第三章海洋遥感卫星与传感器海洋遥感

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1、第三章第三章 海洋遥感卫星与传感器海洋遥感卫星与传感器u 海洋遥感卫星海洋遥感卫星u 海洋遥感传感器海洋遥感传感器l 起步阶段起步阶段l 探索阶段探索阶段l 海洋卫星与传感器的试验阶段海洋卫星与传感器的试验阶段l 应用研究和业务使用阶段应用研究和业务使用阶段 海洋遥感卫星与传感器的发展经历了4个主要阶段：3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星-主要特点主要特点 轨道方面轨道方面：采用太阳同步的圆形轨道，降交点地方时为采用太阳同步的圆形轨道，降交点地方时为正午，回访周期为正午，回访周期为23天；天；平台方面平台方面：采用三轴稳定方式，指向精度

2、采用三轴稳定方式，指向精度0.3，测量，测量精度精度0.3，探测器沿轨前后倾斜（，探测器沿轨前后倾斜（020）扫描，）扫描，倾角根据太阳高度角变化进行调整；倾角根据太阳高度角变化进行调整；传感器方面传感器方面：由波段设置、信噪比（由波段设置、信噪比（600-800）、视场、）、视场、量化级、辐射精度（量化级、辐射精度（2-5）和偏振度（）和偏振度（0.01）决定。）决定。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星a.NOAA系列气象卫星（美）系列气象卫星（美）：平均轨道高度约为：平均轨道高度约为 833-870km，卫星倾角，卫星倾角99度左右，运行周期度左右，运行周期102

3、分钟，分钟，星下点分辨率星下点分辨率1.1Km左右，左右，FOV为为55.4。目前在。目前在轨运行的有轨运行的有NOAA-15、16、17、18。星上载有许多。星上载有许多传感器，与水色遥感有关的为传感器，与水色遥感有关的为AVHRR，ACZCS。相关网站：相关网站：http:/www.oso.noaa.gov/poes/3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星b.Nimbus-7雨云气象卫星（美）雨云气象卫星（美）：1978年年10月月25日发日发射，轨道高度约为射，轨道高度约为 955km，卫星倾角，卫星倾角99.1度，运行周度，运行周期期104.15分钟。与海洋遥感有

4、关的为分钟。与海洋遥感有关的为CZCS，多波段，多波段微波辐射计（微波辐射计（SMMR)。可用于探测水色要素、水质、。可用于探测水色要素、水质、海冰等。海冰等。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星c.高级对地观测卫星（高级对地观测卫星（ADEOS)（日）（日）：ADEOS-1于于1996年年8月发射，与海洋遥感有关的为海洋水色水温扫月发射，与海洋遥感有关的为海洋水色水温扫描仪（描仪（OCTS）和）和Ku波段的主动式微波辐射计波段的主动式微波辐射计NSCAT。ADEOS-2于于2002年年12月月14日发射，日发射，重返周期为重返周期为4天，与海洋有关的有效载荷为天，与海

5、洋有关的有效载荷为高级微波扫描辐射计（高级微波扫描辐射计（AMSR）、全球成像）、全球成像仪（仪（GLI)、海风探测器（、海风探测器（Sea Winds）。）。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星d.SeaSTAR海洋水色卫星（美）海洋水色卫星（美）：1997年年8月月1日发日发射成功，载有射成功，载有SeaWiFS传感器。传感器。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星d.SeaSTAR海洋水色卫星（美）海洋水色卫星（美）：3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星e.Terra和和Aqua极轨卫星（美）极轨卫星（美）：分别发射于

6、分别发射于1999年年12月和月和2002年年5月，与海洋水色遥感有关的是月，与海洋水色遥感有关的是MODIS（中分辨率（中分辨率成像光谱仪），轨道倾角成像光谱仪），轨道倾角98度，运行周期度，运行周期100分钟左右。分钟左右。http:/terra.nasa.gov/http:/aqua.nasa.gov/3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星f.IRS卫星（印度）卫星（印度）：印度遥感卫星 3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星a.Geosat卫星（美）卫星（美）：1985年年3月月12日发射，传感器是日发射，传感器是Ku波段（波段（13.5GHz）

7、的雷达测高仪，高度）的雷达测高仪，高度800km，重复周，重复周期期17天，主要以军用目的为主，运行了天，主要以军用目的为主，运行了5年时间。年时间。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星b.Topex/Poseidon卫星（美、法）卫星（美、法）：1992年年8月月10日日发射，装有多个传感器，主要有效载荷为雷达高度计（用发射，装有多个传感器，主要有效载荷为雷达高度计（用于研究全球海洋动力过程）。卫星轨道倾角为于研究全球海洋动力过程）。卫星轨道倾角为66度，高度度，高度1366km，重复周期，重复周期10天。天。b.Topex/Poseidon卫星（美、法）卫星（美、法）地

8、地面面轨轨道道3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星c.JASON-1卫星（美、法）卫星（美、法）：2001年年9月发射，卫月发射，卫星轨道倾角为星轨道倾角为66度，重复周期度，重复周期10天，主要载荷为雷天，主要载荷为雷达高度计（达高度计（POSEIDON-2）。该星沿）。该星沿Topex/Poseidon卫星轨道运行，在时间上大约领先卫星轨道运行，在时间上大约领先1分钟。分钟。c.JASON-1卫星（美、法）卫星（美、法）3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星JASON-2卫星卫星：将在：将在2008年年6月发射，主要用于测量月发射，主要用于测量海面高度

9、，精度将达海面高度，精度将达1cm。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星d.GRACE卫星（美、德）卫星（美、德）：2002年年3月发射，是月发射，是EOS计划的第二颗卫星，轨道高度计划的第二颗卫星，轨道高度500km，用于测绘地球，用于测绘地球重力场的变化。重力场的变化。GRACE卫星由两颗同样的卫星组成，卫星由两颗同样的卫星组成，两者相距约两者相距约220km。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星a.Seasat卫星（美）卫星（美）：遥感技术用于海洋研究的里程遥感技术用于海洋研究的里程碑。系列碑。系列的的第一颗于第一颗于1978年年6月月28日发

10、射成功。主要有日发射成功。主要有5种类型的海洋遥感探测器：种类型的海洋遥感探测器：SAR、雷达高度计、微波散射、雷达高度计、微波散射计、计、多通道扫描微波辐射计多通道扫描微波辐射计、可见光红外辐射计。、可见光红外辐射计。a.Seasat卫星（美）卫星（美）3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星b.ERS卫星（欧空局）卫星（欧空局）：1991年年7月发射了月发射了ERS-1卫星，卫星，轨道高度轨道高度785km，倾角，倾角98.5度，运行一周约度，运行一周约100分钟。分钟。与海洋有关的主要有效载荷包括有源微波仪、与海洋有关的主要有效载荷包括有源微波仪、SAR、测风散射计、

11、雷达测高计（测风散射计、雷达测高计（Ku）、轨道跟踪扫描辐）、轨道跟踪扫描辐射计和微波探测器。射计和微波探测器。1995年年4月发射了月发射了ERS-2。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星c.Envisat-1卫星（欧空局）卫星（欧空局）：2002年年3月发射的极月发射的极轨卫星，是轨卫星，是ERS-1/2的延续和扩展，除用于海洋动力的延续和扩展，除用于海洋动力学现象检测外，还具有探测海洋水色和海岸带的能学现象检测外，还具有探测海洋水色和海岸带的能力。与海洋遥感有关的有效载荷主要有：先进合成力。与海洋遥感有关的有效载荷主要有：先进合成孔径雷达、孔径雷达、中等分辨率成像

12、光谱仪中等分辨率成像光谱仪、微波辐射计、微波辐射计、高级雷达高度计、先进的沿轨扫描辐射计。高级雷达高度计、先进的沿轨扫描辐射计。c.Envisat-1卫星（欧空局）卫星（欧空局）3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星d.RadarSat卫星（加）卫星（加）：1995年年11月发射，轨道倾角月发射，轨道倾角98.6度，周期为度，周期为100.7分，重复周期为分，重复周期为24天，传感器工作波天，传感器工作波段为段为C波段（波段（5.6cm），），HH极化，具有极化，具有7种工作模式、种工作模式、25种波束和不同入射角。主要有效载荷为种波束和不同入射角。主要有效载荷为SAR。

13、d.RadarSat卫星（加）卫星（加）：3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星e.QuikSCAT卫星（美）卫星（美）：直译为快速散射计，直译为快速散射计，于于1999年年6月发射，主要载月发射，主要载荷为荷为SeaWinds，可全天时、，可全天时、全天候测量海风。全天候测量海风。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星f.SMOS卫星（欧空局）卫星（欧空局）：土壤湿度和海洋盐浓度监测卫土壤湿度和海洋盐浓度监测卫星，是星，是ESA的第二颗地球探测补充卫星，计划于的第二颗地球探测补充卫星，计划于2007年发年发射，主要载荷为干涉式合成孔径辐射计（工作在

14、射，主要载荷为干涉式合成孔径辐射计（工作在L波段，波段，波长波长21cm）。）。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星a.海洋一号卫星海洋一号卫星：HY-1A于于2002年年5月月15日发射成功，日发射成功，卫星轨道卫星轨道798km，有效载荷为，有效载荷为10波段海洋水色扫描仪波段海洋水色扫描仪（COCTS，用于海洋水色环境要素、水温）和，用于海洋水色环境要素、水温）和4波段波段CCD（用于海岸带动态监测）。（用于海岸带动态监测）。3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星b.风云一号极轨气象卫星风云一号极轨气象卫星：1987年发射年发射FY1A，1989年发

15、射年发射FY1B，1999年年5月发射月发射FY1C，2002年年5月发射了月发射了FY1D。FY1C/D主要技主要技术指标术指标3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星b.风云一号极轨气象卫星风云一号极轨气象卫星：FY1C/D传感传感器通器通道特道特性及性及用途用途3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星c.风云二号静止气象卫星风云二号静止气象卫星：1997年年6月发射月发射FY2A，2000年年6月发射月发射FY2B，2004年发射了年发射了FY2C。FY2C轨道高度约为轨道高度约为36000km，定点于，定点于105E上方。上方。FY2C传感器通道特性及用

16、途传感器通道特性及用途3.1 海洋遥感卫星海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星 发展计划发展计划 发射发射HY-2卫星（海洋动力环境卫星）和卫星（海洋动力环境卫星）和HY-3卫星卫星（多种载荷的海洋环境综合卫星）；（多种载荷的海洋环境综合卫星）；发展风云三号极轨气象卫星系列，将增加微波系列发展风云三号极轨气象卫星系列，将增加微波系列探测器，并且可实现三维观测；探测器，并且可实现三维观测；风云四号系列将采用三轴稳定自控方案，缩短对地风云四号系列将采用三轴稳定自控方案，缩短对地球圆盘图的成像时间。球圆盘图的成像时间。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器 在海洋遥感领域中，所应用的传感器从光在海洋遥

17、感领域中，所应用的传感器从光谱范围上分主要有两类：谱范围上分主要有两类：光学传感器光学传感器 微波传感器微波传感器3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器a.MODIS（美）（美）：新一代：新一代“图谱合一图谱合一”的仪器，是的仪器，是EOS卫星系列上的主要仪器。卫星系列上的主要仪器。具有具有36个波段，量化等级为个波段，量化等级为12bit，视场为，视场为55，空间分辨率分别为空间分辨率分别为250m（1-2波段）、波段）、500m（3-7波段）波段）和和1000m（8-36波段），可用于探测海表温度、海洋水色波段），可用于探测海表温度、海洋水色和环流等。和环流等。MODIS仪器

18、内还设置有多种定标器，可进行星上定仪器内还设置有多种定标器，可进行星上定标。标。http:/modis.gsfc.nasa.gov/3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器 扫描方式扫描方式3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器 应用示例应用示例Typhoon Shanshan formed on September 10,2006,in the western Pacific 3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器b.MERIS（荷、法）（荷、法）：是一种推帚式成像遥感器，：是一种推帚式成像遥感器，安装在安装在ENVISAT环境卫星上。环境卫星上。3.

19、2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器c.GLI全球成像仪（美）全球成像仪（美）：搭载在：搭载在ADEOS-2卫星上，卫星上，是推帚式成像遥感器，具有是推帚式成像遥感器，具有36个波段，空间分辨率个波段，空间分辨率为为250m或或1000m，量化等级，量化等级10bit，扫描幅宽，扫描幅宽1600km。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器d.MISR多角度成像光谱辐射计（美）多角度成像光谱辐射计（美）：具有：具有4个波段个波段（440，550，670，860nm），从），从8个角度方向获取信个角度方向获取信息。空间分辨率为息。空间分辨率为240m（局地模式）或（局地模

20、式）或1.92km（全（全球模式，覆盖周期球模式，覆盖周期16天）。可获得双向反射率，对天）。可获得双向反射率，对于定量遥感研究非常重要。于定量遥感研究非常重要。MISR optical bench3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器e.SeaWIFS宽视场海洋探测器（美）宽视场海洋探测器（美）：搭载在：搭载在SeaSTAR上，专门用于海洋水色探测，上，专门用于海洋水色探测，402885nm范范围内具有围内具有8个波段。可进行全球（分辨率个波段。可进行全球（分辨率4.5km）和局）和局部范围（分辨率部范围（分辨率1.13km）观测。）观测。所发布的主要产品有浮游植物色素浓度、散

21、射衰所发布的主要产品有浮游植物色素浓度、散射衰减系数、归一化离水辐射率（减系数、归一化离水辐射率（440nm和和520nm处）。处）。http:/oceancolor.gsfc.nasa.gov/SeaWiFS/3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器-SeaWIFS3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器-SeaWIFS3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器f.COCTS水色扫描仪（中）水色扫描仪（中）：搭载在：搭载在HY-1上，主要用上，主要用于海洋水色要素探测。于海洋水色要素探测。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器g.CCD成像仪（中）成像仪（中）：搭载在：搭载在

22、HY-1上，主要用于海陆上，主要用于海陆交互作用区域探测。交互作用区域探测。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器h.ATSR沿轨扫描辐射计（欧空局）沿轨扫描辐射计（欧空局）：ATSR-2搭载在搭载在ERS-2卫星上，卫星上，AATSR搭载于搭载于ENVISAT上。上。ATSR具有具有4个波段（个波段（1.6、3.7、11、12um），采用），采用双次扫描，通过两次观测所经过的大气路径长度不同，双次扫描，通过两次观测所经过的大气路径长度不同，可计算大气吸收的影响。可计算大气吸收的影响。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器i.OMIS（中）（中）：OMIS1具有具有

23、128个波段，光谱分辨率高个波段，光谱分辨率高达达10nm，采用，采用12bit进行数据编码，进行数据编码，IFOV为为1.5或或3mrad；OMIS-在可见光与近红外具有在可见光与近红外具有64个波段。个波段。OMIS在诸如海岸带有关监测与应用、赤潮监测等领域在诸如海岸带有关监测与应用、赤潮监测等领域中发挥了重要作用。中发挥了重要作用。OMIS-1/2123.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（1）光学传感器j.PHI（中）（中）PHI3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 主动型3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传

24、感器 被动型频率频率/GHz/GHz海洋观测参数海洋观测参数1.41.4附近附近海水盐度海水盐度2.72.7附近附近海水盐度海水盐度5.05.0附近附近河口水温河口水温6.06.0附近附近海面温度海面温度11.011.0附近附近海面状态海面状态18.018.0附近附近海面状态海面状态30.030.0附近附近海冰、油污染海冰、油污染37.037.0附近附近海冰海冰90.090.0附近附近油污染、冰油污染、冰3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波辐射计 微波辐射计的应用始于微波辐射计的应用始于1962年美国发射的年美国发射的“水手水手2号号”卫星，之后美、苏、日、印、欧洲一些国

25、家相继发射。卫星，之后美、苏、日、印、欧洲一些国家相继发射。a.SSM/I微波辐射成像仪微波辐射成像仪：由由7个不同功率的辐射计构成，个不同功率的辐射计构成，具有具有4个频率的工作波段，可形成个频率的工作波段，可形成7个不同的辐射通道。个不同的辐射通道。可获得海面发射的微波辐射、大气发射的微波辐射和可获得海面发射的微波辐射、大气发射的微波辐射和海面反射的大气向下辐射等。海面反射的大气向下辐射等。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波辐射计b.AMSR高级微波扫描辐射计（日）高级微波扫描辐射计（日）：按照在按照在ADEOS-2上，主要观测对象为海冰、海风、海表温度等。上，主要

26、观测对象为海冰、海风、海表温度等。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波辐射计b.AMSR高级微波扫描辐射计（日）高级微波扫描辐射计（日）3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波散射计 微波散射计对有起伏的物微波散射计对有起伏的物体表面发射电磁波，并测量从体表面发射电磁波，并测量从其表面发射或散射回来的接收其表面发射或散射回来的接收功率。星载仪器始于功率。星载仪器始于1978年年美国发射的美国发射的Seasat卫星上的卫星上的SASS（Seasat-A卫星散射卫星散射计）。计）。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波散射计a.SeaWi

27、nds散射计散射计：安装在安装在ADEOS-II和和QuikSCAT卫卫星上，用于测量海风速度和方向。星上，用于测量海风速度和方向。系统组成3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波散射计a.SeaWinds散射计散射计：主要性能参数Sun-synchronous,803 km,98.6 inclination orbitWind vector resolution of 25 kilometers a.SeaWinds散射计反演全球海洋海风散射计反演全球海洋海风：3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 微波散射计b.AMI测风仪和测风仪和NSCAT散射计散射计：

28、前者安装在前者安装在ERS-1卫星卫星上，后者搭载在上，后者搭载在ADEOS卫星上，用于测量海风矢量。卫星上，用于测量海风矢量。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器NSCAT散射计散射计：3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 雷达高度计 主要用于海表高度、海面风速与浪高、海冰的形主要用于海表高度、海面风速与浪高、海冰的形状观测等，对本身精度、飞行器轨道和大地水准面高状观测等，对本身精度、飞行器轨道和大地水准面高程的精度都有要求。程的精度都有要求。基本结构3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 雷达高度计a.Topex/Poseidon高度计高度计：3.2 海洋遥感

29、传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 雷达高度计 ALT双频雷达高度计双频雷达高度计：采用采用Ku波段（波段（13.8GHz）和）和S波段（波段（3.2GHz），用于绘制），用于绘制海面形态海面形态（分辨率（分辨率25km，高度精度，高度精度5cm）、）、冰层地形图冰层地形图（分辨率（分辨率15km，高度精度，高度精度50cm）、海潮模型海潮模型（高度精度（高度精度20cm）、测量、测量海面浪高海面浪高（精度（精度50cm或或1）和）和风风速速（精度（精度2m/s），从而提供海流速度。），从而提供海流速度。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 雷达高度计b.ERS-RA高度计高

30、度计：采用采用Ku波段（波段（13.8GHz），用于），用于测量海洋波高、风向、风速和海面高程，也可用于测量海洋波高、风向、风速和海面高程，也可用于洋流、潮汐和全球椭球体的研究，确定海冰地形、洋流、潮汐和全球椭球体的研究，确定海冰地形、类型和海冰界面。类型和海冰界面。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 成像雷达a.EOS-SAR：多频段：多频段（L,C,X）、）、多极化多极化（L：4极极化，其它两频段化，其它两频段HH,VV极化）、极化）、多波束入射角多波束入射角（1550度任选）、度任选）、多模态操作多模态操作（局部高分辨率，（局部高分辨率，20-30m；区域成像模式，；区

31、域成像模式，50-100m；全球成像模式：；全球成像模式：250-500m）。）。可用于海冰、洋流、内波、海面风场、海面波可用于海冰、洋流、内波、海面风场、海面波高等海洋参数的探测。高等海洋参数的探测。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 成像雷达b.SIR-C/X-SAR（美、德、意）（美、德、意）：L,C,X三个波段三个波段同时多视角成像，前两者可同时进行多极化组合，同时多视角成像，前两者可同时进行多极化组合，还有获得干涉雷达数据的能力。还有获得干涉雷达数据的能力。3.2 海洋遥感传感器海洋遥感传感器（2）微波传感器 成像雷达c.高级合成孔径雷达高级合成孔径雷达ASAR（欧空局）（欧空局）：搭载在搭载在ENVISAT-1上，工作在上，工作在C波段，操作模态有成像、波段，操作模态有成像、宽刈幅、轮流极化、海浪、全球监视宽刈幅、轮流极化、海浪、全球监视5种模态。可用种模态。可用于海浪特征、中等比例尺的海洋特征、海冰分布与于海浪特征、中等比例尺的海洋特征、海冰分布与运动监测。运动监测。http:/envisat.esa.int/instruments/asar/