第二講-海洋遙感概述-1

1、海洋遙感基礎,,什么是海洋遙感？,海洋遙感（ocean remote sensing）利用傳感器對海洋進行遠距離非接觸觀測，以獲取海洋景觀和海洋要素的圖像或數據資料。遙感主要有三個應用方面： 陸地遙感 海洋遙感（難度最大） 氣象遙感海洋遙感是一門交叉學科。涉及海洋學、物理學和信息科學等多種學科，并與空間技術、光電子技術、微波技術、計算機技術、通訊技術密切相關。是2O世紀后期海洋科學取得重大進展的關鍵學科之一。形成了從

2、海洋圖譜分析到海洋現象自動識別等一套完整的理論與方法。,研究內容,海面風場海表溫度（SST）、海表鹽度、海色海洋動力要素：海浪、海面高度、內波海冰、海底地形、油膜及其它海洋污染物魚群監(jiān)測,SST,對于海洋研究的重要性,海洋觀測難度大，因此更依賴于衛(wèi)星遙感觀測在全球氣候變化、大洋環(huán)流、赤潮監(jiān)測等多個領域具有重要作用發(fā)展前景看好，對于考研以及今后的個人發(fā)展具有重要意義。,發(fā)展簡史,海洋遙感始于第二次世界大戰(zhàn)期間發(fā)展最早的是在河

3、口海岸制圖和近海水深測量中利用航空遙感技術1950年美國使用飛機與多艘海洋調查船協(xié)同進行了一次系統(tǒng)的大規(guī)模灣流考察，這是第一次在物理海洋學研究中利用航空遙感技術此后，航空遙感技術更多地應用于海洋環(huán)境監(jiān)測、近海海洋調查、海岸帶制圖與資源勘測方面。1957年蘇聯發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星1960年NASA發(fā)射了第一顆電視與紅外(infrared)觀測衛(wèi)星，開始從航天高度上探測海洋1961年美國水星(Aqua)計劃。1973年Skylab

4、證實了可見光(visiblelight)和近紅外(nearinfrared)遙感對地球連續(xù)觀測的能力。1975年GEOS-3衛(wèi)星高度計(SatelliteAltimeter)。,,2.NOAA（美國海洋大氣局)1972-1976發(fā)射NOAA-1，2，3，4，5衛(wèi)星，裝載了紅外掃描輻射計(infraredscatteringradiometer)和微波輻射計(microwaveradiometer)，估計海表溫度(seasurface

5、temperature)、大氣溫度(atmospheretemperature)、濕度剖面(moistureprofile)。1978年NASA發(fā)射了三顆衛(wèi)星，噴氣動力實驗室（JPL）研制的Seasat-A、戈達德太空飛行中心（GSFC）研制的TIROS-N和Nimbus-7衛(wèi)星,,3.Seasat-A海洋實驗衛(wèi)星裝載：微波輻射計SMMR、微波高度計(MicrowaveAltimeter)RA、微波散射計(MicrowaveScat

6、terometer)SASS、合成孔徑雷達(SyntheticApertureRadar)SAR、可見紅外輻射計VIRR5種傳感器提供的海洋信息：SST、海面高度、海面風場、海浪(seawave)、海冰、海底地形、風暴潮(stormsurges)、水汽(vapour)和降雨(precipitation)等。壽命108天，被稱為衛(wèi)星海洋遙感的里程碑。4. TIROS-N上裝載了AVHRR(高級甚高分辨率輻射計)和TIROS業(yè)務化垂直探

7、測器TOVS.奠定了衛(wèi)星海表溫度進入氣象、海洋業(yè)務化預報的基礎。5. Nimbus-7裝載了7臺傳感器，其中多通道掃描微波輻射計SMMR和沿岸帶海色掃描儀CZCS與海洋觀測有關，奠定了海色衛(wèi)星遙感的基礎。1978-86CZCS提供了8年的全球海色(seacolor)圖像以及海洋次表層葉綠素濃度參數(parametersofoceansubsurface'schlorophyllconcentration)。,發(fā)展簡史,198

8、5年以來，海洋衛(wèi)星遙感全面進入應用階段。,發(fā)展簡史,1985年以來發(fā)射的主要衛(wèi)星,發(fā)展簡史,主要傳感器類型,我國的海洋遙感,2002年才發(fā)射了第一海洋衛(wèi)星 HY-1A。2007年4月11日發(fā)射了HY-1B。,我國的海洋遙感,發(fā)展目標建立起一整套海洋衛(wèi)星應用體系，包括：以可見光、紅外探測水色水溫為主的海洋水色衛(wèi)星系列(HY-1)以微波探測海面風場、海面高度和海溫為主的海洋動力環(huán)境衛(wèi)星系列(HY-2)以多光譜成像儀、合成孔徑雷達、

9、微波散射計、輻射計、雷達高度計等多種遙感器為主載荷的海洋環(huán)境綜合衛(wèi)星系列(HY-3)希望到2015年，形成以我國海洋系列衛(wèi)星為主導的立體海洋監(jiān)測網，使我國的海洋衛(wèi)星及其應用水平達到國際先進水平，并進入世界海洋遙感先進行列。,海洋遙感現狀,優(yōu)點目前遙感技術已應用于海洋學各分支學科的各個方面海洋遙感技術的應用，使得內波、中尺度渦、大洋潮汐、極地海冰觀測、海－氣相互作用等的研究取得了新的進展。如氣象衛(wèi)星紅外圖像象，直接記錄了海面溫度的

10、分布，海流和中尺度渦漩的邊界在紅外圖像象上非常清晰。利用這種圖像象可直接測量出這些海洋現象的位置和水平尺度，進行時間系列分析和動力學研究。不足某些傳感器的測量精度和空間分辨力還不能滿足需要，很難做到定量測量；有的遙感資料不夠直觀，分析解譯難度很大；傳感器主要利用電磁波傳遞信息，穿透海水的能力較弱，很難直接獲得海洋次表層以下的信息。,發(fā)展前景,EOS計劃：投入100億美元，18年完成TERRA：1999-12-18：35顆中的

11、第一顆衛(wèi)星。搭載5個傳感器： CERES：云和地球輻射能量系統(tǒng)，確定云凈輻射作用和地球輻射收支。MISR：多角光譜成像輻射儀，中分辨率（275-1100m）成像觀測，研究地表覆蓋、氣溶膠(aerosol)、云散射的角度分布特征。Modis：中分辨光譜成像輻射儀，36波段和250-1000m的分辨率，對地球陸地、海洋和大氣進行逐日綜合評價。陸地覆蓋特征及陸地變化、海洋生產力(oceanproduction)、陸地和海洋上氣溶膠特性、

12、可降水量、大氣溫度廓線、云滴尺度、云高和云頂溫度探測。MOPITT：對流層(troposphere)污染觀測儀,全球三個高度層CO分布圖，及分辨率(resolution)為22km全球甲烷(methane)分布圖。 ASTER:高級空間熱輻射反輻射計，采集自可見光至熱紅外地高分辨率（15-90m）多光譜資料，用于局部和區(qū)域過程研究。,EOS計劃概況,全球環(huán)境變化、全球氣候變化和自然災害增多等全球性問題。從1991年起，NASA正式

13、啟動了把地球作為一個整體環(huán)境系統(tǒng)進行綜合觀測的地球觀測系統(tǒng)（EOS）計劃。最終目標是根據EOS衛(wèi)星系統(tǒng)長達15年的連續(xù)觀測，獲得確切的地球系統(tǒng)變化數據和信息，最終增強人類預報天氣/氣候變化和自然災害監(jiān)測的能力。,,首次提供覆蓋全球的拍照，開始為期15年的對地球表面和大氣參數的全面的基本測量； 通過觀測試圖發(fā)現人類活動對氣候影響的證據，改進探測人類活動對氣候影響的能力，提供全球的數據，并利用先進的計算機系統(tǒng)建立模型，有助于預測氣候的變

14、化； 通過提供觀測資料，提高對災害天氣如干旱、洪澇在時間和地理分布上的預報能力； 利用TERRA數據，改進季節(jié)性和年度天氣預報； 進一步開發(fā)對森林火災、洪水及干旱等災害的監(jiān)測和預報，災害的特征確定及減災技術的研究； 開始對全球氣候及環(huán)境變化進行長期的監(jiān)測和數據的積累。,衛(wèi)星海洋遙感的應用,衛(wèi)星遙感為海洋科學、地球科學、環(huán)境科學、氣象科學、物理科學、地理科學、電子工程和光學等學科提供了廣闊的應用和發(fā)展空間。衛(wèi)星海洋學（satel

15、lite oceanography）是隨著人造地球衛(wèi)星的誕生而發(fā)展起來的海洋科學的新分支，它包括兩個方面的研究，即遙感的海洋學解釋和遙感的海洋學應用。遙感的海洋學解釋涉及到對各種海洋環(huán)境參量的反演機制和信息提取方法研究;遙感的海洋學應用涉及到各個具體研究領域的目標和研究手段。,海面反射、散射或自發(fā)輻射的各個波段的電磁波攜帶著海表面溫度、海平面高度、海表面粗糙度以及海水所含各種物質濃度的信息。傳感器能夠測量在各個不同波段的海面反射、

16、散射或自發(fā)輻射的電磁波能量，通過對攜帶信息的電磁波能量的分析，人們可以反演某些海洋物理量。傳感器的遙感精度隨著衛(wèi)星遙感技術的發(fā)展在不斷地提高，目前正在接近、達到甚至超過現場觀測數據的精度。海洋表面是一個非常重要的界面 海洋與大氣的能量及其它交換過程都是通過這個界面進行的； 海洋內部的變化也會部分地透過這一表面表現出來。 運用計算機三維數值模擬和衛(wèi)星遙感數據同化技術，人們就可以通過獲得的海洋表面遙感信息，了解海洋內部的海洋學

17、特征和物理變化過程 因為遙感監(jiān)測在海面的空間分辨率與波長成正比，所以接收波長較短的可見光與紅外電磁波的傳感器獲得的遙感圖像具有更好的空間分辨率。 云的覆蓋阻擋了可見光波段電磁波的透過，微波遙感彌補了不足?？傊梢姽夂图t外遙感提供了人們對較高的空間分辨率監(jiān)測的需求，微波遙感滿足了人們對全天候監(jiān)測的愿望。,目前，運用衛(wèi)星、航天飛機和普通飛機遙感技術，人們實現了對海表面溫度（sea surface temperature）海表

18、面鹽度（sea surface  salinity）海平面異常（sea level anomaly）海流（ocean current）海表面風（sea surface wind）海浪（sea waves）海洋內波（ocean internal waves）懸浮物濃度（suspended matter concentration）葉綠素濃度（chlorophyll concentration）色素濃度（pigme

19、nt concentration）水色（ocean color）大氣剖面溫度和濕度（atmosphere profile temperature and humidity）垂程水汽含量（vertical water vapor column thickness）可降雨量（total column precipitable water vapor）氣溶膠光學厚度（aerosol optical thickness）,海洋遙感的優(yōu)

20、勢,具備全天時(晝夜)、全天候工作能力和穿云透霧的能力有一定的透視海水能力，以便取得海水較深部的信息。因為能夠獲取長時間、大范圍、近實時和近同步監(jiān)測資料，衛(wèi)星遙感在海洋監(jiān)測和研究中正在發(fā)揮越來越大的作用。利用衛(wèi)星數據傳輸設備，浮標數據和許多其他現場海洋學觀測數據可以實現近實時獲取。通過衛(wèi)星遙感手段達到對全球范圍的海洋進行實時、全方位和立體監(jiān)測，能夠獲得穩(wěn)定可靠的多種長期觀測資料。海洋觀測資料是人類開發(fā)、利用和保護海洋的重要基礎

21、。衛(wèi)星遙感技術作為獲取海洋觀測資料的重要手段，已經得到廣泛的應用。然而，衛(wèi)星遙感數據并不能完全取代傳統(tǒng)的海洋學觀測。例如，海洋內部垂直斷面的測量必須依靠浮標或其他傳統(tǒng)海洋學觀測技術。衛(wèi)星遙感數據與傳統(tǒng)海洋學現場觀測數據是互補的關系。,美國“海洋衛(wèi)星”1號的衛(wèi)星照片顯示的海洋現象,海面風場,大氣和海洋湍流界面,海流狀況,南極夏季邊緣冰區(qū)的冰塊,海底地形,,2001年全球海表面溫度（SST：Sea Surface Temperature

22、）年平均等溫線,NOAA國家海洋資料中心提供的衛(wèi)星數據制作的2001年全球海洋的年平均海表面溫度（SST：Sea Surface Temperature）的等溫線圖像；圖中色標（colour bar）的單位是℃（攝氏度）。該圖清晰顯示了西太平洋赤道暖水區(qū)的范圍和溫度大小。西太平洋赤道暖水區(qū)向大氣輸運的熱通量對于全球海洋大氣熱循環(huán)有舉足輕重的影響，它的范圍和溫度變化與厄爾尼諾（El Niño）事件有密切關聯，因而是科學家監(jiān)測

23、的重要目標。,,1998年1月的月平均海表面異常（SLA：Sea Surface Anomaly）圖像,美國宇航局噴氣推進實驗室提供的TOPEX/POSEIDON衛(wèi)星高度計觀測資料制作的1998年1月的月平均全球海表面異常圖像；圖中色標（colour bar）的單位是cm。該圖清晰顯示了西太平洋赤道暖水區(qū)海平面的降低和赤道東太平洋海平面的增高。這是西太平洋赤道暖水區(qū)的海水沿赤道向東倒流的結果，屬于在厄爾尼諾（El Niño

24、）事件中發(fā)生的典型現象。,,指定海域海表面高度（SSH）異常與南方濤動指數的關系,使用衛(wèi)星遙感的多年時間序列資料，能夠更加深入細致地研究海洋。上圖為ERS-1/2衛(wèi)星的高度計資料獲得的多年時間序列，通過對該圖的分析發(fā)現①赤道太平洋敏感區(qū)的海表面高度（SSH）異常與海表面溫度（SST）異常以及南方濤動指數（SOI: Southern Oscillation Index）有著很好的相關關系。②具體地講，赤道太平洋的SSH異常與SST異

25、常都與SOI有負相關，即與–SOI有正相關。,,,NASA使用MODIS在2000年11月對全球海洋葉綠素濃度（mg/m3）分布的觀測,衛(wèi)星遙感不但為全球海洋和氣候的物理研究提供了可靠的數據，還為全球海洋初級生產力的估計提供了充足的資料。全球海洋初級生產力與全球碳循環(huán)有密切關系；全球碳循環(huán)與CO2引起的全球變暖有直接聯系；全球變暖可能導致全球海平面上升。,,,圖中紅色代表高濃度，綠色代表中等濃度，藍色代表低濃度。圖中顯示了藍色的熱

26、帶海洋只有很低的葉綠素濃度，故被稱為海中沙漠。,,,,,,我國氣象衛(wèi)星包括兩個主要系統(tǒng)極軌衛(wèi)星系統(tǒng) 距離地球表面較近，能夠更加清楚地觀測海洋 極軌衛(wèi)星圍繞地球轉動，能夠觀測全球海洋 中期數值天氣預報、氣侯預測和全球生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測、遠洋航海、航空所需的氣象資料等，主要從極軌氣象衛(wèi)星獲得；地球靜止衛(wèi)星系統(tǒng) 相對地球靜止，它可以連續(xù)觀測地球的一個局部區(qū)域 靜止氣象衛(wèi)星它對災害性天氣系統(tǒng)，包括對臺風、暴雨和植被生態(tài)動態(tài)突變的實時

27、連續(xù)觀測具有突出的能力。,中國氣象衛(wèi)星的發(fā)展,兩種氣象衛(wèi)星的觀測功能不能相互替代極軌氣象衛(wèi)星：對于全球性的大氣運動，要準確預測全球或某一地區(qū)的天氣和氣候變化，需要擁有全球的氣象資料，而極軌氣象衛(wèi)星可以滿足這種需求。只有發(fā)射和管理衛(wèi)星的國家，才能通過存儲回放的方式獲取全球資料，作為一個用戶地面接收站，則只能接收一定范圍內當地的氣象衛(wèi)星資料。因此，只有自己發(fā)射和運行極軌氣象衛(wèi)星，才能真正實現全球觀測。通過二者的相互結合和補充，可建立一

28、套全面的氣象衛(wèi)星業(yè)務運行體系和相應的地面數據接收處理和應用系統(tǒng)，以滿足我國各部門的氣象、環(huán)境觀測和防災減災的需要。從第三顆星開始轉入業(yè)務應用，并被世界氣象組織列入全球氣象業(yè)務應用衛(wèi)星行列。第一代地球靜止氣象衛(wèi)星“風云二號”系列也發(fā)射了兩顆試驗星，第二顆星已進入業(yè)務運行，并已列入全球地球靜止氣象衛(wèi)星觀測網。作為國際氣象衛(wèi)星網絡的重要組成部分，風云氣象衛(wèi)星系列的使用增強了我國參與國際合作的能力。,,中國氣象衛(wèi)星的發(fā)展,我國的風云氣象衛(wèi)星系

29、列,,,2002年5月15日“風云一號”D氣象衛(wèi)星發(fā)回的首張假彩色照片,FY-1D氣象衛(wèi)星發(fā)回的首張照片?！帮L云一號”是我國第一代極軌氣象衛(wèi)星，A星、B星、C星分別于1988年9月、1990年9月和1999年5月發(fā)射。2002年5月，我國太原衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征四號乙火箭一箭雙星發(fā)射成功，將“風云一號”D（FY-1D）氣象衛(wèi)星和搭載的“海洋一號”A（HY-1A）衛(wèi)星送入了預定軌道。發(fā)射后交付國家衛(wèi)星氣象中心使用。主要用于天氣預報、氣

30、候預測、自然災害和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測服務等。,目前，國家衛(wèi)星氣象中心的地面站能接收我國風云系列衛(wèi)星資料美國國家海洋大氣局管理的諾阿/極軌環(huán)境衛(wèi)星（NOAA/POES）資料日本地球靜止氣象衛(wèi)星（GMS）資料，并對用戶提供服務截至2002年底，我國已成功地發(fā)射了FY-1A、FY-1B、FY-1C和FY-1D等4顆極軌氣象衛(wèi)星、FY-2A和FY-2B等2顆地球靜止氣象衛(wèi)星。 氣象衛(wèi)星所獲得的遙感數據在火、水、冰、雪以及臺風、大霧、沙塵暴

31、等天氣和自然災害的監(jiān)測中都發(fā)揮了重要的作用，取得了明顯效益，大大增強了我國氣象衛(wèi)星為國民經濟和防災、減災服務的能力。我國利用長征三號火箭從西昌衛(wèi)星基地發(fā)射了三顆地球靜止“風云二號”氣象系列衛(wèi)星，即FY-2A（1997）、FY-2B（2000）、FY-2C（2004）。,中國氣象衛(wèi)星的發(fā)展,我國已開始研制第二代極軌氣象衛(wèi)星“風云三號”衛(wèi)星。 “風云三號”系列的開發(fā)將包括兩個階段；首先，2004年至2008年研制發(fā)射兩顆衛(wèi)星，接著，200

32、8年至2020年研制發(fā)射五顆衛(wèi)星。增加了微波遙感器，可實現全球三維、全天候、多光譜、定量氣象探測?！帮L云三號”衛(wèi)星的主要任務是提供全球的溫度、濕度、氣壓、云和輻射等參數，實現中期數值預報；監(jiān)測大范圍的自然災害和生態(tài)環(huán)境；探測地球物理參數，支持全球氣侯變化與環(huán)境變化規(guī)律的研究；為航空、航海等部門提供全球任意區(qū)域的氣象信息等。與“風云一號”衛(wèi)星相比，“風云三號”衛(wèi)星的探測功能及主要探測性能將達到當今國際先進水平，是我國極軌氣象衛(wèi)

33、星發(fā)展進程中的一個飛躍，它將大大提高我國的對地觀測能力和全球大氣探測能力，在我國國民經濟發(fā)展和人類生活中發(fā)揮重要作用。,中國氣象衛(wèi)星的發(fā)展,中國海洋遙感的進步 空間監(jiān)測的重要性：海洋在我國社會經濟建設中的戰(zhàn)略地位極為重要，而利用空間技術監(jiān)測海洋，在維護我國海洋權益、保護海洋環(huán)境、開發(fā)海洋資源、減輕海洋災害和有效實施海洋管理等方面顯得尤為重要和迫切。環(huán)境破壞嚴重：當前，我國海洋資源開發(fā)利用中存在著大量破壞環(huán)境和浪費資源的隱患，

34、致使海洋環(huán)境污染日趨嚴重。尤其是近海局部海域生態(tài)環(huán)境惡化，對海洋漁業(yè)資源和近海生態(tài)系統(tǒng)破壞在不斷加劇。海洋開發(fā)利用中出現的日益嚴重的資源與環(huán)境問題，不僅影響了海洋經濟的可持續(xù)發(fā)展和海洋的可持續(xù)利用，而且是直接關系到人類的生存和社會的發(fā)展。資源開發(fā)：二十一世紀是海洋的世紀，海洋蘊藏著巨大的資源與能源，人類早已經認識到占地球表面70.8％的海洋對人類的作用和重要性。開發(fā)利用海洋資源，日益成為國際競爭的重要領域。人們預測，二十一世紀人類社

35、會的經濟發(fā)展將更加依賴海洋實際價值的利用，海洋經濟將會以更高的速度發(fā)展，人類在充分開發(fā)利用海洋的同時，更加重視海洋資源和環(huán)境的保護以求持續(xù)發(fā)展，這是海洋事業(yè)發(fā)展的總趨勢。,,自美國在1978年發(fā)射了世界上第一顆海洋衛(wèi)星以來，歐空局、俄國、日本、法國、加拿大、韓國和印度等相繼發(fā)射了一系列海洋衛(wèi)星。2002年5月15日，我國第一顆海洋探測衛(wèi)星“海洋一號” A（HY-1A）與“風云一號” D氣象衛(wèi)星作為一箭雙星同時發(fā)射升空。HY-1A衛(wèi)星

36、軌道為太陽同步近圓形軌道以可見光、紅外波段傳感器探測水色、水溫為主設計壽命為兩年。衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空后，經過了7次變軌，成功進入798公里的設計運行軌道，并交付國家衛(wèi)星海洋應用中心接收衛(wèi)星數據。發(fā)射這顆衛(wèi)星的主要目的是通過觀測：海水光學特征 葉綠素濃度 海表面溫度 懸浮泥沙含量 可溶有機物 海洋污染物質 淺海地形 海流特征 海面上空氣溶膠掌握海洋初級生產力分布、海洋漁業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)資源狀況和環(huán)境質量了解重

37、點河口港灣的懸浮泥沙分布規(guī)律為海洋生物資源合理開發(fā)利用、沿岸海洋工程、河口港灣治理、海洋環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境保護和執(zhí)法管理等提供科學依據和基礎數據。,根據計劃，我國將在“海洋一號”衛(wèi)星的基礎上發(fā)展系列海洋衛(wèi)星，加快建立海洋衛(wèi)星體系。我國將要發(fā)展3個系列的海洋衛(wèi)星：：“海洋一號”系列衛(wèi)星：以可見光、紅外波段遙感探測海洋水色和水溫為主“海洋二號”系列衛(wèi)星：以微波遙感探測可全天候獲取海面風場、海面高度和海表面溫度場等為主“海洋三號”系列衛(wèi)星

38、：同時配備光學遙感器和微波遙感器的可對海洋環(huán)境進行綜合監(jiān)測“神舟三號”留軌艙裝載了CMODIS（中國的中等分辨率成像光譜儀），在“神舟四號”留軌艙裝載了微波散射計、微波輻射計和高度計。在留軌艙的半年運行內，這些海洋遙感傳感器獲得了許多寶貴資料，科學家通過對留軌艙帶回遙感資料的研究，獲得了各種大氣和海洋信息的試驗產品。,中國衛(wèi)星發(fā)展的現狀與目標我國衛(wèi)星未來發(fā)展目標包括近期和遠期兩個部分。今后十年或稍后一個時期的近期發(fā)展目標是：第一

39、，建立長期穩(wěn)定運行的衛(wèi)星對地觀測體系。以氣象衛(wèi)星系列、資源衛(wèi)星系列、海洋衛(wèi)星系列和環(huán)境與災害監(jiān)測小衛(wèi)星群組成長期穩(wěn)定運行的衛(wèi)星對地觀測體系，實現對中國及周邊地區(qū)甚至全球的陸地、大氣、海洋的立體觀測和動態(tài)監(jiān)測。第二，建立自主經營的衛(wèi)星廣播通信系統(tǒng)。積極支持商用廣播通信衛(wèi)星的發(fā)展，開發(fā)具有長壽命、高可靠性和大容量優(yōu)點的地球靜止軌道通信衛(wèi)星和電視直播衛(wèi)星，初步建成中國衛(wèi)星通信產業(yè)。第三，建立自主的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。分步建立導航定位衛(wèi)星系列

40、，開發(fā)衛(wèi)星導航定位應用系統(tǒng)，初步建成中國的衛(wèi)星導航定位應用產業(yè)。第四，建立協(xié)調配套的全國衛(wèi)星遙感應用體系。統(tǒng)一規(guī)劃和建設各種衛(wèi)星遙感地面應用系統(tǒng)，建立覆蓋全國的地面衛(wèi)星遙感數據接收、處理和分發(fā)系統(tǒng)，實現資源共享；在對地衛(wèi)星遙感主要應用領域，形成較完整的業(yè)務化應用體系。第五，發(fā)展空間科學，開展深空探測。,至2004年，我國共發(fā)射了五十余顆不同類型的人造衛(wèi)星。僅第十個五年計劃期間，我國將研制和發(fā)射近三十顆各類衛(wèi)星，包括通信、氣象、資源、

41、海洋、導航、環(huán)境與災害監(jiān)測、天文、空間探測衛(wèi)星等。我國衛(wèi)星事業(yè)經歷了三個發(fā)展歷程。1958年至1970年為起步階段。1970年4月，我國成功發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星，成為當時世界上第五個能研制和發(fā)射人造衛(wèi)星的國家。1971年至1984年為開發(fā)太空技術階段。中國從1975年到2004年發(fā)射了19顆返回式科學與技術實驗衛(wèi)星。這種衛(wèi)星和地球資源衛(wèi)星的性質是一致的，只是它壽命短，只有5-8天，但是它可以回收。我國科技人員通過返回式衛(wèi)星、第一代通信

42、衛(wèi)星的研制和飛行試驗，掌握了一系列衛(wèi)星關鍵技術，包括各種姿控、變軌、熱控、電源、結構、測控、回收及載荷技術。1985年到現在為發(fā)展應用衛(wèi)星階段。我國自主地發(fā)展了多種應用衛(wèi)星，包括資源、氣象、海洋、通信廣播、導航定位和科學與技術試驗衛(wèi)星，衛(wèi)星成果在國內外已得到廣泛應用。據衛(wèi)星專家閔桂榮評價，我國研制的衛(wèi)星費用低、質量好、水平高；目前我國的火箭發(fā)射技術名列世界第四，返回式衛(wèi)星、導航衛(wèi)星技術居世界第三位，氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星技術居世界第四位，通

43、信衛(wèi)星技術名列世界第五。,,目前，我國在衛(wèi)星制造、發(fā)射及衛(wèi)星應用上已形成了產業(yè)。第九個五年計劃（1996年至2000年）以來，中國加快了這一產業(yè)的發(fā)展，先后成功發(fā)射氣象衛(wèi)星、海洋水色衛(wèi)星、通信廣播衛(wèi)星、資源衛(wèi)星和“北斗”導航衛(wèi)星等多種類型的應用衛(wèi)星。此外，衛(wèi)星應用技術也得到快速發(fā)展，已生產出系列化的衛(wèi)星應用產品。這些衛(wèi)星被廣泛地用于國情普查、資源調查、環(huán)境監(jiān)測、災害預報和海洋管理等領域，取得了良好效益。,中國和巴西合作研制的中巴地球資源

44、衛(wèi)星01號（CBERS-1）是在中國資源一號原方案基礎上兩國聯合研制的衛(wèi)星；該星屬于我國第一代數字傳輸型地球資源衛(wèi)星，于1999年10月發(fā)射升空。這是一種778千米太陽同步極地圓軌道衛(wèi)星，繞地周期100.4分鐘，每天14.35周，其中繞經中國上空3周，覆蓋地球目標的重復周期26天。該衛(wèi)星的設計工作壽命2年，衛(wèi)星傳輸的遙感圖像可覆蓋中國全部陸地、海域或大部分鄰國的領域，并可獲取國外區(qū)域的地面圖像信息。截止到衛(wèi)星交付使用兩周年，中國資源衛(wèi)星

45、應用中心已接收存檔資源衛(wèi)星各類數據近23萬景，所接收的數據已覆蓋我國國土的96％，用戶先后購買和協(xié)議訂購了1.3萬景的資源衛(wèi)星數據產品，廣泛應用于資源勘查、防災減災、環(huán)境監(jiān)測與保護等領域。目前，中巴地球資源衛(wèi)星01號已超期服役。于2003年10月發(fā)射的中巴地球資源衛(wèi)星02號與01號技術狀態(tài)基本相同，該星裝有CCD相機（CCD）、紅外多光譜掃描儀（IRMSS）、以及寬視場成像儀（WFI）三種有效載荷，可利用高密度數字磁記錄器存儲數據，并利

46、用高速率的數據傳輸系統(tǒng)將所能獲得的數據實時傳回地球；其傳輸的遙感圖像由北京、烏魯木齊、廣州三個資源衛(wèi)星接收站負責接收。圖1-7顯示了中巴地球資源衛(wèi)星01號（CBERS-1）的基本結構和飛行狀態(tài)。,目前，中巴地球資源衛(wèi)星03號與04號也正在研制中。據報道，我國還于2000年9月發(fā)射了“中國資源衛(wèi)星二號”01星，于2002年10月發(fā)射了“中國資源衛(wèi)星二號”02星。于2004年11月發(fā)射了“中國資源衛(wèi)星二號”03星。2004年12月1日，“中

47、國資源衛(wèi)星二號” 01星、02星和03星開始了組網運行。從現在起到2010年，中國將分兩步建立能夠長期穩(wěn)定運行的災害與環(huán)境監(jiān)測預報小衛(wèi)星系統(tǒng)。該系統(tǒng)的計劃是：第一步，從第十個五年計劃開始，研制和發(fā)射兩顆光學小衛(wèi)星和一顆合成孔徑雷達小衛(wèi)星，基本完成地面接收處理和應用系統(tǒng)建設，初步形成對災害與環(huán)境進行監(jiān)測預報的能力。第二步，從第十一個五年計劃開始，發(fā)展四顆光學小衛(wèi)星和四顆合成孔徑雷達小衛(wèi)星組成的星座，完善地面接收處理和應用系統(tǒng)，實現對中國及

48、周邊國家、地區(qū)災害與環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測和預報。該系統(tǒng)投入運行的主要任務有三個方面：一是對災害和環(huán)境實施大范圍和全天候的晝夜動態(tài)監(jiān)測；二是對洪澇、地震、森林火災等災害的發(fā)生與發(fā)展做出預報和預警；三是對災害的發(fā)展趨勢進行預測。,,中巴地球資源衛(wèi)星01號（CBERS-1）示意圖 （引自http://www.cresda.com.cn/）,目前，世界上只有四種全球導航系統(tǒng)：美國的GPS直至2004年11月，GPS有29顆在軌衛(wèi)星，

49、可能最近將發(fā)射第30顆衛(wèi)星，將使GPS星座達到其現有地面控制系統(tǒng)最大許可的30顆。俄羅斯的GLONASS在軌衛(wèi)星只有11顆，計劃2007年將達到18顆；而該系統(tǒng)只有達到24顆在軌衛(wèi)星時才能發(fā)揮其所有功能。眾所周知，GPS是美國軍方1973年開始實施的一項空間技術，被稱為繼人類登月和研制航天飛機之后的又一重大航天科技成就。GPS為軍民兩用系統(tǒng)，向全球免費開放。但美國對自己提供精確定位信號，對其他用戶僅提供低精度信號。,全球導航系統(tǒng),全

50、球導航系統(tǒng),俄羅斯的GLONASS俄羅斯的GLONASS與GPS相似，由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機部分組成，使用24顆高度約2萬千米左右的衛(wèi)星組成星座。GPS分布在6個軌道平面上，每個軌道平面4～5顆，GLONASS分布在3個軌道平面上，每個軌道平面有8顆衛(wèi)星。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方、任何時間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，由此獲得高精度的三維定位數據，這就提供了在時間上連續(xù)的全球導航能力。,GPS和GLONASS的區(qū)別,

51、GPS定位精度可達15米，測速精度0.1米/秒GLONASS導航定位精度較低，約為30—100米，測速精度0.15米/秒。這兩個系統(tǒng)都是為全球范圍內的飛機、艦船、坦克、地面車輛、步兵、導彈以及航天飛機等提供全天候、連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度和精確時間，因此，具有極高的軍用價值和民用前景。,,歐盟的伽利略 歐洲正在實施“伽利略”計劃，建設精度更高的全球導航定位系統(tǒng)。 歐洲的“伽利略系統(tǒng)”是世界上笫一個完全向民用開放

52、的全球性衛(wèi)星定位系統(tǒng) 于2008年投入商業(yè)運行。 “伽利略”計劃總投資預計為32億歐元，由27顆運行衛(wèi)星和3顆預備衛(wèi)星組成，分布在高度約為2.4萬公里的3個軌道上，可以覆蓋全球。 2003年中國與歐盟達成了關于我國參加歐洲全球導航“伽利略”計劃的協(xié)議。目前，日本正在建設可以和GPS并用的由3顆衛(wèi)星組成的“準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”。印度也在開發(fā)衛(wèi)星導航系統(tǒng)，計劃將印度的導航系統(tǒng)將與GPS、GLONASS和“伽利略”系統(tǒng)相連接。,中

53、國的北斗目前，中國的衛(wèi)星導航定位應用系統(tǒng)的絕大多數都建立在美國的GPS之上，一旦美國關閉對外國的服務，后果將不堪設想。因此，像中國這樣的大國，必須實現衛(wèi)星導航系統(tǒng)多元化。我國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)由2000年和2003年發(fā)射的3顆“北斗一號”衛(wèi)星組成。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)可以全天候全天時提供區(qū)域衛(wèi)星導航信息，在任何時間任何地點確定中國用戶地理位置，實現無縫覆蓋。該系統(tǒng)服務范圍包括中國大陸及東南海域所有地域，屬區(qū)域性導航定位系統(tǒng)。全球性

54、衛(wèi)星定位系統(tǒng)衛(wèi)星數量約需要24顆，準全球性系統(tǒng)的衛(wèi)星數量約需要6顆。據報道，“北斗一號”衛(wèi)星區(qū)域性導航定位系統(tǒng)的精確度可以達到30到100米。,北斗的特點,我國的“北斗一號”導航系統(tǒng)與GPS和GLONASS有很大的不同，使用范圍不同 “北斗一號”是區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)，只能用于中國及其周邊地區(qū)；GPS和GLONASS都是全球導航定位系統(tǒng)，在全球的任何一點，只要衛(wèi)星信號未被遮蔽或干擾，都能接收到三維坐標數據。衛(wèi)星的數量和軌道是不同的

55、 “北斗一號”有3顆，位于高度近3.6萬千米的地球同步軌道。三是定位原理不同 “北斗一號”是用戶首先發(fā)射要求服務的信號，通過衛(wèi)星轉發(fā)至地面控制中心，地面控制中心計算出用戶機的位置后再通過衛(wèi)星答復用戶； GPS和GLONASS只需要接收4個衛(wèi)星的位置信息，由用戶接收機解算出三維坐標。 由于“北斗一號”本身是二維導航系統(tǒng)，僅靠2顆星的觀測信號尚不能定位，觀測信號的獲得及計算均在地面中心站進行，衛(wèi)星和用戶接收機需要具有

56、轉發(fā)或收發(fā)信號功能，這實際上也就具有了一定的通信功能。通信功能是GPS和GLONASS所不具備的。,我國通信衛(wèi)星“東方紅三號”“鑫諾一號”“中星-20號”……我國目前使用的衛(wèi)星轉發(fā)器有100多個，成為世界上廣播電視和公眾通訊用戶最多的國家之一。在我國衛(wèi)星通訊方面，已提供有關信息傳遞的業(yè)務達100多項，主要包括衛(wèi)星固定通訊、衛(wèi)星移動通訊、衛(wèi)星電視直播/衛(wèi)星數字音頻廣播、衛(wèi)星互聯網的市場化。,,,,,,“地球空間雙星探測計劃”是

57、我國1997年提出的空間探測國際合作計劃。“探測一號”衛(wèi)星于2003年12月30號發(fā)射升空，探測目標是赤道附近的空間環(huán)境“探測二號”衛(wèi)星于2004年7月25日發(fā)射，探測目標是極區(qū)上空的空間環(huán)境。它們與歐洲空間局正在運行的“星簇計劃”的四顆衛(wèi)星緊密配合，可同時探測各個空間區(qū)域的磁場和粒子時空變化規(guī)律、磁場空間暴的產生機制和發(fā)展規(guī)律，分析由于太陽活動引起的近地空間各種干擾活動的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，為人類預測災害性的地球空間天氣等提供科學依

58、據。2003年10月15日我國“神舟五號”載人航天飛船發(fā)射成功，從而成為世界上繼俄羅斯和美國之后第三個載人航天飛行的國家。“神舟五號”的留軌艙攜帶著中等分辨率成像光譜儀，該類型傳感器將被裝載到風云衛(wèi)星三號。留軌艙還攜帶有精度達到了厘米量級的激光反射器，該類型傳感器不但可用于測距定軌，而且可充當高度計，完成測量海表面高度的任務。激光是由一束相干的光束發(fā)射出的單一頻率的可見光或紅外光。,此外，我國計劃的“嫦娥”探月工程將分三步走?！版隙?/p>

59、”探月工程以無人探測為主，分別實現繞月探測、月面軟著陸探測與月面巡視勘察、采樣返回等。目前啟動的繞月探測工程，是我國“嫦娥”探月工程的第一步。2007年，我國發(fā)射首顆月球探測衛(wèi)星“嫦娥一號”，實現繞月探測。,探月計劃,中國航天科技集團公司是我國最大的火箭研制單位，其所屬的中國運載火箭技術研究院和上海航天技術研究院研制的長征系列火箭，迄今已進行七十次發(fā)射。根據國際航天界通用的計算標準，長征運載火箭的總體技術性能已達到國際一流水平。

60、我國正在研制可重復使用運載器，在突破單級入軌運載器的關鍵技術后，最終研制出快速、機動、廉價、可靠的單級入軌重復使用的運載器。從國際上對運載火箭發(fā)射統(tǒng)計情況看，小型運載火箭的發(fā)射量呈逐年增長態(tài)勢。因此在研制可重復使用運載器的同時，中國還將積極進行小型運載火箭的研制。目前，我國建有太原、酒泉、西昌和文昌三個火箭發(fā)射基地，擁有西安、酒泉和北京三個衛(wèi)星和飛船軌道測控通訊中心，和分布在國內外各地的測控站和四艘船組成的“遠望” 號遠洋船隊，共同

61、承擔對衛(wèi)星和飛船的軌道測控通訊任務。在測控通訊中，一般采用2 - 4 GHz 的S波段。,運載火箭,,,目前世界許多國家在海洋衛(wèi)星觀測資料的服務與共享上取得了很大進步。美國宇航局（NASA）所屬的噴氣推進實驗室（JPL）美國國家海洋大氣局（NOAA）日本國家航天發(fā)展廳（NASDA）歐空局（ESA）的衛(wèi)星地面站某些組織和大學都建立了網頁，可在國際范圍提供海洋觀測資料的共享服務。例如，美國宇航局JPL實驗室物理海洋學數據分發(fā)存

62、檔中心（PO.DAAC）的網頁地址是http://podaac.jpl.nasa.gov/order/ 。該網站提供了大量衛(wèi)星和常規(guī)海洋觀測資料。,數據分發(fā),美國宇航局JPL實驗室PO.DAAC網站可提供的資料種類,,又如，網頁http://podaac.jpl.nasa.gov/catalog/product001.html/ 提供了JPL/PO.DAAC的001號產品的詳細描述：代號為001號數據產品的名稱是Monthly Mean

63、 Global Surface Ocean Variables； 數據來源是ARGOS Buoys、VHRR/2、ERS-1/2、 GEOSAT、NSCAT、SSM/I、TOPEX/Poseidon, TMI和SeaWiFS； 覆蓋的時間區(qū)間是1987-2000年；覆蓋的空間范圍是global；數據種類是monthly mean averages of global sea surface temperature、sea surface

64、 height、significant wave height、chlorophyll-a concentration、surface wind speed、surface wind velocity and near-surface current。表1-3顯示了001號產品包含的數據集。,數據提供方式有兩種。第一、可使用匿名FTP（anonymous File Transfer Protocol）從美國宇航局物理海洋學數據分發(fā)存檔中

65、心（pub/data_collections/monthly_mean_atlas）直接下載二進制數碼格式（Raw Binary Format）的數據文件；第二、在網上接觸PO.DAAC User Services Office，該用戶服務辦公室將根據您提供的格式要求提供光盤（CD-R）。整個001號產品經壓縮后占用442 MB（兆字節(jié)）。,一.美國國家海洋大氣局（NOAA）衛(wèi)星信息系統(tǒng)（NOAASIS/NOAA）的網站是提供衛(wèi)星遙感信

66、息和資料的一個主要來源，它提供了GOES（地球同步氣象衛(wèi)星系列）和NOAA（太陽同步氣象衛(wèi)星系列）的主頁（Home Page），也提供關于DMSP（國防氣象衛(wèi)星）的信息。它的網站地址是http://noaasis.nova.gov/http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/http://noaasis.noaa.gov/NOAASIS/ml/ 美國國家海洋大氣局管轄的資料中心的網站地址和有關資料部門網站地址

67、是國家環(huán)境衛(wèi)星數據信息服務署 http://www.nesdis.noaa.gov/衛(wèi)星運行辦公室 http://www.oso.noaa.gov/ 衛(wèi)星數據處理和分發(fā)辦公室 http://www.osdpd.noaa.gov/ 國家海洋資料中心 http://www.nodc.noaa.gov/http://www.nodc.noaa.gov/General/satel

68、lite.html/國家氣候資料中心 http://www.ncdc.noaa.gov/oa/ncdc.html 國家地質資料中心 http://www.ngdc.noaa.gov/ 國家浮標資料中心 http://www.ndbc.noaa.gov/ 西北漁業(yè)科學中心 http://www.nwfsc.noaa.gov東北漁業(yè)科學中心