海洋论坛▏海洋遥感卫星发展历程与趋势展望

【摘要】海洋是对地观测卫星的重要领域，在对地观测卫星中就具有专门用于海洋观测的海洋遥感卫星。海洋遥感卫星是一种利用所搭载的遥感器对海面进行光学或微波探测来获取有关海洋水色和海洋动力环境信息的卫星。海洋卫星有效弥补了传统海洋观测手段的不足，基于多种遥感器连续对海洋的观测，使人类极大的加深了对海洋的认识，在海洋灾害的防灾减灾、资源开发、海洋维权、海洋生态和环境保护等诸多领域发挥着重要作用。本文在详细梳理西方主要航天大国海洋遥感卫星（包括了对地观测卫星中具有海洋观测功能的卫星）的发展历程，在此基础上对未来海洋遥感卫星的发展趋势进行了论述，可为我国海洋遥感卫星的发展提供技术发展参考。

一、引言

海洋占地球表面积的70％以上，是生命的源泉和资源的宝库。海洋对维持当前的气候，调节地球的热量平衡，控制地球上的水循环和碳循环起着重要作用。海洋本身也是人类活动的场所，它是人类社会生存和可持续发展的有机组成部分，并对沿海国家的安全和社会经济发展产生重大影响。21世纪是海洋的世纪，深刻并全面地了解海洋、认识海洋，是实现海洋强国、提高我国综合国力、预防及减少海洋灾害、维护海洋权益和海洋资源开发等领域的迫切需要。

海洋卫星能够对全球海洋大范围、长时期的观测，为人类深入了解和认识海洋提供了其他观测方式都无法替代的数据源。海洋遥感卫星通过搭载各类遥感器来探测海洋环境信息，按照功能可分为海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋监视监测卫星。目前，全球共有海洋卫星或具备海洋探测功能的对地观测卫星50余颗。美国、欧洲、日本和印度等国家和地区均已建立了比较成熟和完善的海洋卫星系统。我国已经发射了两颗海洋水色卫星（HY-1A/B）和一颗海洋动力环境（HY-2A）卫星，初步建立了我国的海洋卫星监测体系，为完善海洋环境立体监测体系的建立奠定了坚实基础。但是，我国的海洋卫星监测体系尚不完善，观测要素相对较少，数据服务的连续性还有待加强。

本文将通过详细梳理国内外海洋遥感卫星的发展历程与应用状况，进而对未来海洋遥感卫星的发展趋势进行论述，为我国海洋遥感卫星的发展提供技术发展参考。

二、海洋遥感卫星发展历程

对地观测卫星先后经历了20世纪60年代的起步阶段，70年代的初步应用阶段，80年代到90年代的大发展阶段，直到近十余年来，对地观测卫星中专门用于海洋观测的海洋卫星及对地观测卫星中具备部分海洋信息观测功能的卫星开始向高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、高信噪比和高稳定性等方向发展。国外主要航天大国，均有专门的海洋卫星观测计划，并形成了多种业务应用，在海洋环境的监测和军民应用中对海洋卫星的依赖程度不断加大。

下面按时间顺序分别介绍国内外海洋卫星和对地观测卫星中具有海洋观测功能的卫星的发展历程。

⒈ 美国

⑴海洋卫星

美国是世界上首个发展海洋卫星遥感技术的国家，在1978年发射了世界上第一颗海洋卫星SAESAT，近40年来美国发展了海洋环境卫星、海洋动力环境卫星和海洋水色卫星等不同类型的专用海洋卫星，实现了从空间获取海洋水色和海洋动力环境信息的能力。

“地球轨道测地卫星”（GEOS）是美国“国家测地卫星计划”的一部分，由JPL负责设计和制造。GEOS卫星共有3颗，前两颗卫星GEOS-1和GEOS-2用于重力测量；第三颗GEOS-3主要用于海洋动力学实验。GEOS-3卫星于1875年4月9日发射，主要技术指标见表1。

表1　GEOS-3卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星质量345.91kg，采用重力梯度稳定和三轴稳定。
轨道参数	近地点轨道高度840km，远地点轨道高度860km，轨道倾角115°，周期102min。
仪器参数	雷达高度计:可测量卫星到卫星星下点海面的距离，测量精度60cm，为海洋大地 水准面的测量提供数据。定轨精度约5m。

该卫星为确定海洋学和地球动力学研究提供了３年有效数据，获取的大量高质量数据使人们的注意力从雷达高度计的试验阶段转向了应用阶段。

SAESAT卫星是美国航空航天局（NASA）发展的首颗海洋卫星，也是一颗“方案验证”卫星，主要任务是验证利用海洋微波遥感载荷从空间探测海洋及有关海洋动力现象的有效性。SAESAT于1978年6月27日在范登堡空军基地发射，1978年10月9日，卫星电源系统发生故障，11月21日卫星正式宣告失败。尽管该卫星工作了仅3个月，但获取的数据对后续雷达高度计遥感技术的发展意义重大。SAESAT卫星的主要性能参数见表2。

表2　SAESAT卫星主要性能参数

参数	技术指标
卫星平台参数	质量2274kg，三轴姿态控制，卫星设计寿命1a。
轨道参数	轨道高度800km，轨道倾角108°，周期101min，每天绕地球运行14圈，每36h对全球95％的海洋区域覆盖观测。
仪器参数	雷达高度计：用于测量海洋流场、海面风速和有效波高。工作频率13.56GHz，地面分辨率1.6km。定轨精度约1m。 L频段合成孔径雷达：采用HH极化，视角20°，分辨率25m，幅宽100km。 微波散射计：用于观测全球海面风场，工作频率14.599GHz，地面分辨率280km（天底点），幅宽750km。 扫描式多通道微波辐射计：用于监测海面温度、风速、降雨量和大气水汽含量等，工作频率为6.6 GHz、GHz、10.7GHz、18.0GHz、21.0GHz、37.0GHz。

Geosat卫星是美国海军早期发展的雷达测高卫星，目标是为海军提供高密度全球海洋重力场模型，以及进行海浪、涡旋、风速、海冰和物理海洋研究，获得高精度的全球海洋大地水准面精确制图。Geosat卫星1985年3月13日发射，1990年退役。Geosat卫星的主要性能参数见表3。

表3　Geosat卫星主要性能参数

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星质量635kg，设计寿命3年，卫星指向精度1°，采用重力梯度稳定器进行卫星姿态控制。
轨道参数	卫星分为“测地”和“精确重复轨道任务”两种，应用在不同的轨道高度，轨道倾角108.1°，周期100.6min。精确重复轨道的周期17.05d，用于海洋地形测量。
仪器参数	单频雷达高度计：工作频率13.5GHz，测高精度5cm，定轨精度30～50cm。

TOPEX/Poseidon卫星是美国和法国合作开发的海面地形测量卫星，用于全球高精度海面高度的测量，从而观测和了解潮汐以及大洋环流。1992年8月10日TOPEX/Poseidon卫星发射，2005年10月9日卫星停止运行，运行时间13年。TOPEX/Poseidon卫星在轨道设计、载荷配置和数据处理等方面的技术，使该卫星成为迄今海面高度观测精度最高的卫星，它与其后续卫星也是用于潮汐研究最为合适的测高系统。TOPEX/Poseidon卫星的主要技术指标见表4。

表4　TOPEX/Poseidon卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星采用“多任务模块化卫星”平台，三轴姿态稳定，天线指向精度0.14°
轨道参数	轨道高度1336km，倾角66.039°，周期112.4min，轨道精确重复周期10d。
仪器参数	Ku波段雷达高度计：由JPL研制，是第一个双频高度计，分别是13.6 GHz和5.3GHz。测高精度2.4cm。 TOPEX微波辐射计：用于海面微波亮温的观测，获取大气湿对流层的信息，为Ku波段雷达高度计测高进行大气湿对流层路径延迟校正，工作频率18GHz，21GHz和37GHz，天底指向。 单频固态高度计：由CNES研制，是实验高度计，用于海面高度、海面风速观测，工作频率13.65GHz，测高精度2.5CM，定轨精度2～3cm。

海星（SeaStar）卫星又称轨道观测－2卫星（Orbview-2）是美国轨道科学公司的轨道观测系列卫星之一，于1997年8月1日发射，主要用于海洋水色观测、海洋生物和生态学研究，为美国地球探测计划提供全球环境观测数据。SeaStar卫星继承了Nimbus-7卫星上搭载的“海岸带水色扫描仪”的特性，所获取的海洋遥感数据广泛用于海洋研究各个领域。卫星的主要技术参数见表5。

表5　 SeaStar卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星质量309kg，设计寿命5a。
轨道参数	太阳同步轨道，轨道高度705km，轨道周期99min，重访周期1d。
仪器参数	宽视场遥感器（SeaWifs）：观测刈副1502km，空间分辨率1.1km/4.5km。SeaWifs有8个波段，能够观测海面温度和叶绿素浓度等海洋水色要素。

QUIKSCAT卫星是NASA研制用于海洋风场观测的卫星。该卫星的目标是重启NASA“海洋风测量”计划，以满足改善天气预报和气候研究的需要。卫星上载有一台“海洋风场”微波散射计SeaWinds，主要用来全天候、连续测量和记录全球的海洋风速和风向数据。QUIKSCAT卫星1999年6月20日从美国的范登堡空军基地发射，成功运行了10年，在2009年11月23日不再提供观测数据。QUIKSCAT卫星的主要技术指标见表6。

表6　 QUIKSCAT卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	QUIKSCAT采用BDP-2000卫星平台，三轴姿态稳定，指向精度优于1°，卫星质量970kg，设计寿命2a。
轨道参数	QUIKSCAT是一颗太阳同步轨道卫星，轨道高度803km，倾角98.6°，重复周期1～2d。
仪器参数	工作频率13.4KHz，空间分辨率25km，入射角46°和54°，使用圆锥扫描式笔形天线进行HH和VV极化方式测量。

⑵对地观测卫星中具备海洋观测功能的卫星

“国防气象卫星计划”卫星（DMSP）是美国国防部发展的军用极轨气象卫星，主要用于获取全球气象、海洋和空间环境信息，为军事作战提供信息保障。DMSP系列卫星首发时间是1962年5月23日，截至2012年6月30日，DMSP卫星共发展12个型号，发射卫星51颗，成功46颗。在DMSP－5D3卫星中的“微波成像仪/探测器”可用于海冰和海面温度的观测。

“雨云”卫星（Nimbus）是美国早期的实验型气象卫星，主要用来实验地球环境卫星上使用的新遥感器，同时也提供部分气象探测资料。Nimbus系列卫星从1964年8月到1978年10月共发射了8颗卫星。其中，Nimbus－7卫星上搭载的“海岸带水色扫描仪”用于测量海洋和海岸带水色，测量叶绿素浓度、沉积物分布等，具有5个通道，波长分别为0.44μm、0.56μm、0.67μm、0.75μm、11.5μm。幅宽1556km，空间分辨率825m；“多通道微波辐射仪”可实现海冰和海面温度的观测，工作中心频率分别为：6.6GHz、10.7GHz、18.0GHz、21.0GHz、37.0GHz。

NOAA卫星是美国发展的民用极轨气象卫星，也可用于全球海洋、陆地和空间等环境监测。NOAA卫星是由NASA和NOAA合作研制，其他国际合作伙伴有法国、加拿大、英国和欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）。NASA负责卫星设计、研制、总装和发射，NOAA负责卫星的运行、数据的接收、存档和分发。NOAA卫星自1970年12月发射第一颗以来，共经历了5代。目前使用较多的是第五代NOAA卫星，1998～2009年发射的NOAA-15～19卫星搭载的“第三代先进甚高分辨率辐射计”可用于海面温度的观测；“先进微波探测仪”可用于海冰的监测。

“土”卫星（terra）美国、日本和加拿大联合发展的对地观测卫星，属于美国“地球观测系统”（EOS）计划，主要用来观测地球气候变化。terra卫星搭载的有效载荷“中分辨率成像光谱仪”可以获取海面温度和海洋水色信息。terra卫星1999年12月18日发射，现仍在轨运行。

“水”卫星（Aqua）是美国NASA发展的对地观测卫星，属于“地球观测系统”（EOS）计划，原名为“上午星”（EOS/PM-1），后NASA改名为“水”卫星。它的主要任务是对地球上的水循环进行全方位的观测，可以获取海洋温度和海洋水色信息。Aqua卫星2002年5月4日发射，现仍在轨运行。

“冰”卫星（ICESAT）是美国NASA、工业界和大学联合研制的对地观测卫星，属于“地球观测系统”（EOS）计划，主要任务包括监测极地冰盖的质量平衡及其对全球海平面变化的影响。ICESAT卫星2003年1月13日发射，2010年8月退役。

⒉ 中国

我国在海洋卫星方面经过多年的建设，取得了显著进展。自2002年5月～2011年8月分别发射了HY-1A/B和HY-2A三颗卫星，已经初步建立海洋水色和海洋动力环境卫星监测系统。

⑴海洋卫星

我国第一颗海洋水色卫星HY-1A，于2002年5月15日成功发射。它实现了我国海洋卫星零的突破，完成了海洋水色功能及试验验证，使海洋水色信息提取与定量化应用水平得到了提高，促进了海洋遥感技术的发展，为我国的海洋卫星系列发展奠定了技术基础。到2004年4月HY-1A卫星停止工作，在轨运行685d期间，获取了中国近海及全球重点海域的叶绿素浓度、海表温度、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，研发制作了42种遥感产品。我国第二颗海洋水色卫星HY-1B，于2007年4月11日成功发射，该卫星在HY-1A卫星基础上研制，其观测能力和探测精度进一步增强和提高。目前在轨运行7年多，实现了卫星由试验型向业务服务型的过渡。HY-1A/B主要技术参数见表7。

表7　 HY-1A/B卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星质量：368kg(HY-1A)；442.5kg(HY-1B)，设计寿命3a。
轨道参数	太阳准同步近圆形极地轨道，轨道高度798km，轨道倾角98.8°。
仪器参数	海洋水色扫描仪（COCTS）：10个波段，幅宽1800km，光谱分辨率20～49nm。 海岸带成像仪（CZI）：4个波段，幅宽500km，光谱分辨20nm。 COCTS和CZI用于探测叶绿素、悬浮泥沙、可溶有机物及海洋表面温度、海冰等要素，以及进行海岸带动态动态变化监测。

我国第一颗海洋动力环境卫星HY-2A，于2011年8月16日发射，现仍在轨运行。该卫星集主、被动微波遥感器于一体，具有高精度测轨、定轨能力与全天候、全天时、全球探测能力。卫星主要载荷有：雷达高度计、微波散射计、扫描辐射计、校正辐射计。主要使命是监测和调查海洋环境，获得包括海面风场、浪高、海流、海面温度等多种海洋动力环境参数，直接为灾害性海况预警预报提供实测数据，为海洋防灾减灾、海洋权益维护、海洋资源开发、海洋环境保护、海洋科学研究以及国防建设等提供支撑服务。HY-2A卫星主要技术参数见表8。

表8　 HY-2B卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星质量1575kg，设计寿命3a。
轨道参数	太阳同步轨道，轨道高度973km，倾角99.34°。
仪器参数	雷达高度计：工作频率：13.58GHz和5.25GHz，空间分辨率2km。 微波散射计：工作频率：13.256GHz，空间分辨率50km。 扫描辐射计：工作频率：6.6～13.256GHz，空间分辨率25～100km。 校正辐射计：3频段，工作频率：18.7～37GHz。

⑵对地观测卫星中具备海洋观测功能的卫星

1988年9月我国发射了第一颗极轨气象卫星“风云一号”（FY-1A）卫星，搭载的主要传感器是多通道可见光和红外扫描辐射计（MVISR），1990年9月发射了FY-1B卫星，配置了两个海洋水色通道的高分辨率扫描辐射计（VHRSR），虽然两颗卫星的寿命不长，但首次利用我国自己卫星获得了我国海区较高质量的叶绿素浓度和悬浮泥沙浓度的分布图。2008年5月27日，我国新一代极轨气象卫星FY-3A发射，卫星装载11台仪器，光谱通道达百个。FY-3A卫星上的微波成像仪（MWRI），频段范围10～89GHz，地面分辨率15～85GHz，能够获取的海洋信息包括海面温度、海面风速以及海冰信息。

⒊ 俄罗斯

⑴海洋卫星

苏联/俄罗斯－乌克兰研制的海洋卫星系列，分为两类：第一类遥感器以可见光、红外探测器为主；第二类遥感器只要为侧视雷达。1979年2月12日第一颗海洋卫星（宇宙-1076）发射，用于卫星试验和海洋气象、大气物理参数的测量。1983年9月28日发射了载有测试雷达的试验卫星宇宙-1500，观测结果表明侧视雷达作为海洋遥感的手段具有很大潜力。1988年7月5日，第一颗实用型海洋卫星（Okean-O1）发射成功。海洋系列卫星共发展了4代，第一代为Okean-E系列，共发射2颗；第二代Okean-OE系列卫星，共发射2颗；第三代为Okean-O1系列卫星共发射9颗；最后一代为Okean-O系列卫星，发射1颗。Okean系列卫星的用途是对海表温度、风速、海洋水色、冰覆盖等进行观测。其中，Okean-O1系列卫星的技术指标见表9。

表9　 Okean-O1系列卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星质量1950kg，采用三轴姿态稳定，设计寿命2a。
轨道参数	采用近圆极轨道，轨道高度650km，轨道周期98min。
仪器参数	侧视真孔径雷达：是Okean-O1系列卫星的主载荷，工作在X频段（9.7GHz），沿轨分辨率2.1～2.8km，交轨分辨率0.7～1.2km，幅宽450km，采用垂直极化。 被动毫米波扫描辐射计：工作频率36.6GHz，分辨率15km×20km，幅宽550km。用于海冰、海面温度等监测，海温测量精度1～2k。 低分辨率多光谱扫描仪：分辨率1.0km×1.7km，幅宽1700km，用于海温和云的监测。 中分辨率多光谱扫描仪：分辨率250m，幅宽1100km。

⑵对地观测卫星中具备海洋观测功能的卫星

“流星”卫星（Meteor)是俄罗斯／苏联发展的极轨气象卫星，目前已经发展了4代，即Meteor-1/2/3/3M/M。其中，Meteor-M是俄罗斯发展的第四代极轨气象卫星，也是俄罗斯现役气象卫星。Meteor-M卫星搭载的低分辨率多光谱仪能够观测海面温度；X波段合成孔径雷达能够实现冰的监测。

⒋ 日本

⑴海洋卫星

海洋观测卫星（MOS）是日本的第一个地球观测卫星系列，又称桃花卫星（Momo）。共发射了两颗。MOS-1于1987年2月18日发射，是一颗试验型海洋观测卫星，用于测量海洋水色、海面温度和大气水汽含量。MOS-1B于1990年2月7日发射，是一颗应用型海洋卫星，用于观测海洋洋流、海面温度、海洋水色等。MOS系列卫星的技术指标见表10。

 表10  MOS系列卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星采用箱式结构和零动量三轴稳定控制方式。卫星质量745kg，设计寿命2a。
轨道参数	太阳同步极轨道，轨道高度909km，倾角99.1°，轨道周期103min，回归周期10d。
仪器参数	多光谱电子扫描辐射计：有2个可见光和2个红外谱段，分辨率50m，幅宽100km，用于海洋水色监测。 可见光与热红外辐射计：有1个可见光和3个热红外谱段，用于海面温度监测。 微波扫描辐射计：有23GHz和31GHz两个波段，用于大气水汽含量的观测。

⑵对地观测卫星中具备海洋观测功能的卫星

“日本地球资源卫星”（JERS）是日本发展的首颗对陆地表明进行观测的卫星，星上装载的合成孔径雷达可以用于海岸以及溢油的监测；高分辨率相机能够获取海洋资源信息。JERS-1于1992年2月11日发射，1998年10月停止运行。

“先进地球观测卫星”（ADEOS）是日本的地球环境观测卫星主要用于监测全球环境变化，能够获取海洋水色和海面温度信息。其中，搭载的先进微波扫描辐射计，可用于海面温度、海面风速和海冰分布观测；全景成像仪有36个谱段，幅宽1600km，用于监测海洋碳循环；微波散射计用于观测全球海面风场；水色和海温扫描仪能够对海洋进行高精度观测，测量海洋水色和海面温度。ADEOS-1卫星于1996年8月17日发射，1997年6月30日因太阳翼破裂导致无法供电，导致整星失败。ADEOS-2卫星2002年12月14日发射，整星于2003年10月失效。

“全球变化观测任务”（GCOM）是日本开发的对地观测卫星，由3颗GCOM-W卫星和3颗GCOM-C卫星组成，旨在构建一个可以全面、有效进行全球环境变化监测的系统。卫星上搭载的载荷主要有：高性能微波辐射计-2和新型圆锥扫描式微波辐射计，可用于海面风速、海面温度和海冰信息的获取。

⒌ 法国

Jason系列卫星是法国CNES和美国NASA联合研制的海洋地形观测卫星，是TOPEX/Poseidon卫星的后继星，属于美国“地球观测系统”（EOS）的高度计任务。用于海洋表面地形和海平面变化的测量。CNES负责平台、载荷和DORIS接收机的研制，NASA负责卫星的发射。2001年12月7日，Jason-1卫星发射，2008年6月20日，Jason-2发射。目前Jason-2在轨正常运行。Jason-1/2卫星的主要技术参数见表11。

表11　  Jason-1卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星采用“可重构的观测、通讯与科学平台”，三轴姿态稳定。寿命5a。
轨道参数	卫星高度1336km，倾角66.038°，轨道精确重复周期9.9d。
仪器参数	Poseidon-2/3雷达高度计：工作频率13.575GHz和5.3GHz；测高精度4.2cm。 微波辐射计（JMR）：3波段，18.7ghZ、23.8ghZ和34GHz，温度分辨率优于1K。

⒍ 欧洲航天局

欧洲遥感卫星（ERS）是欧洲航天局（ESA）研制的对地观测卫星，用于环境监测。1991年7月17日，ERS-1卫星从法属圭亚那航天中心发射，2000年3月10日由于计算机和陀螺仪故障，ERS-1服役结束。1995年4月21日，ERS-2卫星由阿里安-4运载火箭发射；2003年6月，ERS-2失去星上数据存储能力，此后仅支持实时观测数据传输。ERS-1/2主要技术指标见表12。

 表12　   ERS-1/2卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星采用SPOT多任务平台，卫星质量2157kg，设计寿命2a。采用三轴稳定，姿态控制精度0.11°（俯仰／滚动）；0.21°（偏航）。
轨道参数	太阳同步近圆形轨道，轨道高度785km，周期100min，轨道倾角98.52°。
仪器参数	C波段SAR：中心频率5.3GHz，是ERS-1上最大的仪器，具有3种工作模式：成像模式；空间分辨率10～30m，幅宽100km；波模式：波长100～1000m，空间分辨率30m；风散射计模式：风向范围0°～360°，精度±20°，风速精度2m/s。 雷达高度计-1：工作频率13.8GHZ，工作模式有海洋模式和冰模式。 沿轨扫描辐射仪和微波探测仪：由微波辐射计和红外辐射计组成，用于高精度测量全球海面温度。ERS-2卫星星载的沿轨扫描辐射仪和微波探测仪在红外辐射计的可见光范围内增加了3个谱段，用于测量植被数据。

“环境卫星”Envisat是ESA发展的对地观测卫星，用于综合性环境观测，是ERS的后继卫星，与“气象业务”（Metop）卫星同属于“极轨地球观测任务”。Envisat-1也是美国EOS的组成之一。2002年3月1日，Envisat-1卫星发射，2012年5月9日，ESA宣布Envisat任务终止，在轨服务10年。Envisat-1主要技术参数见表13。

表13　Envisat-1卫星主要技术指标

参数	技术指标
卫星平台参数	卫星采用极轨平台（PPF），卫星质量8211kg。三轴姿态稳定，姿态测量精度优于0.03°。
轨道参数	卫星采用太阳同步轨道，轨道高度800km，轨道倾角98.5°。
仪器参数	先进合成孔径雷达：有5种成像模式，即成像模式、交叉极化模式、宽幅模式、全球监测模式和波模式。其中，成像模式分辨率最高，为28m，幅宽100km。该设备可用于获取海浪、海冰信息。 雷达高度计-2∶Ku波段（13.575GHz）和s波段（3.2 GHz），用于确定海面风速和提供海洋动力环境信息。 微波辐射计：双通道天底指向辐射计，工作频率23.8GHz和36.5GHz，空间分辨率20km，幅宽20km。 先进沿轨扫描辐射计：为可见光／近红外成像多光谱辐射计，用于观测海面温度。它有7个通道，其中4个红外谱段用于海洋观测，空间分辨率1km，幅宽500km，海温测量精度优于0.3K。

“气象业务”卫星（Metop）是欧洲发展的首个极轨气象卫星，属于“欧洲极轨业务型气象卫星系统”。ESA负责研制，欧洲气象卫星组织（EUMETSAT）负责卫星的运行和管理。Metop系列卫星共3颗，分别为Metop-A、Metop-B和Metop-C卫星。Metop-A卫星2006年10月19日发射，Metop系列卫星将至少运行到2020年。Metop-A卫星上的“先进甚高分辨率辐射计”可用于获取海面温度和海冰信息；“先进散射计”可用于获取全球的海面风场和海冰信息。

“重力与稳态洋流探测器”GOCE是ESA独立发展的地球动力学和大地测量卫星，是全球首颗用于探测地核结构的卫星。GOCE于2009年3月17日发射，GOCE能够提供海洋重力场和海洋大地水准面的信息。

“土壤湿度和海洋盐度”（SMOS）是ESA首颗用于监测全球土壤湿度和海洋盐度的卫星。卫星于2009年11月2日发射，目前仍在轨运行。SMOS搭载的“L频段合成孔径微波成像辐射计”，具有全天候、全天时的对地观测能力，能够提供海面盐度信息，每10d在200km×200km面积内的平均测量精度为0.1。

“冷卫星”（Cryosat）是“欧洲地球探测者计划”的一颗卫星，该卫星采用雷达高度计测量陆地和海洋冰盖厚度的变化，可对极地冰层海温海洋浮冰进行精确监测。Cryosat-1卫星2005年10月8日发射失败，Cryosat-2于2010年4月8日发射，目前在轨运行。

⒎ 印度

“海洋卫星”（Oceansat）是印度发展的专用海洋卫星，包括Oceansat-1和Oceansat-2，用于海洋环境探测，包括测量海面风场、叶绿素浓度、浮游植物以及海洋中的悬浮和沉淀物。Oceansat-1是“印度遥感卫星系统”（IRS）中首颗用于海洋观测的卫星，它于1999年5月26日发射，2010年8月8日退役。Oceansat-2卫星于2009年9月23日发射，目前在轨运行。Oceansat-1和Oceansat-2的主要载荷有“海洋水色监测仪”、“多频率扫描微波辐射计”和“扫描微波散射计”。

⒏ 韩国

“通信、海洋和气象卫星”（COMS）是韩国发展的地球静止轨道卫星，用于朝鲜半岛及周边区域的海洋和气象监测。COMS-1于2010年6月26日发射，目前正在运行，COMS-2正在研制。COMS-1采用欧洲星-E-3000平台，采用三轴稳定方式，天线指向精度优于0.11°。COMS-1于的主载荷是“地球静止海洋水色成像仪”，空间分辨率500m×500m，谱段为0.4～0.9μm，用于提供海岸带资源管理和渔业信息。

⒐ 其他国家

“科学应用卫星”（SAC）是阿根廷国家空间计划的核心计划，共包括4颗卫星，其中SAC-A、SAC-C和SAC-D具备对地观测能力。SAC-D卫星中的主载荷“宝瓶座”微波辐射计和散射计，NASA负责研制，由L频段推扫式微波辐射计和Ｌ频段微波散射计组成，用于获取全球海面盐度信息，并用于研究海洋环流。另外，SAC-D卫星搭载的“Ka频段微波辐射计”可以用来测量海面风速以及海冰特征。SAC-D卫星2011年6月10日发射，目前在轨运行。

“雷达卫星”（RADARSAT）是加拿大航天局（CSA）的成像雷达卫星，主要用于地球环境监测和资源调查。RADARSAT卫星系列目前已经发射了RADARSAT-1和RADARSAT-2两颗。RADARSAT-1/2卫星的主载荷为“合成孔径雷达”SAR，可用于海洋溢油和海冰的监测。RADARSAT-1于1995年11月4日发射，1996年4月1日投入运行；RADARSAT-2卫星2007年12月14日发射，2008年4月24日投入运行。

“X频段陆地合成孔径雷达”（TerraSAR-X）是德国民用和商用高分辨率雷达成像卫星，可以用海冰和溢油监测。TerraSAR-X卫星2007年6月15日发射。

三、海洋卫星发展趋势

⒈ 提高观测精度与时空分辨率始终是海洋卫星发展方向

卫星的观测精度与时空分辨率是衡量卫星观测与应用能力的重要指标。日益增长的海洋研究水平和海洋应用能力对海洋卫星观测精度与时空分辨率提出了更高的要求，而遥感技术的进步则不断提高着上述指标以满足应用需要，这一直是海洋卫星的发展方向。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：如叶绿素达到35％；海面温度由１Ｋ提高至0.3～0.5K；卫星测高精度由米级提高至2～3cm；海面风场观测精度中风速优于2m/S，风向优于20°等，伴随着海洋遥感技术的发展和数据处理技术的提高，海洋环境要素的观测精度还会不断提高。随着电脑运算能力的提高，海洋环境预报模式的空间网格越来越细，未分辨的海洋环境过程具有更精细的尺度，这对海洋遥感的空间分辨率提出了更高的要求，需要提供亚中尺度或更精细尺度以及高时效的海洋过程的观测信息。这主要体现在以下主要海洋环境参数时空分辨率的提高上，如海面高度的观测需要由目前的100km左右提高到10km，重复周期10d；海面风场由25km提高到3～25km，重复周期6h；海面温度由40km提高到1～2km，重复周期小于1d；海洋水色信息由现在的1km提高到0.1～1km，重复周期15min等。

⒉ 定量遥感是海洋卫星的发展趋势

定量化应用是海洋卫星数据应用的特点。由海洋卫星数据生产的叶绿素、悬浮泥沙、海温、海面高度、海面风场、海浪场等遥感产品，都属于定量化反演应用的范畴。可靠完善的定标技术和检验手段是确保高质量海洋卫星数据产品的关键。为此，在国际上海洋卫星都建有定标与真实性检验场，专门用于海洋遥感载荷的定标和数据产品的真实性检验，如用于雷达高度计绝对定标的定标场就有美国的Harvest石油平台、法国南部的科西嘉岛和希腊的加夫多斯岛3个专用定标场。同时，遥感载荷的星上定标单元日益完善、外定标技术日趋成熟，定标精度不断提高。

早期的海洋水色遥感器、雷达卫星数据都没有经过定标，雷达高度计卫星也没有精密定轨载荷，这些严重影响了海洋卫星数据精度和数据的应用。目前典型的星载海洋遥感器定标精度不断提高，如海洋水色遥感器总幅亮度绝对定标精度已优于5％，雷达卫星绝对辐射精度提升至1.0dB，这保证了海洋卫星定量化应用进一步的需求。

⒊ 积极发展新型海洋遥感载荷是海洋卫星发展的重要推动力

积极发展海洋遥感新型载荷是海洋卫星发展的重要推动力。世界各国都在积极发展海洋遥感载荷技术，使得海洋卫星可观测要素不断增加，测量精度不断提高，推动拓展了卫星应用领域，有力推动了卫星应用水平的不断提高。

目前国际上列入发射计划的海洋卫星中，出现了一批新型海洋遥感载荷，例如，SWOT高度计卫星，该卫星的主载荷在传统雷达高度计基础上增加了高频的Ka频段雷达干涉仪，测高精度将达到1.5～3cm，空间分辨率达到0.5～1km，因而SWOT既满足了海洋动力现象的高精度观测，还能够观测陆地水体的变化，有效弥补了传统雷达高度计在观测中尺度或亚中尺度海洋动力现象中的不足。

加拿大RCM是对Radarsat-1/2卫星后续任务计划，将继续为全球用户提供C频段SAR数据。RCM包含3颗卫星，同一轨道面内最多可扩充到运行6颗卫星，使得整个系统能够适应未来的应用需求，并将显著提高观测的时空分辨率。在成像模式上，首次针对海冰/海面溢油、海上船舶观测设计了专用工作模式，即低噪声模式和船舶观测模式，这将极大提升海洋目标的观测能力。

以上这些新载荷代表了今后海洋卫星遥感发展的新趋势，从目前国际上列入研制计划的新型海洋遥感载荷的技术指标来看，今后技术创新主要体现以下几个方面：

①星载雷达遥感器体积小型化，重量轻，电子部件低功耗；

②高频段（尤其Ka频段）高效、高功率发射机；微波遥感载荷向高频、多频、多极化等方向发展以及微波与光学遥感器的协同使用；

③星上数据处理能力和数据下传能力进一步提高；

④对于圆锥扫描模式遥感器采用6～12m可伸展天线，提高载荷微波辐射遥感和散射遥感的分辨；

⑤针对不同空间尺度的海洋环境要素或海洋目标设计专用的工作模式；

⑥多角度、多谱段、多通道成像光谱仪，进一步提高稳定性、信噪比和大气订正能力；

⑦地球同步卫星搭载海洋水色成像仪，对海岸生态信息进行高频次的动态信息采集。

在开发新型遥感载荷和技术不断创新的同时，可采用稳定可靠的多星组网方式来进一步提高海洋要素观测的时空分辨率。地面数据处理的高时效和高精度也是更好满足实际应用需求的关键。

四、展望

通过分析世界海洋卫星发展历程与趋势可以看出，卫星平台、载荷技术、地面设备以及数据处理技术不断进步，海洋遥感卫星观测的精度与时空分辨力不断提高，卫星数据定量化应用不断深入。不断出现的新型海洋遥感载荷，将具备更快、更精确获取更大范围、更多种海洋观测信息的能力。

随着海洋对全球气候和环境的影响越来越受到重视，对世界各国经济、军事的影响越来越密切，世界各国对海洋卫星的投入不断加大，可以预见海洋卫星遥感未来将获得更大的发展空间，取得更显著的应用成果。

【作者简介】本文作者：林明森，张有广，袁欣哲；第一作者林明森，男，1963年出生，福建省莆田市人，国家卫星海洋应用中心，主要从事海洋遥感技术研究。本文来自《海洋学报》（2015年第1期），参考文献略，用于学习与交流，版权归报社与作者共同所有。

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