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航天遥感平台数据获取

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  一、气象卫星

  中国气象卫星事业三十多年的发展经历了从无到有、从小到大、从弱到强的辉煌历程。三十多年来,我国已逐步发展成为世界上少数同时拥有极轨和静止两个系列业务气象卫星的气象卫星强国之一,在世界气象组织气象卫星观测体系中占据重要席位,是国际气象卫星大家庭中的重要成员,在全球气象观测和我国生态环境、资源利用、防灾减灾等方面发挥重要的作用。

  风云一号C星和D星的10通道扫描辐射计具有相同的有效载荷配置,是两台互为备份的10通道扫描辐射计,图1为风云一号C星的第一张彩色合成图。 两卫星的可见光和近红外通道定标精度达到10%;红外辐射定标精度达到1Km。由于形成了双星观测能力,风云二号静止气象卫星在汛期可以每十五分钟获取一次观测资料。

  中国气象局国家卫星气象中心利用北京、广州、乌鲁木齐气象卫星地面站接收、处理我国风云系列气象卫星的资料,使其直接服务于我国气象和国民经济其它部门,在天气预报、气候预测、环境和自然灾害监测等方面发挥了重要作用,取得了显著的社会和经济效益。

  这种高频次的卫星观测资料已经成为动态监测各类灾害性天气的有力工具,在天气预报,特别是短时和临近天气预报的中发挥着重要作用。作为气象服务的重要支撑,气象卫星在台风、暴雨强对流、锋面、季风型热带辐合带系统的生消监测方面发挥着无法替代的作用。

  

图1 风云一号C星第一张彩色合成图

  利用风云二号静止气象卫星不仅可以发现台风的生成,而且可以准确确定台风中心位置,估计台风强度,计算台风移向移速,预测台风登陆的时间地点和登陆后可能造成的降水强度和范围,为减灾防灾决策提供可靠依据(图2)。

  气象卫星以其覆盖范围大、观测频次高、信息源可靠、直接投入成本低的特点,在大雾监测和预报业务、沙尘暴、洪涝灾害、森林火灾、积雪、渤海海冰等灾害监测中,在我国的防灾减灾,在国家、省、市县不同层面的公众服务和决策管理中发挥了重要作用,取得了显著的社会经济效益。

  

图2风云一号D星拍摄的台风影像图

  二、海洋卫星

  迄今为止,我国已经成功发射了两颗海洋卫星。第一颗海洋探测卫星成功发射,标志着我国海洋空间探测技术取得了重要进展,结束了我国没有海洋卫星的历史。第二颗海洋一号卫星成功发射,标志我国向着海洋卫星系列化、业务化发展迈进了一步。我国将在海洋一号卫星的基础上发展系列海洋卫星,逐步建立我国自主的海洋卫星体系。

  海洋一号系列卫星的主要任务是用于探测海洋水色环境要素(包括叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶性有机物)、海面温度、污染物以及浅海水深和水下地形等。其主要目的是:掌握海洋初级生产力分布、海洋渔业和养殖业资源状况和环境质量等,为海洋生物资源合理开发与利用提供科学依据;了解重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律,为沿岸海洋工程及河口港湾治理提供基础数据;同时监测海面赤潮、溢油、热污染、海冰冰情、浅海地形等,为海洋环境监测、环境保护、管理执法提供信息,为海洋科学研究、全球变化监测提供水色环境资料。

  海洋一号A卫星共在轨运行685天,完成了1830轨境内外探测。地面应用系统研发制作了42种遥感产品,得到了离水辐射率、叶绿素浓度、海表温度、气溶胶光学厚度、悬浮泥沙含量、海冰覆盖范围、植被指数等动态要素信息,以及珊瑚、岛礁、浅滩、海岸地貌特征和江河湖海、森林火灾、沙尘暴及台风、雾、雪等其它相关信息。用户最终达到了126个单位,用户范围覆盖了国内的海洋管理和生产作业、科研院所、大专院校、军事应用等各行业。在海洋资源开发、海洋管理、灾害预警、环境预报、海洋科学研究及国际与地区间海洋合作等方面发挥了重要作用。

  海洋一号B卫星设计寿命为3年,自2007年4月11日成功发射后,经在轨测试后,正式开始业务运行。目前卫星运行状态良好,海洋水色扫描仪(COCTS)和海岸带成像仪(CZI)工作状态稳定(图3)。截止到2007年12月31日,共运行265天,完成探测计划1371轨,探测区域已覆盖全球。

  

图3 海洋一号B星第一轨图像(a)COCTS B7/B6/B3;(b)CZI B4/B2/B1)

  三、中巴资源卫星

  迄今为止,我国共成功发射了三颗中巴地球资源卫星。目前,两颗卫星运行正常。中巴地球资源卫星已经形成了连续稳定、功能多样的数据源,以满足不同的应用需求(图4、图5)。CBERS-01/02星能提供19.5米CCD多光谱数据、78米和156米红外数据和宽覆盖WFI数据; CBERS-02B在保留01/02星的CCD和WFI相机的基础上,又增加了2.36米高分辨率全色相机,使我国的国产数据源迈上了一个新的台阶,使高分辨率数据产品在国民经济和社会发展中的应用开创了新的纪元。

  中巴地球资源卫星的主要任务是:应用于国土资源的调查、规划、监测和管理;森林资源清查,荒漠化调查和监测,湿地资源监测;生态环境质量调查、评价和规划;洪涝灾害监测与评估,旱情监测,水资源与生态环境调查,水土流失遥感调查;农情长势监测,作物面积和产量估算;环境监测;以及利用卫星遥感图像数据修测地形图和更新各种比例尺的地形数据库等。

  CBERS卫星数据具有自主知识产权,卫星和地面处理系统多年连续正常运行,CBERS-01/02星超期服役且运行良好建成了CBERS-01/02/02B地面处理应用系统等三条自动化生产线,实现了数据录入、生产、存储、网络分发等功能自动化。数据质量不断提高,应用领域不断扩大,应用水平不断提高。目前共存档CBERS-01/02/02B星遥感数据100多万景,分发22万景,用户遍及全国31个省(市、自治区),共有1500多个用户,900家单位使用了CBERS数据。惠及农业、林业、水利、国土资源、地矿、测绘、灾害和环境监测等各个行业,在作物估产、墒情监测、林业资源调查、国土资源调查、铀矿勘查、火灾监测与灾后评估、流域环境变化等方面得到了具体的应用。在太湖水华监测、淮河流域洪涝监测、西部大开发、青藏铁路环境监测、三峡库区地质环境监测、南水北调、西气东输、塔里木河流域生态环境建设等重大事件和国家重点工程中,CBERS数据发挥了重要的作用。

  

图4 CBERS-01星拍摄的广州市影像

  

图5 CBERS-02B高分辨率图像

  四、北京1号小卫星

  为了进一步缓解和解决我国各行业对遥感数据不断增长的需求,特别是考虑到对2008年北京奥运会“科技奥运”的支持,形成实用的对地观测小卫星数据获取及其运行与推广应用体系,2002年11月,国家科技部启动了北京一号小卫星计划。通过与英国萨瑞卫星技术有限公司(Surrey Satellite Technology Co LTD., SSTL)合作,于2005年10月27日成功发射了北京一号小卫星。北京一号小卫星项目的实施采用了企业化的运作模式,实现了小卫星的自主运营,促进我国遥感应用的产业化发展。

  北京一号小卫星系统由卫星平台、有效载荷、地面接收及处理系统和数据应用系统组成。卫星系统的研制周期不到2年,设计在轨运行寿命为5年。

  

图6 北京一号小卫星多光谱影像 图7 北京一号小卫星全色影像

  北京一号每100分钟绕地球一圈。其中32米分辨率的多光谱遥感器在3~5天内可以实现对地球上同一地区的重复观测(如图6),4米分辨率的全色相机可以通过小卫星侧摆实现5~7天的重访(图7)。北京一号的卫星地面跟踪及接收系统、遥感卫星数据处理及产品分发系统都由我国自主研制。所有地面设施可以自主地进行对卫星的测控和遥感任务的编排,实现单站定轨、S+X频段卫星遥感数据的实时传输和星上记录数据的回放传输,也可以根据协议接收国际灾害监测星座中其它卫星的数据。

  北京一号小卫星在轨运行两年多,星体和地面运行稳定,重点获取我国境内中分辨率多光谱数据和高分辨率全色数据。多光谱影像已经完成了我国境内云量低于5%的4次整体覆盖,全色影像境内覆盖也达700多万平方公里。在2007年度完成了欧洲38国和南美洲亚马逊流域近2000万平方公里的多光谱覆盖,实现了国产遥感数据源的出口换汇。

  五、灾害与环境监测预报卫星星座系统

  环境与灾害监测小卫星星座是我国民用卫星的又一新型系列。目前,我国正在研制的星座系统将由2颗光学卫星和1颗雷达卫星组成。首颗卫星预计将于2008年7月发射。在两颗光学卫星上各有两台4谱段宽视场CCD相机,30米分辨率,地面观测总幅宽达720Km;其中一颗星上装有128谱段高光谱成像仪,像元分辨率100m,幅宽50Km,光谱分辨率5nm;另一颗星上有多谱段红外扫描仪,中近红外和远红外分辨率分别为150m和300m,幅宽720Km。雷达卫星载有一台S波段合成孔径雷达,分辨率20m,地面观测幅宽100Km。

  该星座系统的总体建设目标是通过建立由多颗遥感小卫星组成的星座系统,提高我国综合环境和灾害监测能力,逐步实现全国和全球范围、全天候、全天时、动态的环境和灾害监测,保障国民经济和社会持续稳定发展。

  环境与灾害监测预报小卫星星座的主要任务是对灾害、生态破坏、环境污染进行大范围、全天候、全天时动态监测,对灾害和生态环境的发展变化趋势进行预测,对灾情和环境质量进行快速和科学的评估,提高灾害和环境信息的观测、采集、传送和处理的能力,为紧急救援、灾后救助及恢复重建和环境保护工作提供科学依据。

  六、探月工程——嫦娥一号

  1998年,国家航天局开始着手研究包括探月在内的国家航天长远规划。到2000年11月22日,我国政府在航天白皮书中第一次提出要“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。2004年1月23日我国的探月计划正式开始实施,命名为“嫦娥工程”。

  中国首次月球探测的工程目标为:研制和发射我国第一颗月球探测卫星,初步掌握绕月探测基本技术,首次开展月球科学探测,初步构建月球探测航天工程系统,为月球探测后续工程积累经验。科学目标为:获取月球表面三维影像,分析月球表面元素含量和物质类型的分布特点,探测月壤特性,探测地月空间环境。坚持独立研制,独立制造,独立试验,着力打造一个完全自主创新的探月工程。仅用了3年多的时间,就获得了初步的成功。

  2007年10月24日,“嫦娥一号”从西昌成功发射,精确入轨。“嫦娥一号”有效载荷有八种探测仪器共24件设备,其中CCD相机和激光高度计共同承担月球表面三维影像的探测任务,微波探测仪承担月壤厚度探测任务,成像光谱仪和γ/x射线仪共同承担月表化学元素与物质探测任务,太阳高能粒子和低能离子探测器共同进行地月空间环境探测。2007年11月5日,“嫦娥一号”成功“牵手”月球,成为中国第一颗月球卫星;2007年11月7日,以准确进入200公里使命轨道为标志,“嫦娥一号”完成中国历史上最远的“太空长征”;2007年11月26日,“嫦娥一号”传回了“第一幅月图”,中国首次月球探测工程圆满成功(图8)。2007年12月11日,“嫦娥一号”卫星搭载的CCD相机对月球背面进行了成像探测,并获取了月球背面部分区域的影像数据。

  同时,通过对探测数据的处理,还获得了“嫦娥一号”其他探测仪器的一些初步科学成果,包括:干涉成像仪获取的光谱图、干涉图,激光高度计获取的测距值,γ/X射线谱仪获取的能谱图,微波辐射计获取的月表亮温变化趋势图,空间环境探测仪获取的粒子计数图等。

  

图8 嫦娥一号及其获得的第一轨月表图像

  

  


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