海洋遙感衛星發展歷程與趨勢展望

林明森，張有廣，袁欣哲

（1.國家衛星海洋應用中心，北京100081）

海洋遙感衛星發展歷程與趨勢展望

林明森1，張有廣1，袁欣哲1

（1.國家衛星海洋應用中心，北京100081）

海洋是對地觀測衛星的重要領域，在對地觀測衛星中就具有專門用于海洋觀測的海洋遙感衛星。海洋遙感衛星是一種利用所搭載的遙感器對海面進行光學或微波探測來獲取有關海洋水色和海洋動力環境信息的衛星。海洋衛星有效彌補了傳統海洋觀測手段的不足，基于多種遙感器連續對海洋的觀測，使人類極大的加深了對海洋的認識，在海洋災害的防災減災、資源開發、海洋維權、海洋生態和環境保護等諸多領域發揮著重要作用。本文在詳細梳理西方主要航天大國海洋遙感衛星（包括了對地觀測衛星中具有海洋觀測功能的衛星）的發展歷程，在此基礎上對未來海洋遙感衛星的發展趨勢進行了論述，可為我國海洋遙感衛星的發展提供技術發展參考。

海洋遙感衛星；對地觀測衛星；歷程；趨勢

林明森，張有廣，袁欣哲.海洋遙感衛星發展歷程與趨勢展望［J］.海洋學報，2015，37（1）：1—10，doi.10.3969/j.issn.0253-4193.2015.01.001

Lin Mingsen，Zhang Youguang，Yuan Xinzhe.The development course and trend of ocean remote sensing satell ite［J］.Haiyang Xuebao，2015，37（1）：1—10，doi.10.3969/j.issn.0235-4193.2015.01.001

1　引言

海洋占地球表面積的70%以上，是生命的源泉和資源的寶庫。海洋對維持當前的氣候，調節地球的熱量平衡，控制地球上的水循環和碳循環起著重要作用。海洋本身也是人類活動的場所，它是人類社會生存和可持續發展的有機組成部分，并對沿海國家的安全和社會經濟發展產生重大影響。21世紀是海洋的世紀，深刻并全面地了解海洋、認識海洋，是實現海洋強國、提高我國綜合國力、預防及減少海洋災害、維護海洋權益和海洋資源開發等領域的迫切需要。

海洋衛星能夠對全球海洋大范圍、長時期的觀測，為人類深入了解和認識海洋提供了其他觀測方式都無法替代的數據源。海洋遙感衛星通過搭載各類遙感器來探測海洋環境信息，按照功能可分為海洋水色衛星、海洋動力環境衛星和海洋監視監測衛星。目前，全球共有海洋衛星或具備海洋探測功能的對地觀測衛星50余顆。美國、歐洲、日本和印度等國家和地區均已建立了比較成熟和完善的海洋衛星系統［1］。我國已經發射了兩顆海洋水色衛星（HY-1 A/B）和一顆海洋動力環境（HY-2 A）衛星，初步建立了我國的海洋衛星監測體系，為完善海洋環境立體監測體系的建立奠定了堅實基礎。但是，我國的海洋衛星監測體系尚不完善，觀測要素相對較少，數據服務的連續性還有待加強［2］。

本文將通過詳細梳理國內外海洋遙感衛星的發展歷程與應用狀況，進而對未來海洋遙感衛星的發展趨勢進行論述，為我國海洋遙感衛星的發展提供技術發展參考。

2　海洋遙感衛星發展歷程

對地觀測衛星先后經歷了20世紀60年代的起步階段，70年代的初步應用階段，80年代到90年代的大發展階段，直到近十余年來，對地觀測衛星中專門用于海洋觀測的海洋衛星及對地觀測衛星中具備部分海洋信息觀測功能的衛星開始向高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比和高穩定性等方向發展。國外主要航天大國，均有專門的海洋衛星觀測計劃，并形成了多種業務應用，在海洋環境的監測和軍民應用中對海洋衛星的依賴程度不斷加大。

下面按時間順序分別介紹國內外海洋衛星和對地觀測衛星中具有海洋觀測功能的衛星的發展歷程。

2.1美國

2.1.1海洋衛星

美國是世界上首個發展海洋衛星遙感技術的國家，在1978年發射了世界上第一顆海洋衛星SAESAT，近40年來美國發展了海洋環境衛星、海洋動力環境衛星和海洋水色衛星等不同類型的專用海洋衛星，實現了從空間獲取海洋水色和海洋動力環境信息的能力。

“地球軌道測地衛星”（GEOS）是美國“國家測地衛星計劃”的一部分，由JPL負責設計和制造。GEOS衛星共有3顆，前兩顆衛星GEOS-1和GEOS-2用于重力測量；第三顆GEOS-3主要用于海洋動力學實驗。GEOS-3衛星于1975年4月9日發射，主要技術指標見表1［3］。

表1　GEOS-3衛星主要技術指標Tab.1 The main technicalindicators of GEOS-3 satellite

該衛星為確定海洋學和地球動力學研究提供了3年有效數據，獲取的大量高質量數據使人們的注意力從雷達高度計的試驗階段轉向了應用階段。

SAESAT衛星是美國航空航天局（NASA）發展的首顆海洋衛星，也是一顆“方案驗證”衛星，主要任務是驗證利用海洋微波遙感載荷從空間探測海洋及有關海洋動力現象的有效性。SEASAT于1978年6月27日在范登堡空軍基地發射，1978年10月9日，衛星電源系統發生故障，11月21日衛星正式宣告失敗。盡管該衛星工作了僅3個月，但獲取的數據對后續雷達高度計遙感技術的發展意義重大。SAESAT衛星的主要性能參數見表2。

表2　SAESAT衛星主要性能參數Tab.2 The main performance parameters of SEASATsatellite

Geosat衛星是美國海軍早期發展的雷達測高衛星，目標是為海軍提供高密度全球海洋重力場模型，以及進行海浪、渦旋、風速、海冰和物理海洋研究，獲得高精度的全球海洋大地水準面精確制圖。Geosat衛星1985年3月13日發射，1990年退役。Geosat衛星的主要性能參數見表3。

表3　Geosat衛星主要性能參數Tab.3 The main performance parameters of geosat satellite

TOPEX/Poseidon衛星是美國和法國合作開發的海面地形測量衛星，用于全球高精度海面高度的測量，從而觀測和了解潮汐以及大洋環流。1992年8月10日TOPEX/Poseidon衛星發射，2005年10月9日衛星停止運行，運行時間13年。TOPEX/Poseidon衛星在軌道設計、載荷配置和數據處理等方面的技術，使該衛星成為迄今海面高度觀測精度最高的衛星，它與其后續衛星也是用于潮汐研究最為合適的測高系統［4］。TOPEX/Poseidon衛星的主要技術指標見表4。

表4　TOPEX/Poseidon衛星的主要技術指標Tab.4 The main technicalindicators of TOPEX/Poseidon satllite

海星（SeaStar）衛星又稱軌道觀測-2衛星（Orbview-2）是美國軌道科學公司的軌道觀測系列衛星之一，于1997年8月1日發射，主要用于海洋水色觀測、海洋生物和生態學研究，為美國地球探測計劃提供全球環境觀測數據。SeaStar衛星繼承了Nimbus-7衛星上搭載的“海岸帶水色掃描儀”的特性，所獲取的海洋遙感數據廣泛用于海洋研究各個領域［5］。衛星的主要技術參數見表5。

表5　SeaStar衛星主要技術指標Tab.5 The main technicalindicators of SeaStar satellite

QUIKSCAT衛星是NASA研制用于海洋風場觀測的衛星。該衛星的目標是重啟NASA“海洋風測量”計劃，以滿足改善天氣預報和氣候研究的需要。衛星上載有一臺“海洋風場”微波散射計Sea Winds，主要用來全天候、連續測量和記錄全球的海洋風速和風向數據。QUIKSCAT衛星1999年6月20日從美國的范登堡空軍基地發射，成功運行了10年，在2009年11月23日不再提供觀測數據。QUIKSCAT衛星的主要技術指標見表6。

表6　QUIKSCAT衛星的主要技術指標Tab.6 The main technicalindicators of QUIKSCATsatellite

2.1.2對地觀測衛星中具備海洋觀測功能的衛星

“國防氣象衛星計劃”衛星（DMSP）是美國國防部發展的軍用極軌氣象衛星，主要用于獲取全球氣象、海洋和空間環境信息，為軍事作戰提供信息保障。DMSP系列衛星首發時間是1962年5月23日，截至2012年6月30日，DMSP衛星共發展12個型號，發射衛星51顆，成功46顆［1］。在DMSP-5D3衛星中的“微波成像儀/探測器”可用于海冰和海面溫度的觀測。

“雨云”衛星（Nimbus）是美國早期的實驗型氣象衛星，主要用來實驗地球環境衛星上使用的新遙感器，同時也提供部分氣象探測資料。Nimbus系列衛星從1964年8月到1978年10月共發射了8顆衛星。其中，Nimbus-7衛星上搭載的“海岸帶水色掃描儀”用于測量海洋和海岸帶水色，測量葉綠素濃度、沉積物分布等，具有5個通道，波長分別為0.44μm、0.56 μm、0.67μm、0.75μm、11.5μm。幅寬1 556 k m，空間分辨率825 m；“多通道微波輻射儀”可實現海冰和海面溫度的觀測，工作中心頻率分別為：6.6 GHz、10.7 GHz、18.0 GHz、21.0 GHz、37.0 GHz。

NOAA衛星是美國發展的民用極軌氣象衛星，也可用于全球海洋、陸地和空間等環境監測。NOAA衛星是由NASA和NOAA合作研制，其他國際合作伙伴有法國、加拿大、英國和歐洲氣象衛星組織（EUMETSAT）。NASA負責衛星設計、研制、總裝和發射，NOAA負責衛星的運行、數據的接收、存檔和分發。NOAA衛星自1970年12月發射第一顆以來，共經歷了5代。目前使用較多的是第五代NOAA衛星，1998-2009年發射的NOAA-15～19衛星搭載的“第三代先進甚高分辨率輻射計”可用于海面溫度的觀測；“先進微波探測儀”可用于海冰的監測。

“土”衛星（Terra）美國、日本和加拿大聯合發展的對地觀測衛星，屬于美國“地球觀測系統”（EOS）計劃，主要用來觀測地球氣候變化。Terra衛星搭載的有效載荷“中分辨率成像光譜儀”可以獲取海面溫度和海洋水色信息。Terra衛星1999年12月18日發射，現仍在軌運行。

“水”衛星（Aqua）是美國NASA發展的對地觀測衛星，屬于“地球觀測系統”（EOS）計劃，原名為“上午星”（EOS/PM-1），后NASA改名為“水”衛星。它的主要任務是對地球上的水循環進行全方位的觀測，可以獲取海洋溫度和海洋水色信息。Aqua衛星2002年5月4日發射，現仍在軌運行。

“冰”衛星（ICESAT）是美國NASA、工業界和大學聯合研制的對地觀測衛星，屬于“地球觀測系統”（EOS）計劃，主要任務包括監測極地冰蓋的質量平衡及其對全球海平面變化的影響。ICESAT衛星2003年1月13日發射，2010年8月退役。

2.2中國

我國在海洋衛星方面經過多年的建設，取得了顯著進展。自2002年5月-2011年8月分別發射了HY-1 A/B和HY-2 A三顆衛星，已經初步建立海洋水色和海洋動力環境衛星監測系統。

2.2.1海洋衛星

我國第一顆海洋水色衛星HY-1 A，于2002年5月15日成功發射。它實現了我國海洋衛星零的突破，完成了海洋水色功能及試驗驗證，使海洋水色信息提取與定量化應用水平得到了提高，促進了海洋遙感技術的發展，為我國的海洋衛星系列發展奠定了技術基礎。到2004年4月HY-1 A衛星停止工作，在軌運行685 d期間，獲取了中國近海及全球重點海域的葉綠素濃度、海表溫度、懸浮泥沙含量、海冰覆蓋范圍、植被指數等動態要素信息以及珊瑚、島礁、淺灘、海岸地貌特征，研發制作了42種遙感產品。我國第二顆海洋水色衛星HY-1B，于2007年4月11日成功發射，該衛星在HY-1 A衛星基礎上研制，其觀測能力和探測精度進一步增強和提高。目前在軌運行7年多，實現了衛星由試驗型向業務服務型的過渡［6］。HY-1 A/B主要技術參數見表7。

表7　HY-1A/B衛星主要技術參數Tab.7 The main technical parameters of HY-1A/Bsatellite

我國第一顆海洋動力環境衛星HY-2A，于2011年8月16日發射，現仍在軌運行。該衛星集主、被動微波遙感器于一體，具有高精度測軌、定軌能力與全天候、全天時、全球探測能力。衛星主要載荷有：雷達高度計、微波散射計、掃描輻射計、校正輻射計。主要使命是監測和調查海洋環境，獲得包括海面風場、浪高、海流、海面溫度等多種海洋動力環境參數，直接為災害性海況預警預報提供實測數據，為海洋防災減災、海洋權益維護、海洋資源開發、海洋環境保護、海洋科學研究以及國防建設等提供支撐服務［7］。HY-2 A衛星主要技術參數見表8。

表8　HY-2A衛星主要技術參數Tab.8 The main technical parameters of HY-2 satellite

2.2.2對地觀測衛星中具備海洋觀測功能的衛星

1988年9月我國發射了第一顆極軌氣象衛星“風云一號”（FY-1A）衛星，搭載的主要傳感器是多通道可見光和紅外掃描輻射計（MVISR），1990年9月發射了FY-1B衛星，配置了兩個海洋水色通道的高分辨率掃描輻射計（VHRSR），雖然兩顆衛星的壽命不長，但首次利用我國自己衛星獲得了我國海區較高質量的葉綠素濃度和懸浮泥沙濃度的分布圖。2008年5月27日，我國新一代極軌氣象衛星FY-3 A發射，衛星裝載11臺儀器，光譜通道達百個。FY-3 A衛星上的微波成像儀（MWRI），頻段范圍10～89 GHz，地面分辨率15～85 GHz，能夠獲取的海洋信息包括海面溫度、海面風速以及海冰信息。

2.3俄羅斯

2.3.1海洋衛星

蘇聯/俄羅斯-烏克蘭研制的海洋衛星系列，分為兩類：第一類遙感器以可見光、紅外探測器為主；第二類遙感器只要為側視雷達。1979年2月12日第一顆海洋衛星（宇宙-1076）發射，用于衛星試驗和海洋氣象、大氣物理參數的測量。1983年9月28日發射了載有測試雷達的試驗衛星宇宙-1500，觀測結果表明側視雷達作為海洋遙感的手段具有很大潛力。1988年7月5日，第一顆實用型海洋衛星（Okean-O1）發射成功。海洋系列衛星共發展了4代，第一代為Okean-E系列，共發射2顆；第二代Okean-OE系列衛星，共發射2顆；第三代為Okean-O1系列衛星，共發射9顆；最后一代為Okean-O系列衛星，發射1顆。Okean系列衛星的用途是對海表溫度、風速、海洋水色、冰覆蓋等進行觀測。其中，Okean-O1系列衛星的技術指標見表9。

2.3.2對地觀測衛星中具備海洋觀測功能的衛星

“流星”衛星（Meteor）是俄羅斯/蘇聯發展的極軌氣象衛星，目前已經發展了4代，即Meteor-1/2/ 3/3 M/M。其中，Meteor-M是俄羅斯發展的第四代極軌氣象衛星，也是俄羅斯現役氣象衛星。Meteor-M衛星搭載的低分辨率多光譜儀能夠觀測海面溫度；X波段合成孔徑雷達能夠實現冰的監測。

2.4日本

2.4.1海洋衛星

海洋觀測衛星（MOS）是日本的第一個地球觀測衛星系列，又稱桃花衛星（Momo）。共發射了兩顆。MOS-1于1987年2月18日發射，是一顆試驗型海洋觀測衛星，用于測量海洋水色、海面溫度和大氣水汽含量。MOS-1B于1990年2月7日發射，是一顆應用型海洋衛星，用于觀測海洋洋流、海面溫度、海洋水色等。MOS系列衛星的技術指標見表10。

表9　Okean-O1系列衛星主要技術參數Tab.9 The main technical parameters of Okean-O1 series satellite

表10　MOS系列衛星的技術指標Tab.10 The main technicalindicators of MOSseries satellite

2.4.2對地觀測衛星中具備海洋觀測功能的衛星

“日本地球資源衛星”（JERS）是日本發展的首顆對陸地表明進行觀測的衛星，星上裝載的合成孔徑雷達可以用于海岸以及溢油的監測；高分辨率相機能夠獲取海洋資源信息。JERS-1于1992年2月11日發射，1998年10月停止運行。

“先進地球觀測衛星”（ADEOS）是日本的地球環境觀測衛星主要用于監測全球環境變化，能夠獲取海洋水色和海面溫度信息。其中，搭載的先進微波掃描輻射計，可用于海面溫度、海面風速和海冰分布觀測；全景成像儀有36個譜段，幅寬1 600 k m，用于監測海洋碳循環；微波散射計用于觀測全球海面風場；水色和海溫掃描儀能夠對海洋進行高精度觀測，測量海洋水色和海面溫度。ADEOS-1衛星于1996年8月17日發射，1997年6月30日因太陽翼破裂導致無法供電，導致整星失敗。ADEOS-2衛星2002年12月14日發射，整星于2003年10月失效。

“全球變化觀測任務”（GCOM）是日本開發的對地觀測衛星，由3顆GCOM-W衛星和3顆GCOM-C衛星組成，旨在構建一個可以全面、有效進行全球環境變化監測的系統。衛星上搭載的載荷主要有：高性能微波輻射計-2和新型圓錐掃描式微波輻射計，可用于海面風速、海面溫度和海冰信息的獲取。

2.5法國

Jason系列衛星是法國CNES和美國NASA聯合研制的海洋地形觀測衛星，是TOPEX/Poseidon衛星的后繼星，屬于美國“地球觀測系統”（EOS）的高度計任務。用于海洋表面地形和海平面變化的測量。CNES負責平臺、載荷和DORIS接收機的研制，NASA負責衛星的發射。2001年12月7日，Jason-1衛星發射，2008年6月20日，Jason-2發射。目前Jason-2在軌正常運行。Jason-1/2衛星的主要技術參數見表11。

表11　Jason-1衛星主要技術參數Tab.11 The main technical parameters of Jason-1 satellite

2.6 歐洲航天局

歐洲遙感衛星（ERS）是歐洲航天局（ESA）研制的對地觀測衛星，用于環境監測。1991年7月17日，ERS-1衛星從法屬圭亞那航天中心發射，2000年3月10日由于計算機和陀螺儀故障，ERS-1服役結束。1995年4月21日，ERS-2衛星由阿里安-4運載火箭發射；2003年6月，ERS-2失去星上數據存儲能力，此后僅支持實時觀測數據傳輸。ERS-1/2主要技術指標見表12。

表12　ERS-1/2主要技術參數Tab.12 The main technicalindicators of ERS-1/2 satellite

“環境衛星”Envisat是ESA發展的對地觀測衛星，用于綜合性環境觀測，是ERS的后繼衛星，與“氣象業務”（MetOp）衛星同屬于“極軌地球觀測任務”。Envisat-1也是美國EOS的組成之一。2002年3月1日，Envisat-1衛星發射，2012年5月9日，ESA宣布Envisat任務終止，在軌服務10年。Envisat-1主要技術參數見表13。

“氣象業務”衛星（MetOp）是歐洲發展的首個極軌氣象衛星，屬于“歐洲極軌業務型氣象衛星系統”。ESA負責研制，歐洲氣象衛星組織（EUMETSAT）負責衛星的運行和管理。MetOp系列衛星共3顆，分別為MetOp-A、MetOp-B和MetOp-C衛星。MetOp-A衛星2006年10月19日發射，MetOp系列衛星將至少運行到2020年。MetOp-A衛星上的“先進甚高分辨率輻射計”可用于獲取海面溫度和海冰信息；“先進散射計”可用于獲取全球的海面風場和海冰信息。

表13　Envisat-1主要技術參數Tab.13 The Main Technical Indicators of Envisat-1 Satellite

“重力與穩態洋流探測器”GOCE是ESA獨立發展的地球動力學和大地測量衛星，是全球首顆用于探測地核結構的衛星。GOCE于2009年3月17日發射，GOCE能夠提供海洋重力場和海洋大地水準面的信息。

“土壤濕度和海洋鹽度”（SMOS）是ESA首顆用于監測全球土壤濕度和海洋鹽度的衛星。衛星于2009年11月2日發射，目前仍在軌運行。SMOS搭載的“L頻段合成孔徑微波成像輻射計”，具有全天候、全天時的對地觀測能力，能夠提供海面鹽度信息，每10 d在200 k m×200 k m面積內的平均測量精度為0.1。

“冷衛星”（Cryosat）是“歐洲地球探測者計劃”的一顆衛星，該衛星采用雷達高度計測量陸地和海洋冰蓋厚度的變化，可對極地冰層海溫海洋浮冰進行精確監測。Cryosat-1衛星2005年10月8日發射失敗，Cryosat-2于2010年4月8日發射，目前在軌運行。

2.7印度

“海洋衛星”（Oceansat）是印度發展的專用海洋衛星，包括Oceansat-1和Oceansat-2，用于海洋環境探測，包括測量海面風場、葉綠素濃度、浮游植物以及海洋中的懸浮和沉淀物。Oceansat-1是“印度遙感衛星系統”（IRS）中首顆用于海洋觀測的衛星，它于1999年5月26日發射，2010年8月8日退役。Oceansat-2衛星于2009年9月23日發射，目前在軌運行。Oceansat-1和Oceansat-2的主要載荷有“海洋水色監測儀”、“多頻率掃描微波輻射計”和“掃描微波散射計”。

2.8韓國

“通信、海洋和氣象衛星”（COMS）是韓國發展的地球靜止軌道衛星，用于朝鮮半島及周邊區域的海洋和氣象監測。COMS-1于2010年6月26日發射，目前正在運行，COMS-2正在研制。COMS-1采用歐洲星-E-3000平臺，采用三軸穩定方式，天線指向精度優于0.11°。COMS-1于的主載荷是“地球靜止海洋水色成像儀”，空間分辨率500 m×500 m，譜段為0.4～0.9μm，用于提供海岸帶資源管理和漁業信息。

2.9其他國家

“科學應用衛星”（SAC）是阿根廷國家空間計劃的核心計劃，共包括4顆衛星，其中SAC-A、SAC-C和SAC-D具備對地觀測能力。SAC-D衛星中的主載荷“寶瓶座”微波輻射計和散射計，NASA負責研制，由L頻段推掃式微波輻射計和L頻段微波散射計組成，用于獲取全球海面鹽度信息，并用于研究海洋環流。另外，SAC-D衛星搭載的“Ka頻段微波輻射計”可以用來測量海面風速以及海冰特征。SAC-D衛星2011年6月10日發射，目前在軌運行。

“雷達衛星”（RADARSAT）是加拿大航天局（CSA）的成像雷達衛星，主要用于地球環境監測和資源調查。RADARSAT衛星系列目前已經發射了RADARSAT-1和RADARSAT-2兩顆。RADARSAT-1/2衛星的主載荷為“合成孔徑雷達”SAR，可用于海洋溢油和海冰的監測。RADARSAT-1于1995年11月4日發射，1996年4月1日投入運行；RADARSAT-2衛星2007年12月14日發射，2008年4月24日投入運行。

“X頻段陸地合成孔徑雷達”（TerraSAR-X）是德國民用和商用高分辨率雷達成像衛星，可以用海冰和溢油監測。TerraSAR-X衛星2007年6月15日發射。

3　海洋衛星發展趨勢

3.1提高觀測精度與時空分辨率始終是海洋衛星發展方向

衛星的觀測精度與時空分辨率是衡量衛星觀測與應用能力的重要指標。日益增長的海洋研究水平和海洋應用能力對海洋衛星觀測精度與時空分辨率提出了更高的要求，而遙感技術的進步則不斷提高著上述指標以滿足應用需要，這一直是海洋衛星的發展方向。在海洋要素的反演精度方面，主要海洋要素信息的反演精度：如葉綠素達到35%；海面溫度由1 K提高至0.3～0.5 K；衛星測高精度由米級提高至2～3 cm；海面風場觀測精度中風速優于2 m/s，風向優于20°等，伴隨著海洋遙感技術的發展和數據處理技術的提高，海洋環境要素的觀測精度還會不斷提高。隨著電腦運算能力的提高，海洋環境預報模式的空間網格越來越細，未分辨的海洋環境過程具有更精細的尺度，這對海洋遙感的空間分辨率提出了更高的要求，需要提供亞中尺度或更精細尺度以及高時效的海洋過程的觀測信息。這主要體現在以下主要海洋環境參數時空分辨率的提高上，如海面高度的觀測需要由目前的100 k m左右提高到10 k m，重復周期10 d；海面風場由25 k m提高到3～25 k m，重復周期6 h；海面溫度由40 k m提高到1～2 k m，重復周期小于1 d；海洋水色信息由現在的1 k m提高到0.1～1 k m，重復周期15 min等［8］。

3.2定量遙感是海洋衛星的發展趨勢

定量化應用是海洋衛星數據應用的特點。由海洋衛星數據生產的葉綠素、懸浮泥沙、海溫、海面高度、海面風場、海浪場等遙感產品，都屬于定量化反演應用的范疇。可靠完善的定標技術和檢驗手段是確保高質量海洋衛星數據產品的關鍵。為此，在國際上海洋衛星都建有定標與真實性檢驗場，專門用于海洋遙感載荷的定標和數據產品的真實性檢驗，如用于雷達高度計絕對定標的定標場就有美國的Harvest石油平臺、法國南部的科西嘉島和希臘的加夫多斯島3個專用定標場。同時，遙感載荷的星上定標單元日益完善、外定標技術日趨成熟，定標精度不斷提高。

早期的海洋水色遙感器、雷達衛星數據都沒有經過定標，雷達高度計衛星也沒有精密定軌載荷，這些嚴重影響了海洋衛星數據精度和數據的應用。目前典型的星載海洋遙感器定標精度不斷提高，如海洋水色遙感器總幅亮度絕對定標精度已優于5%，雷達衛星絕對輻射精度提升至1.0 dB，這保證了海洋衛星定量化應用進一步的需求。

3.3積極發展新型海洋遙感載荷是海洋衛星發展的重要推動力

積極發展海洋遙感新型載荷是海洋衛星發展的重要推動力。世界各國都在積極發展海洋遙感載荷技術，使得海洋衛星可觀測要素不斷增加，測量精度不斷提高，推動拓展了衛星應用領域，有力推動了衛星應用水平的不斷提高［9］。

目前國際上列入發射計劃的海洋衛星中，出現了一批新型海洋遙感載荷，例如，SWOT（Surface Water And Ocean Topography Mission）高度計衛星，該衛星的主載荷在傳統雷達高度計基礎上增加了高頻的Ka頻段雷達干涉儀，測高精度將達到1.5～3 cm，空間分辨率達到0.5～1 k m，因而SWOT既滿足了海洋動力現象的高精度觀測，還能夠觀測陸地水體的變化，有效彌補了傳統雷達高度計在觀測中尺度或亞中尺度海洋動力現象中的不足。

加拿大RCM（Radarsat Constellation Mission）是對Radarsat-1/2衛星后續任務計劃，將繼續為全球用戶提供C頻段SAR數據。RCM包含3顆衛星，同一軌道面內最多可擴充到運行6顆衛星，使得整個系統能夠適應未來的應用需求，并將顯著提高觀測的時空分辨率。在成像模式上，首次針對海冰/海面溢油、海上船舶觀測設計了專用工作模式，即低噪聲模式和船舶觀測模式，這將極大提升海洋目標的觀測能力。

以上這些新載荷代表了今后海洋衛星遙感發展的新趨勢，從目前國際上列入研制計劃的新型海洋遙感載荷的技術指標來看，今后技術創新主要體現以下幾個方面：

（1）星載雷達遙感器體積小型化，重量輕，電子部件低功耗；

（2）高頻段（尤其Ka頻段）高效、高功率發射機；微波遙感載荷向高頻、多頻、多極化等方向發展以及微波與光學遙感器的協同使用；

（3）星上數據處理能力和數據下傳能力進一步提高；

（4）對于圓錐掃描模式遙感器采用6～12 m可伸展天線，提高載荷微波輻射遙感和散射遙感的分辨；

（5）針對不同空間尺度的海洋環境要素或海洋目標設計專用的工作模式；

（6）多角度、多譜段、多通道成像光譜儀，進一步提高穩定性、信噪比和大氣訂正能力；

（7）地球同步衛星搭載海洋水色成像儀，對海岸生態信息進行高頻次的動態信息采集。

在開發新型遙感載荷和技術不斷創新的同時，可采用穩定可靠的多星組網方式來進一步提高海洋要素觀測的時空分辨率。地面數據處理的高時效和高精度也是更好滿足實際應用需求的關鍵。

4　展望

通過分析世界海洋衛星發展歷程與趨勢可以看出，衛星平臺、載荷技術、地面設備以及數據處理技術不斷進步，海洋遙感衛星觀測的精度與時空分辨力不斷提高，衛星數據定量化應用不斷深入。不斷出現的新型海洋遙感載荷，將具備更快、更精確獲取更大范圍、更多種海洋觀測信息的能力。

隨著海洋對全球氣候和環境的影響越來越受到重視，對世界各國經濟、軍事的影響越來越密切，世界各國對海洋衛星的投入不斷加大，可以預見海洋衛星遙感未來將獲得更大的發展空間，取得更顯著的應用成果。

［1］陳求發.世界航天器大全［M］.北京：中國宇航出版社，2012.

Chen Qiufa.The World Encyclopedia of spacecraft［M］.Bei j ing：China Aerospace Press，2012.

［2］2012-2013航天科學技術學科發展報告［M］.北京：中國科學技術出版社，2014.

2012-2013Report on the Development of Aerospace Science and Technology Discipl ines［M］.Bei j ing：China Science and Technology Press，2014.

［3］吳培中.美國海軍海洋監視衛星系統［J］.國際太空，2000（10）：9-11.

Wu Peizhong.America naval ocean survei llance satel l ite system［J］.The International Space，2000（10）：9-11.

［4］暴景陽，許軍.衛星測高數據的潮汐提取與建模應用［M］.北京：測繪出版社，2013：12.

Bao Jingyan，Xu Jun.Tidal extraction and model ing appl ications of satel l ite altimetry data［M］.Bei j ing：Surveying and Map Press，2013：12.

［5］石漢青，王毅.海洋衛星研究進展［J］.遙感技術與應用，2009（3）：274-283.

Shi Hanqing，Wang Yi.Progress in Study of Ocean Satel l ite［J］.Remote Sensing Technology and Appl ication，2009（3）：274-283.

［6］國家海洋局.2013年中國海洋衛星應用報告［R］.2013.

State Oceanic Administrator.Chinese marine satel l ite appl ication report 2013［R］.2013

［7］蔣興偉，林明森.海洋動力環境衛星基礎理論與工程應用［M］.北京：海洋出版社，2014.

Jiang Xingwei，Lin Mingsen.The Based Theory and Engineering Appl ication about Ocean Dynamic Environment Satel l ite［M］.Bei j ing：Ocean Press，2014.

［8］國家海洋局.國家海洋事業發展“十二五”規劃綱要［R］.2013.

State Oceanic Administration.The Development Plan of National Marine Programs during Twelfth Five Year［R］.2013.

［9］國土資源部.陸海觀測衛星業務發展規劃（2011-2020）［R］.2012.

The Ministry ofland and resources.The planning and development observation satel l ite on marine and land，（2011-2020）［R］.2012.

The development course and trend of ocean remote sensing satellite

Lin Mingsen1，Zhang Youguang1，Yuan Xinzhe1

（1.National Satellite Ocean Application Service，Beijing100081，China）

The ocean is an importantfield ofthe earth-observing satell ites and which have some special ocean remote sensing satell ite in the earth-observing satell ites.The ocean remote sensing satell ite can obtain ocean color and ocean dynamic environ mentalinformation by using optical and microwave sensors on satell ites.The ocean satell ite can make up for thelack for the traditional marine observation and which can help to deepen hu man to understanding of ocean on the basis of observation of some remote sensors.Ocean satell ites have playing an important rolein preventing and reducing marine hazards，resource develop ment，marine rights，and marine ecological and environmental protection and so on.This paper has a detai led su m mary on develop ment course of domestic and overseas ocean satell ite and which has a discussion on the develop ment trend ofthe future ocean satell ite.In this paper，some discussion and suggestion can provide reference for our country's develop ment of ocean satell ite.

ocean remote sensing satell ite；earth-observing satell ites；develop ment course；develop ment trend

TP79

A

0253-4193（2015）01-0001-10

2014-10-04；

2014-10-26。

科技部《創新方法工作專項》—海洋科學創新方法研究”項目資助（2011IM010700）；國家基金委聯合基金項目——海洋環境動力學和數值模擬——海洋遙感觀測技術發展（U1406404）。

林明森（1963—），男，福建省莆田市人，主要從事海洋遙感技術研究。E-mai l：msl in@mai l.nsoas.gov.cn