波輻射計(jì)、高級(jí)雷達(dá)高度計(jì)、先進(jìn)的沿軌掃描輻射計(jì)。2023/4/19第二十四頁，共71頁。Envisat-1衛(wèi)星（歐空局）2023/4/19第二十五頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（3）國外的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星RadarSat衛(wèi)星（加）★：1995年11月發(fā)射，軌道傾角98.6度，周期為100.7分，重復(fù)周期為24天，傳感器工作波段為C波段（5.6cm），HH極化，具有7種工作模式、25種波束和不同入射角。主要有效載荷為SAR。2023/4/19第二十六頁，共71頁。RadarSat衛(wèi)星（加）★：2023/4/19第二十七頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（3）國外的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星QuikSCAT衛(wèi)星（美）★：直譯為快速散射計(jì)，于1999年6月發(fā)射，主要載荷為SeaWinds，可全天時(shí)、全天候測(cè)量海風(fēng)。2023/4/19第二十八頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（3）國外的海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星SMOS衛(wèi)星（歐空局）：土壤濕度和海洋鹽濃度監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，是ESA的第二顆地球探測(cè)補(bǔ)充衛(wèi)星，計(jì)劃于2007年發(fā)射，主要載荷為干涉式合成孔徑輻射計(jì)（工作在L波段，波長21cm）。2023/4/19第二十九頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（4）中國的海洋遙感衛(wèi)星海洋一號(hào)衛(wèi)星★：HY-1A于2002年5月15日發(fā)射成功，衛(wèi)星軌道798km，有效載荷為10波段海洋水色掃描儀（COCTS，用于海洋水色環(huán)境要素、水溫）和4波段CCD（用于海岸帶動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)）。2023/4/19第三十頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（4）中國的海洋遙感衛(wèi)星風(fēng)云一號(hào)極軌氣象衛(wèi)星★：1987年發(fā)射FY1A，1989年發(fā)射FY1B，1999年5月發(fā)射FY1C，2002年5月發(fā)射了FY1D。FY1C/D主要技術(shù)指標(biāo)2023/4/19第三十一頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（4）中國的海洋遙感衛(wèi)星風(fēng)云一號(hào)極軌氣象衛(wèi)星：FY1C/D傳感器通道特性及用途2023/4/19第三十二頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（4）中國的海洋遙感衛(wèi)星風(fēng)云二號(hào)靜止氣象衛(wèi)星★：1997年6月發(fā)射FY2A，2000年6月發(fā)射FY2B，2004年發(fā)射了FY2C。FY2C軌道高度約為36000km，定點(diǎn)于105°E上方。FY2C傳感器通道特性及用途2023/4/19第三十三頁，共71頁。3.1海洋遙感衛(wèi)星（4）中國的海洋遙感衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃

發(fā)射HY-2衛(wèi)星（海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星）和HY-3衛(wèi)星（多種載荷的海洋環(huán)境綜合衛(wèi)星）；發(fā)展風(fēng)云三號(hào)極軌氣象衛(wèi)星系列，將增加微波系列探測(cè)器，并且可實(shí)現(xiàn)三維觀測(cè)；風(fēng)云四號(hào)系列將采用三軸穩(wěn)定自控方案，縮短對(duì)地球圓盤圖的成像時(shí)間。2023/4/19第三十四頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器

在海洋遙感領(lǐng)域中，所應(yīng)用的傳感器從光譜范圍上分主要有兩類：

光學(xué)傳感器微波傳感器2023/4/19第三十五頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器MODIS（美）★：新一代“圖譜合一”的儀器，是EOS衛(wèi)星系列上的主要儀器。具有36個(gè)波段，量化等級(jí)為12bit，視場(chǎng)為±55°，空間分辨率分別為250m（1-2波段）、500m（3-7波段）和1000m（8-36波段），可用于探測(cè)海表溫度、海洋水色和環(huán)流等。

MODIS儀器內(nèi)還設(shè)置有多種定標(biāo)器，可進(jìn)行星上定標(biāo)。2023/4/19第三十六頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器

掃描方式2023/4/19第三十七頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器

應(yīng)用示例TyphoonShanshanformedonSeptember10,2006,inthewesternPacific2023/4/19第三十八頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器MERIS（荷、法）★：是一種推帚式成像遙感器，安裝在ENVISAT環(huán)境衛(wèi)星上。

2023/4/19第三十九頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器GLI全球成像儀（美）：搭載在ADEOS-2衛(wèi)星上，是推帚式成像遙感器，具有36個(gè)波段，空間分辨率為250m或1000m，量化等級(jí)10bit，掃描幅寬1600km。

2023/4/19第四十頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器MISR多角度成像光譜輻射計(jì)（美）：具有4個(gè)波段（440，550，670，860nm），從8個(gè)角度方向獲取信息。空間分辨率為240m（局地模式）或1.92km（全球模式，覆蓋周期16天）?？色@得雙向反射率，對(duì)于定量遙感研究非常重要。MISRopticalbench2023/4/19第四十一頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器SeaWIFS寬視場(chǎng)海洋探測(cè)器（美）★：搭載在SeaSTAR上，專門用于海洋水色探測(cè)，402～885nm范圍內(nèi)具有8個(gè)波段?？蛇M(jìn)行全球（分辨率4.5km）和局部范圍（分辨率1.13km）觀測(cè)。所發(fā)布的主要產(chǎn)品有浮游植物色素濃度、散射衰減系數(shù)、歸一化離水輻射率（440nm和520nm處）。2023/4/19第四十二頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器-SeaWIFS2023/4/19第四十三頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器-SeaWIFS2023/4/19第四十四頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器COCTS水色掃描儀（中）★：搭載在HY-1上，主要用于海洋水色要素探測(cè)。2023/4/19第四十五頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器CCD成像儀（中）★：搭載在HY-1上，主要用于海陸交互作用區(qū)域探測(cè)。2023/4/19第四十六頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器ATSR沿軌掃描輻射計(jì)（歐空局）：ATSR-2搭載在ERS-2衛(wèi)星上，AATSR搭載于ENVISAT上。

ATSR具有4個(gè)波段（1.6、3.7、11、12um），采用雙次掃描，通過兩次觀測(cè)所經(jīng)過的大氣路徑長度不同，可計(jì)算大氣吸收的影響。2023/4/19第四十七頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器OMIS（中）：OMIS1具有128個(gè)波段，光譜分辨率高達(dá)10nm，采用12bit進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，IFOV為1.5或3mrad；OMIS-Ⅱ在可見光與近紅外具有64個(gè)波段。OMIS在諸如海岸帶有關(guān)監(jiān)測(cè)與應(yīng)用、赤潮監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。2023/4/19第四十八頁，共71頁。OMIS-1/2122023/4/19第四十九頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（1）光學(xué)傳感器PHI（中）2023/4/19第五十頁，共71頁。PHI2023/4/19第五十一頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器2023/4/19第五十二頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

主動(dòng)型2023/4/19第五十三頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

被動(dòng)型頻率/GHz海洋觀測(cè)參數(shù)1.4附近海水鹽度2.7附近海水鹽度5.0附近河口水溫6.0附近海面溫度11.0附近海面狀態(tài)18.0附近海面狀態(tài)30.0附近海冰、油污染37.0附近海冰90.0附近油污染、冰2023/4/19第五十四頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波輻射計(jì)

微波輻射計(jì)的應(yīng)用始于1962年美國發(fā)射的“水手2號(hào)”衛(wèi)星，之后美、蘇、日、印、歐洲一些國家相繼發(fā)射。SSM/I微波輻射成像儀：由7個(gè)不同功率的輻射計(jì)構(gòu)成，具有4個(gè)頻率的工作波段，可形成7個(gè)不同的輻射通道?？色@得海面發(fā)射的微波輻射、大氣發(fā)射的微波輻射和海面反射的大氣向下輻射等。2023/4/19第五十五頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波輻射計(jì)AMSR高級(jí)微波掃描輻射計(jì)（日）：按照在ADEOS-2上，主要觀測(cè)對(duì)象為海冰、海風(fēng)、海表溫度等。2023/4/19第五十六頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波輻射計(jì)AMSR高級(jí)微波掃描輻射計(jì)（日）2023/4/19第五十七頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波散射計(jì)

微波散射計(jì)對(duì)有起伏的物體表面發(fā)射電磁波，并測(cè)量從其表面發(fā)射或散射回來的接收功率。星載儀器始于1978年美國發(fā)射的Seasat衛(wèi)星上的SASS（Seasat-A衛(wèi)星散射計(jì)）。2023/4/19第五十八頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波散射計(jì)SeaWinds散射計(jì)★：安裝在ADEOS-II和QuikSCAT衛(wèi)星上，用于測(cè)量海風(fēng)速度和方向。系統(tǒng)組成2023/4/19第五十九頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波散射計(jì)SeaWinds散射計(jì)★：主要性能參數(shù)Sun-synchronous,803km,98.6°inclinationorbitWindvectorresolutionof25kilometers

2023/4/19第六十頁，共71頁。SeaWinds散射計(jì)反演全球海洋海風(fēng)★：2023/4/19第六十一頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

微波散射計(jì)AMI測(cè)風(fēng)儀和NSCAT散射計(jì)：前者安裝在ERS-1衛(wèi)星上，后者搭載在ADEOS衛(wèi)星上，用于測(cè)量海風(fēng)矢量。2023/4/19第六十二頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器NSCAT散射計(jì)：2023/4/19第六十三頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

雷達(dá)高度計(jì)

主要用于海表高度、海面風(fēng)速與浪高、海冰的形狀觀測(cè)等，對(duì)本身精度、飛行器軌道和大地水準(zhǔn)面高程的精度都有要求?；窘Y(jié)構(gòu)2023/4/19第六十四頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

雷達(dá)高度計(jì)Topex/Poseidon高度計(jì)★：2023/4/19第六十五頁，共71頁。3.2海洋遙感傳感器（2）微波傳感器–

雷達(dá)高度計(jì)ALT雙頻雷達(dá)高度計(jì)：采