第三章海洋遥感卫星与传感器-海洋遥感

第三章海洋遥感卫星与传感器-海洋遥感第一页，共71页。第三章海洋遥感卫星与传感器

海洋遥感卫星海洋遥感传感器2023/4/19第二页，共71页。起步阶段探索阶段海洋卫星与传感器的试验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：2023/4/19第三页，共71页。3.1海洋遥感卫星2023/4/19第四页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星-※主要特点轨道方面：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2～3天；平台方面：采用三轴稳定方式，指向精度≤0.3°，测量精度≤0.3°，探测器沿轨前后倾斜（0～±20°）扫描，倾角根据太阳高度角变化进行调整；传感器方面：由波段设置、信噪比（≥600-800）、视场、量化级、辐射精度（2％-5％）和偏振度（≤

0.01）决定。2023/4/19第五页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星NOAA系列气象卫星（美）★：平均轨道高度约为833-870km，卫星倾角99度左右，运行周期102分钟，星下点分辨率1.1Km左右，FOV为±55.4°。目前在轨运行的有NOAA-15、16、17、18

。星上载有许多传感器，与水色遥感有关的为AVHRR，ACZCS。相关网站：2023/4/19第六页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星Nimbus-7雨云气象卫星（美）：1978年10月25日发射，轨道高度约为955km，卫星倾角99.1度，运行周期104.15分钟。与海洋遥感有关的为CZCS，多波段微波辐射计（SMMR)。可用于探测水色要素、水质、海冰等。2023/4/19第七页，共71页。2023/4/19第八页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星高级对地观测卫星（ADEOS)（日）★：ADEOS-1于1996年8月发射，与海洋遥感有关的为海洋水色水温扫描仪（OCTS）和Ku波段的主动式微波辐射计NSCAT。

ADEOS-2于2002年12月14日发射，重返周期为4天，与海洋有关的有效载荷为高级微波扫描辐射计（AMSR）、全球成像仪（GLI)、海风探测器（SeaWinds）。2023/4/19第九页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星SeaSTAR海洋水色卫星（美）★：1997年8月1日发射成功，载有SeaWiFS传感器。2023/4/19第十页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星SeaSTAR海洋水色卫星（美）★：2023/4/19第十一页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星Terra和Aqua极轨卫星（美）★：分别发射于1999年12月和2002年5月，与海洋水色遥感有关的是MODIS（中分辨率成像光谱仪），轨道倾角98度，运行周期100分钟左右。2023/4/19第十二页，共71页。3.1海洋遥感卫星（1）国外的海洋水色遥感卫星IRS卫星（印度）：印度遥感卫星2023/4/19第十三页，共71页。3.1海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星Geosat卫星（美）：1985年3月12日发射，传感器是Ku波段（13.5GHz）的雷达测高仪，高度800km，重复周期17天，主要以军用目的为主，运行了5年时间。2023/4/19第十四页，共71页。3.1海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星Topex/Poseidon卫星（美、法）★：1992年8月10日发射，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66度，高度1366km，重复周期10天。2023/4/19第十五页，共71页。Topex/Poseidon卫星（美、法）★地面轨道2023/4/19第十六页，共71页。3.1海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星JASON-1卫星（美、法）★：2001年9月发射，卫星轨道倾角为66度，重复周期10天，主要载荷为雷达高度计（POSEIDON-2）。该星沿Topex/Poseidon卫星轨道运行，在时间上大约领先1分钟。2023/4/19第十七页，共71页。JASON-1卫星（美、法）2023/4/19第十八页，共71页。3.1海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星JASON-2卫星：将在2008年6月发射，主要用于测量海面高度，精度将达1cm。2023/4/19第十九页，共71页。3.1海洋遥感卫星（2）国外的海洋地形卫星GRACE卫星（美、德）：2002年3月发射，是EOS计划的第二颗卫星，轨道高度500km，用于测绘地球重力场的变化。GRACE卫星由两颗同样的卫星组成，两者相距约220km。2023/4/19第二十页，共71页。3.1海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星Seasat卫星（美）★：遥感技术用于海洋研究的里程碑。系列的第一颗于1978年6月28日发射成功。主要有5种类型的海洋遥感探测器：SAR、雷达高度计、微波散射计、多通道扫描微波辐射计、可见光红外辐射计。2023/4/19第二十一页，共71页。Seasat卫星（美）★2023/4/19第二十二页，共71页。3.1海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星ERS卫星（欧空局）：1991年7月发射了ERS-1卫星，轨道高度785km，倾角98.5度，运行一周约100分钟。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、雷达测高计（Ku）、轨道跟踪扫描辐射计和微波探测器。

1995年4月发射了ERS-2。2023/4/19第二十三页，共71页。3.1海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星Envisat-1卫星（欧空局）★：2002年3月发射的极轨卫星，是ERS-1/2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力。与海洋遥感有关的有效载荷主要有：先进合成孔径雷达、中等分辨率成像光谱仪、微波辐射计、高级雷达高度计、先进的沿轨扫描辐射计。2023/4/19第二十四页，共71页。Envisat-1卫星（欧空局）2023/4/19第二十五页，共71页。3.1海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星RadarSat卫星（加）★：1995年11月发射，轨道倾角98.6度，周期为100.7分，重复周期为24天，传感器工作波段为C波段（5.6cm），HH极化，具有7种工作模式、25种波束和不同入射角。主要有效载荷为SAR。2023/4/19第二十六页，共71页。RadarSat卫星（加）★：2023/4/19第二十七页，共71页。3.1海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星QuikSCAT卫星（美）★：直译为快速散射计，于1999年6月发射，主要载荷为SeaWinds，可全天时、全天候测量海风。2023/4/19第二十八页，共71页。3.1海洋遥感卫星（3）国外的海洋动力环境卫星SMOS卫星（欧空局）：土壤湿度和海洋盐浓度监测卫星，是ESA的第二颗地球探测补充卫星，计划于2007年发射，主要载荷为干涉式合成孔径辐射计（工作在L波段，波长21cm）。2023/4/19第二十九页，共71页。3.1海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星海洋一号卫星★：HY-1A于2002年5月15日发射成功，卫星轨道798km，有效载荷为10波段海洋水色扫描仪（COCTS，用于海洋水色环境要素、水温）和4波段CCD（用于海岸带动态监测）。2023/4/19第三十页，共71页。3.1海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星风云一号极轨气象卫星★：1987年发射FY1A，1989年发射FY1B，1999年5月发射FY1C，2002年5月发射了FY1D。FY1C/D主要技术指标2023/4/19第三十一页，共71页。3.1海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星风云一号极轨气象卫星：FY1C/D传感器通道特性及用途2023/4/19第三十二页，共71页。3.1海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星风云二号静止气象卫星★：1997年6月发射FY2A，2000年6月发射FY2B，2004年发射了FY2C。FY2C轨道高度约为36000km，定点于105°E上方。FY2C传感器通道特性及用途2023/4/19第三十三页，共71页。3.1海洋遥感卫星（4）中国的海洋遥感卫星发展计划

发射HY-2卫星（海洋动力环境卫星）和HY-3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，缩短对地球圆盘图的成像时间。2023/4/19第三十四页，共71页。3.2海洋遥感传感器

在海洋遥感领域中，所应用的传感器从光谱范围上分主要有两类：

光学传感器微波传感器2023/4/19第三十五页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器MODIS（美）★：新一代“图谱合一”的仪器，是EOS卫星系列上的主要仪器。具有36个波段，量化等级为12bit，视场为±55°，空间分辨率分别为250m（1-2波段）、500m（3-7波段）和1000m（8-36波段），可用于探测海表温度、海洋水色和环流等。

MODIS仪器内还设置有多种定标器，可进行星上定标。2023/4/19第三十六页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器

扫描方式2023/4/19第三十七页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器

应用示例TyphoonShanshanformedonSeptember10,2006,inthewesternPacific2023/4/19第三十八页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器MERIS（荷、法）★：是一种推帚式成像遥感器，安装在ENVISAT环境卫星上。

2023/4/19第三十九页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器GLI全球成像仪（美）：搭载在ADEOS-2卫星上，是推帚式成像遥感器，具有36个波段，空间分辨率为250m或1000m，量化等级10bit，扫描幅宽1600km。

2023/4/19第四十页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器MISR多角度成像光谱辐射计（美）：具有4个波段（440，550，670，860nm），从8个角度方向获取信息。空间分辨率为240m（局地模式）或1.92km（全球模式，覆盖周期16天）。可获得双向反射率，对于定量遥感研究非常重要。MISRopticalbench2023/4/19第四十一页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器SeaWIFS宽视场海洋探测器（美）★：搭载在SeaSTAR上，专门用于海洋水色探测，402～885nm范围内具有8个波段。可进行全球（分辨率4.5km）和局部范围（分辨率1.13km）观测。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（440nm和520nm处）。2023/4/19第四十二页，共71页。3.2海洋遥感传感器-SeaWIFS2023/4/19第四十三页，共71页。3.2海洋遥感传感器-SeaWIFS2023/4/19第四十四页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器COCTS水色扫描仪（中）★：搭载在HY-1上，主要用于海洋水色要素探测。2023/4/19第四十五页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器CCD成像仪（中）★：搭载在HY-1上，主要用于海陆交互作用区域探测。2023/4/19第四十六页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器ATSR沿轨扫描辐射计（欧空局）：ATSR-2搭载在ERS-2卫星上，AATSR搭载于ENVISAT上。

ATSR具有4个波段（1.6、3.7、11、12um），采用双次扫描，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。2023/4/19第四十七页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器OMIS（中）：OMIS1具有128个波段，光谱分辨率高达10nm，采用12bit进行数据编码，IFOV为1.5或3mrad；OMIS-Ⅱ在可见光与近红外具有64个波段。OMIS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。2023/4/19第四十八页，共71页。OMIS-1/2122023/4/19第四十九页，共71页。3.2海洋遥感传感器（1）光学传感器PHI（中）2023/4/19第五十页，共71页。PHI2023/4/19第五十一页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器2023/4/19第五十二页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

主动型2023/4/19第五十三页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

被动型频率/GHz海洋观测参数1.4附近海水盐度2.7附近海水盐度5.0附近河口水温6.0附近海面温度11.0附近海面状态18.0附近海面状态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第五十四页，共71页。3.2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1962年美国发射的“水手2号”卫星，之后美、苏、日、印、欧洲一些国家相继发射。SSM/I微波辐射成像仪：由7个不同功率的辐射计构成，具有4个频率的工作波段，可形成7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海面反射的大气向下辐射等。2023/4/19第五十五页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

微波辐射计AMSR高级微波扫描辐射计（日）：按照在ADEOS-2上，主要观测对象为海冰、海风、海表温度等。2023/4/19第五十六页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

微波辐射计AMSR高级微波扫描辐射计（日）2023/4/19第五十七页，共71页。3.2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功率。星载仪器始于1978年美国发射的Seasat卫星上的SASS（Seasat-A卫星散射计）。2023/4/19第五十八页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

微波散射计SeaWinds散射计★：安装在ADEOS-II和QuikSCAT卫星上，用于测量海风速度和方向。系统组成2023/4/19第五十九页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

微波散射计SeaWinds散射计★：主要性能参数Sun-synchronous,803km,98.6°inclinationorbitWindvectorresolutionof25kilometers

2023/4/19第六十页，共71页。SeaWinds散射计反演全球海洋海风★：2023/4/19第六十一页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

微波散射计AMI测风仪和NSCAT散射计：前者安装在ERS-1卫星上，后者搭载在ADEOS卫星上，用于测量海风矢量。2023/4/19第六十二页，共71页。3.2海洋遥感传感器NSCAT散射计：2023/4/19第六十三页，共71页。3.2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。基本结构2023/4/19第六十四页，共71页。3.2海洋遥感传感器（2）微波传感器–

雷达高度计Topex/Poseidon高度计★：2023/4/19第六十五页，共71页。3.2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：采