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永利娱乐C星实现同平台高精度交叉定标,我国海洋观测迈入新征程

时间:2018年09月07日 信息来源:本站原创 点击: 字体:

9月7日,伴随着长征二号丙运载火箭的轰鸣,永利娱乐C卫星在太原卫星发射中心成功发射。本次卫星上搭载了由永利娱乐所属的北京空间机电研究所新研制的星上定标光谱仪和海岸带成像仪,将填补我国同平台高精度交叉定标技术的空白,提升我国海洋卫星观测数据精准度,助力我国海洋观测迈入新征程。


星上定标光谱仪:具备四大“法宝”的星上“质检员”

定标光谱仪(公开).JPG

作为国内首台对同平台上其他载荷进行在轨定标的遥感器,北京空间机电研究所承担了星上定标光谱仪的研制工作。此光谱仪能够监测到同时搭载于永利娱乐C卫星上的海洋水温水色扫描仪、紫外成像仪及海岸带成像仪的数据信息,并且比上述三台载荷自身监测得更加精准。由此,该光谱仪所下传的数据,将被科研人员作为“基准”,来判定上述三台载荷在轨期间的性能衰减情况,并通过计算得出它们实时下传数据信息的精准性。因此,也可以说该光谱仪在永利娱乐C卫星上担任着“质检员”的角色。

研究所星上定标光谱仪负责人马越介绍到:“为了当好‘星上质检员’,定标光谱仪具备高精度、高效能、高性能、高光谱四大‘法宝’。”

“质检员”为确保自身数据精度足够高,以恒定的太阳光谱辐射能量数据为标准,采用全口径、全光路太阳定标技术,多漫射板在轨比对校正和波长定标等技术首先对自己进行 “校准”,科研人员将该光谱仪实时“看”到的太阳辐射能量数据,与太阳实际的光谱辐射能量数据相比对,就可以计算出该光谱仪因为发射时的振动和太空环境的影响而产生的性能变化。通过这个变化,科研人员就可以等比算出它“看”到的海洋光谱辐射能量数据的正确值。这个正确值将被作为“基准”,和其他三台载荷实时下传的数据相比对,最终判断出三台载荷在太空中与在地面上的不同,进而再通过计算修正,得出最终的精准数据。

实现“视线”偏转,提高观测灵活性。与海洋水温水色扫描仪、紫外成像仪及海岸带成像仪相比,星上定标光谱仪的幅宽相对较小,因此,科研人员对其采用一维指向机构设计,使其可对星下点±30 °范围内的特定区域进行选择观测,有效避免轨道、云层等限制因素影响,提高其使用灵活性和工作效能。 也就是说,该光谱仪的“眼睛”可以实现在±30 °的范围内偏转“视线”,选择区域进行观测。

信噪比大幅提高,助力性能提升。和陆地相比,海洋这一观测目标的亮度相对较暗,也极易受杂散光干扰,这就要求星上定标光谱仪需要具备高信噪比。与此同时,鉴于“质检员”的身份,它要既“看清”海洋,又“看清”陆地。鉴于此,508所对光谱仪采用高信噪比、大动态范围响应探测器及信号处理电路设计,同时,采用低杂散光、低偏振灵敏度光学设计,满足其对海洋这一低亮度、容易受杂散光影响的目标信号的观测需求,提高其定标精度,使该星上定标光谱仪具备较高性能。据悉,相较于传统对地观测载荷,该星上定标光谱仪在相同入瞳光辐射亮度条件下,信噪比提高了将近10倍。

与此同时,该光谱仪的可见近红外谱段,采用高光谱成像仪设计形式,使其可获取连续高光谱分辨率数据,光谱匹配精度高,可为不同谱段设置的载荷提供定标。


海岸带成像仪:本领更强的“接力者”

海岸带成像仪2(公开)_副本.jpg

永利娱乐C卫星平台上搭载的另外一台遥感载荷——海岸带成像仪,也是由北京空间机电研究所研制。作为国内第三台成功在轨的海岸带成像仪,该成像仪将接过永利娱乐B星上搭载的海岸带成像仪的接力棒。相较于永利娱乐A/B星,它的幅宽提升了近两倍,分辨率提高了五倍,在轨寿命也从B星的三年提升至五年。

海岸带是陆地系统和海洋系统的结合部,是一个敏感的过渡地带,也是海洋与大陆两大不同属性的地貌单元相互连接的地带。因此,海岸带成像仪的成像要兼顾海洋水色、陆地生态和极地冰川。海水的反射率非常低,而冰川的反射率又非常高,因此,像星上定标光谱仪一样,海岸带成像仪也需要很大的动态范围和很高的信噪比。相较于传统对地观测遥感器的最高信噪比,永利娱乐C卫星海岸带成像仪的信噪比提高了将近两倍。

对于以低亮度的水体作为观测目标的载荷来说,杂散光在强光的背景下,可能会使目标信号完全被杂散光辐射噪声所淹没。为此,研究人员建立了全链路的杂光仿真分析模型,采用光陷阱、超黑件等杂光抑制手段,并通过测试验证了该措施的有效性。另外,为了避免入射光偏振状态不同,造成传感器响应的波动,水色遥感器都要求仪器自身偏振灵敏度低,对设计、加工、镀膜全过程均进行了精细控制,有效降低了地面科研人员的数据反演难度,使地面科研人员能够根据该成像仪实时下传的数据,很快解析出图像画面。

未来星上定标光谱仪与海岸带成像仪将与其他载荷一起,服务于我国海洋、环保、减灾、气象、水利、农业等各项业务,实现我国海洋水色遥感的业务化运行。(韩美玲)





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