構(gòu)建中國(guó)海洋衛(wèi)星體系提升海洋環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力

楊保華

（中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京100094）

1 引言

海洋占地球表面的71%，占全球水量的97%，是一個(gè)極為復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)，在維持全球氣候與生態(tài)平衡中發(fā)揮著極其重要的作用。隨著人類活動(dòng)地域的擴(kuò)展，海洋災(zāi)害對(duì)人類社會(huì)造成的損失也逐年上升。中國(guó)海洋國(guó)土面積300萬(wàn)平方千米，陸地海岸線長(zhǎng)達(dá)1.8萬(wàn)千米，約有70%以上的大中城市和50%以上的人口集中在沿海地區(qū)，海洋在中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有極為重要的戰(zhàn)略地位［1］。

中國(guó)對(duì)海洋環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)工作高度重視，先后發(fā)射了兩顆海洋水色衛(wèi)星和一顆海洋動(dòng)力環(huán)境探測(cè)衛(wèi)星。胡錦濤總書(shū)記在2008年兩院院士大會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“要加快遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的應(yīng)用以及防災(zāi)減災(zāi)高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和綜合集成，建立國(guó)家綜合減災(zāi)和風(fēng)險(xiǎn)管理信息共享平臺(tái)?！痹?010年兩院院士大會(huì)上再次提出：“要大力發(fā)展空間和海洋科學(xué)技術(shù)，提高海洋探測(cè)及應(yīng)用研究能力和海洋資源開(kāi)發(fā)能力，使我國(guó)海洋技術(shù)水平進(jìn)入世界前列。”《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》中，也將海洋和空間技術(shù)作為國(guó)家科技發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。這些都對(duì)中國(guó)海洋衛(wèi)星觀測(cè)體系的建立提出了迫切需求。

2 海洋衛(wèi)星在海洋環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)海洋災(zāi)害，就必須有長(zhǎng)期、連續(xù)的海洋環(huán)境觀測(cè)數(shù)據(jù)支持。在獲取海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的多種手段中，衛(wèi)星以其獨(dú)特的能力和優(yōu)勢(shì)，在海洋觀測(cè)中越來(lái)越受到重視，發(fā)揮著日益重要的作用。在20世紀(jì)70年代，人類已開(kāi)始利用衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行觀測(cè)，積累了大量數(shù)據(jù)，對(duì)海洋環(huán)境的認(rèn)識(shí)和海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力有了質(zhì)的飛躍。與常規(guī)的海洋觀測(cè)手段相比，衛(wèi)星遙感具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：

1）限制條件少。衛(wèi)星因所處位置高遠(yuǎn)，基本不受地理、天氣和人為條件的限制，可以覆蓋偏遠(yuǎn)、環(huán)境條件惡劣的海區(qū)，以及由于政治、軍事原因不能直接進(jìn)行調(diào)查的海區(qū)。

2）大面積同步。依靠傳統(tǒng)的方式，很難進(jìn)行大面積同步觀測(cè)，而衛(wèi)星遙感可以同步觀測(cè)幾千至幾萬(wàn)平方千米，對(duì)海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、資源普查、大面積測(cè)繪制圖極為有利。

3）時(shí)效性突出。衛(wèi)星遙感可以在幾天內(nèi)對(duì)同一海區(qū)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，持續(xù)跟蹤海洋要素的動(dòng)態(tài)變化。衛(wèi)星能夠周期性地監(jiān)視大洋環(huán)流、海面溫度場(chǎng)變化、魚(yú)群遷移、污染物漂移等情況。這對(duì)研究海洋不同周期的環(huán)境要素變化及災(zāi)害監(jiān)測(cè)非常重要。

4）綜合優(yōu)勢(shì)強(qiáng)。衛(wèi)星遙感能同時(shí)進(jìn)行海面風(fēng)場(chǎng)、高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、浪場(chǎng)、重力場(chǎng)、大洋環(huán)流等相互作用和能量收支情況的綜合觀測(cè)，數(shù)據(jù)獲取效率高，常規(guī)船舶觀測(cè)需要幾十年才能完成的任務(wù)，衛(wèi)星遙感幾個(gè)月就能夠?qū)崿F(xiàn)，社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

一般說(shuō)來(lái)，遙感衛(wèi)星都可以用來(lái)觀測(cè)海洋要素，如很多陸地資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星也可以獲取圖像、溫度等數(shù)據(jù)，但由于海洋環(huán)境及動(dòng)力要素觀測(cè)的特殊性，常規(guī)遙感衛(wèi)星及其載荷在設(shè)計(jì)上對(duì)海洋觀測(cè)的針對(duì)性不足，所獲數(shù)據(jù)很難達(dá)到理想的應(yīng)用效果，因此，需要專門的海洋衛(wèi)星以滿足海洋觀測(cè)的特殊需求：

1）觀測(cè)要素特殊。海洋水色遙感探測(cè)信號(hào)強(qiáng)度弱，一般只有陸地的1／6～1／4。此外，可觀測(cè)譜段帶寬較窄，可見(jiàn)光通道帶寬約為10nm，近紅外通道帶寬約為20nm。針對(duì)海表溫度、鹽度、風(fēng)速等海洋動(dòng)力觀測(cè)要素，微波輻射計(jì)要使用較低的微波頻率，對(duì)分辨率要求較高；海面風(fēng)場(chǎng)探測(cè)需要微波散射計(jì)支持；海表高度、有效波高需要微波高度計(jì)或激光高度計(jì)支持。

2）觀測(cè)精度要求高。海洋水色遙感要求信噪比（SNR）大于500，在譜段窄的情況下實(shí)現(xiàn)如此高的信噪比難度很大。為避免云等亮目標(biāo)影響，遙感器雜散光要嚴(yán)格控制在2%以內(nèi)，偏振度抑制能力一般要小于2%。此外，為避免海面太陽(yáng)耀斑對(duì)成像的影響，通常要求衛(wèi)星或遙感器具有俯仰傾斜成像功能。針對(duì)海洋動(dòng)力遙感，一般需要厘米級(jí)的定軌精度要求，遠(yuǎn)高于其他衛(wèi)星米級(jí)的要求。

3）海面動(dòng)態(tài)變化劇烈。海洋總是處于動(dòng)態(tài)變化中，特別是災(zāi)害發(fā)生時(shí)，變化情況更為劇烈，數(shù)小時(shí)之內(nèi)海面狀況就可能發(fā)生翻天覆地的變化，因此海洋觀測(cè)的時(shí)間觀測(cè)分辨率至少要達(dá)到1天的目標(biāo)。考慮云的影響，還應(yīng)進(jìn)行上、下午星組網(wǎng)觀測(cè)。

4）載荷連續(xù)性觀測(cè)。海洋占全球面積2／3以上，要實(shí)現(xiàn)海洋全覆蓋觀測(cè)，幾乎是進(jìn)行全球觀測(cè)，因此需要連續(xù)遙感。

3 國(guó)內(nèi)外海洋衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

3.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

美國(guó)、歐洲、日本、加拿大等世界主要航天國(guó)家和地區(qū)在海洋衛(wèi)星發(fā)展方面都已達(dá)到很高的水平，并仍在加速發(fā)展；韓國(guó)、印度等也都發(fā)射了海洋衛(wèi)星。國(guó)際上衛(wèi)星海洋應(yīng)用已經(jīng)逐步向業(yè)務(wù)化發(fā)展，在海洋環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。目前，在海洋環(huán)境觀測(cè)中，國(guó)外已通過(guò)對(duì)兩極冰川的長(zhǎng)期監(jiān)視，掌握了海平面上升與冰川變化趨勢(shì)的關(guān)系，通過(guò)大洋環(huán)流與海氣相互作用的動(dòng)態(tài)變化觀測(cè)，探索了海洋與全球氣候變化的聯(lián)系；在海洋災(zāi)害方面，海洋衛(wèi)星提供的大量連續(xù)、實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)災(zāi)害預(yù)報(bào)、災(zāi)害評(píng)估和災(zāi)后重建起到了關(guān)鍵作用。表1列出了國(guó)外用于海洋觀測(cè)的主要衛(wèi)星概況。

表1 國(guó)外主要用于海洋觀測(cè)的衛(wèi)星Tab.1 Main foreign ocean observation satellites

國(guó)外海洋衛(wèi)星發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）注重體系建設(shè)和持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。海洋觀測(cè)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的任務(wù)，只有對(duì)長(zhǎng)期觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，才能準(zhǔn)確地揭示各種海洋現(xiàn)象，服務(wù)海洋應(yīng)用。國(guó)外在規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，重視體系的頂層設(shè)計(jì)，通過(guò)制定天地一體化的綜合對(duì)地觀測(cè)計(jì)劃，發(fā)展建立全球性、立體、多維空間的海洋觀測(cè)體系，注重保持觀測(cè)數(shù)據(jù)的持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)多種海洋觀測(cè)衛(wèi)星聯(lián)合觀測(cè)和持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

2）觀測(cè)要素覆蓋全面，技術(shù)指標(biāo)不斷提高。國(guó)外衛(wèi)星能夠觀測(cè)到的海洋要素越來(lái)越全面，從最早的單一觀測(cè)要素，發(fā)展到目前的水色、動(dòng)力學(xué)環(huán)境以及海上目標(biāo)等多種觀測(cè)要素，歐洲航天局的 “環(huán)境衛(wèi)星”就裝載了多種光學(xué)和微波載荷，能夠觀測(cè)多種海洋特性。海洋觀測(cè)要素的測(cè)量精度也越來(lái)越高，后續(xù)更高分辨率衛(wèi)星也在研制之中。

3）專業(yè)海洋衛(wèi)星與具備海洋觀測(cè)能力綜合型衛(wèi)星并行發(fā)展。一方面，國(guó)外大力發(fā)展專業(yè)型的海洋衛(wèi)星。另一方面，國(guó)外在其他遙感衛(wèi)星上裝載了具備海洋要素觀測(cè)能力的有效載荷，進(jìn)一步拓展了海洋觀測(cè)業(yè)務(wù)能力。

3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀與成就

2002年5月，中國(guó)成功發(fā)射了第一顆海洋水色衛(wèi)星—— “海洋一號(hào)A”（HY-1A）衛(wèi)星，結(jié)束了中國(guó)沒(méi)有海洋衛(wèi)星的歷史，使中國(guó)海洋觀測(cè)跨入衛(wèi)星海洋時(shí)代，獲取了大量海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)。利用“海洋一號(hào)A”衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)渤海、黃海、東海近24次赤潮實(shí)施了預(yù)警和監(jiān)測(cè)；對(duì)中國(guó)渤海每年冬季3個(gè)月左右的結(jié)冰期進(jìn)行了海冰預(yù)報(bào)，并獲取了大量南北極冰蓋數(shù)據(jù)，為科學(xué)考察提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2007年4月，“海洋一號(hào)B”（HY-1B）衛(wèi)星成功發(fā)射，衛(wèi)星觀測(cè)視場(chǎng)得到擴(kuò)大，將海洋重復(fù)觀測(cè)時(shí)間從3天縮短到了1天，衛(wèi)星綜合性能得到提高，進(jìn)一步提高了應(yīng)用水平，目前仍在超期服役［2-3］。

2011年8月成功發(fā)射的 “海洋二號(hào)”（HY-2）衛(wèi)星，是中國(guó)首顆海洋動(dòng)力環(huán)境探測(cè)衛(wèi)星。其主要使命是：觀測(cè)全球海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)，包括海面風(fēng)場(chǎng)、海面高度場(chǎng)、浪場(chǎng)、海流、海上風(fēng)暴、潮汐、海洋動(dòng)力場(chǎng)、大洋環(huán)流和海表溫度場(chǎng)等重要的海洋參數(shù)。它是海洋防災(zāi)減災(zāi)的重要監(jiān)測(cè)手段，可直接為災(zāi)害性海況預(yù)警、海洋科學(xué)研究、海洋環(huán)境預(yù)報(bào)和全球氣候變化研究提供衛(wèi)星遙感信息，還可提供全球海洋地形數(shù)據(jù)和海浪數(shù)據(jù)，其中全球高分辨率海洋大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)可直接為國(guó)防服務(wù)［4］。

即將立項(xiàng)研制的1m分辨率C頻段多極化SAR衛(wèi)星是海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，主要滿足專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)（EEZ）的執(zhí)法監(jiān)視、海洋權(quán)益維護(hù)，以及中國(guó)海洋綜合規(guī)劃、利用、保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)等業(yè)務(wù)化需求。

通過(guò) “海洋一號(hào)”和 “海洋二號(hào)”衛(wèi)星的研制和發(fā)射，中國(guó)取得了以下技術(shù)進(jìn)步和突破：

1）填補(bǔ)了中國(guó)在海洋水色和海洋動(dòng)力環(huán)境空間遙感領(lǐng)域的空白。“海洋一號(hào)”衛(wèi)星使中國(guó)跨入衛(wèi)星海洋時(shí)代，“海洋二號(hào)”衛(wèi)星縮短了中國(guó)與國(guó)外近30年的差距，使中國(guó)海洋衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)行列［5］。

2）突破了一大批關(guān)鍵技術(shù)。其中包括：海洋微波和光學(xué)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)；雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)、微波輻射計(jì)以及海洋水色儀等海洋遙感載荷技術(shù)；精密定軌和精確軌道控制技術(shù)［6］。

3）初步建立了天地一體化的應(yīng)用系統(tǒng)。即由衛(wèi)星、地面接收、數(shù)據(jù)處理和分發(fā)、示范應(yīng)用等組成的衛(wèi)星海洋遙感應(yīng)用系統(tǒng)。

4）形成了海洋衛(wèi)星研制基礎(chǔ)能力。其中包括高精度衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、專用有效載荷設(shè)計(jì)與驗(yàn)證等相關(guān)基礎(chǔ)配套設(shè)施，以及經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人才隊(duì)伍。

3.3 中國(guó)現(xiàn)有海洋衛(wèi)星的差距與不足

中國(guó)海洋衛(wèi)星通過(guò)多年的發(fā)展，技術(shù)上已經(jīng)具有相當(dāng)水平，可部分滿足海洋用戶需求，但與國(guó)際海洋衛(wèi)星的發(fā)展相比，還存在較大差距，未來(lái)還有較大的提升空間。

1）尚未形成穩(wěn)定運(yùn)行的衛(wèi)星體系。目前，中國(guó)只發(fā)射了3顆海洋衛(wèi)星，其中在軌運(yùn)行2顆，具備了海洋水色和動(dòng)力環(huán)境觀測(cè)手段，但由于衛(wèi)星數(shù)量較少，后續(xù)業(yè)務(wù)星規(guī)劃不明確，尚未形成穩(wěn)定運(yùn)行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，不能滿足用戶對(duì)海洋衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)、穩(wěn)定、高精度、綜合應(yīng)用等需求。

2）性能指標(biāo)尚有差距。中國(guó)在軌運(yùn)行的海洋水色衛(wèi)星水色掃描儀為10個(gè)譜段，分辨率為1 100m，國(guó)外最高已經(jīng)達(dá)到36個(gè)譜段，幾何分辨率為250m；中國(guó)海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星測(cè)高精度為5～8cm，而國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3～5cm；衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量，如輻射特性和幾何特性，還有差距，影響了地面定量化應(yīng)用水平。

3）觀測(cè)手段還需完善。目前，鹽度計(jì)、成像雷達(dá)、重力場(chǎng)監(jiān)測(cè)、波譜儀等載荷還處于初步研發(fā)階段，短時(shí)間內(nèi)難以形成工程化應(yīng)用；在淺海和島礁深度、海洋和海冰三維成像等領(lǐng)域，尚屬空白。

4）天地一體化應(yīng)用緩慢。衛(wèi)星研制和應(yīng)用發(fā)展不同步，尚未形成從用戶需求、衛(wèi)星研制到應(yīng)用的一體化互動(dòng)機(jī)制，天地一體化定標(biāo)工作推進(jìn)緩慢，有待通過(guò)廣泛持續(xù)的應(yīng)用來(lái)加深對(duì)衛(wèi)星性能指標(biāo)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)應(yīng)用需求合理轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星技術(shù)需求，同時(shí)提高衛(wèi)星研制和應(yīng)用水平。

4 發(fā)展中國(guó)海洋衛(wèi)星體系的建議

中國(guó)在海洋環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面已初步具備海洋水色、海洋動(dòng)力等海洋觀測(cè)技術(shù)能力，但與國(guó)際水平和國(guó)家需求相比還存在較大差距，亟需從當(dāng)前緊迫需求和未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃海洋衛(wèi)星的后續(xù)發(fā)展。因此，建議中國(guó)海洋衛(wèi)星體系總體發(fā)展以滿足國(guó)家海洋環(huán)境、災(zāi)害以及資源監(jiān)測(cè)重大需求為出發(fā)點(diǎn)，以建立長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定服務(wù)的業(yè)務(wù)衛(wèi)星體系為著眼點(diǎn)，以 “自主創(chuàng)新、提升能力、業(yè)務(wù)為基、天地統(tǒng)籌、分步實(shí)施”為方針，逐步建成中國(guó)光學(xué)和微波遙感相結(jié)合，高、中、低分辨率相銜接，軌道分布合理的海洋衛(wèi)星體系，大幅度提高中國(guó)海洋觀測(cè)能力，為發(fā)展中國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)、維護(hù)海洋權(quán)益和海防安全提供穩(wěn)定支持［7］。

4.1 加快海洋衛(wèi)星體系建設(shè)步伐，形成連續(xù)穩(wěn)定的業(yè)務(wù)服務(wù)能力

中國(guó)在20世紀(jì)90年代就提出了海洋水色、海洋動(dòng)力、海洋監(jiān)視的整體發(fā)展框架，但到目前為止，僅僅發(fā)射了2顆海洋水色衛(wèi)星和1顆海洋動(dòng)力衛(wèi)星。海洋水色衛(wèi)星已超期服役1年，海洋動(dòng)力環(huán)境觀測(cè)剛剛起步，海洋監(jiān)視方面還是空白，沒(méi)有建立海洋觀測(cè)業(yè)務(wù)衛(wèi)星發(fā)展模式，中國(guó)海洋衛(wèi)星業(yè)務(wù)服務(wù)能力的差距比較明顯。根據(jù)中國(guó)實(shí)際需求和技術(shù)基礎(chǔ)，迫切需要在 “十二五”期間建設(shè)一個(gè)基本具備業(yè)務(wù)化運(yùn)行能力的海洋衛(wèi)星體系，并以此為基本架構(gòu)，開(kāi)展地球靜止軌道合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)太平洋、大西洋及印度洋的長(zhǎng)期、快速觀測(cè)；開(kāi)展傾斜軌道海洋衛(wèi)星的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)南北緯60°之間的重點(diǎn)海域快速覆蓋，最終形成高、中、低軌相互配合，太陽(yáng)同步軌道、傾斜軌道、地球靜止軌道相互補(bǔ)充，快速重訪與精細(xì)觀測(cè)相互補(bǔ)充的海洋衛(wèi)星體系。

中國(guó)海洋衛(wèi)星體系由海洋水色、海洋動(dòng)力環(huán)境、海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)3個(gè)衛(wèi)星系列構(gòu)成，三者互相結(jié)合形成綜合觀測(cè)能力，可以滿足大部分海洋環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)測(cè)要素的需求，為中國(guó)海洋資源利用、海洋執(zhí)法監(jiān)察、海域管理使用、海洋環(huán)境保護(hù)以及海洋防災(zāi)減災(zāi)等提供強(qiáng)有力的支撐。

（1）海洋水色衛(wèi)星

中國(guó)海洋水色衛(wèi)星系列繼承 “海洋一號(hào)”衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)第一代水色儀和成像儀進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和性能完善，包括水色儀制冷機(jī)壽命提高到20 000h，水色儀和海岸帶成像儀偏振靈敏度提高到2%，海岸帶成像儀熒光譜段（B3、B4）信噪比提高3倍，以及海岸帶成像儀和水色儀增加內(nèi)定標(biāo)功能等。在此基礎(chǔ)上發(fā)射后續(xù)的業(yè)務(wù)衛(wèi)星，保持2顆衛(wèi)星連續(xù)在軌運(yùn)行，形成連續(xù)穩(wěn)定的海洋水色業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)獲取能力?！昂Ｑ笠惶?hào)”衛(wèi)星具有寬覆蓋的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)1天全球無(wú)縫覆蓋；兩顆 “海洋一號(hào)”衛(wèi)星構(gòu)成星座，實(shí)現(xiàn)上下午星組網(wǎng)運(yùn)行模式，可實(shí)現(xiàn)1天內(nèi)2次對(duì)同一海域進(jìn)行觀測(cè)，滿足海洋環(huán)境高動(dòng)態(tài)觀測(cè)要求。

（2）海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星

海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星系列繼承 “海洋二號(hào)”衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)，在科研星在軌得到驗(yàn)證的條件下，增加延時(shí)多普勒雷達(dá)高度計(jì)或全極化微波輻射計(jì)載荷，盡快發(fā)射后續(xù)的業(yè)務(wù)衛(wèi)星，保持2顆衛(wèi)星連續(xù)在軌運(yùn)行，形成連續(xù)、穩(wěn)定的業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)獲取能力。“海洋二號(hào)”衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)小于2天全球無(wú)縫覆蓋，對(duì)于緯度稍高區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)1天全球覆蓋。兩顆 “海洋二號(hào)”衛(wèi)星以共面相位均勻分布的形式組網(wǎng)，在中國(guó)大部分地區(qū)可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一海域1天內(nèi)2次以上的觀測(cè)。

（3）海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星

利用高分專項(xiàng)中1m分辨率C頻段多極化SAR衛(wèi)星的技術(shù)成果，廣泛開(kāi)展海洋觀測(cè)應(yīng)用，積累海洋微波成像監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)。目前，設(shè)計(jì)的1m分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，單側(cè)視情況下平均重訪周期小于3天；雙側(cè)視情況下，對(duì)中國(guó)94%的海洋區(qū)域重訪周期小于1.5天（100km帶寬）。

此外，由于大量的海洋衛(wèi)星觀測(cè)要素為間接測(cè)量，需通過(guò)反演手段從觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取有效信息，致使海洋衛(wèi)星業(yè)務(wù)化運(yùn)行能力受到定量化應(yīng)用水平的制約。因此，衛(wèi)星部門、載荷部門與應(yīng)用部門應(yīng)聯(lián)合開(kāi)展數(shù)據(jù)反演、高精度定標(biāo)等技術(shù)的研究，規(guī)劃并開(kāi)展定標(biāo)場(chǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和應(yīng)用從能用、會(huì)用到好用、用好的轉(zhuǎn)變，加快業(yè)務(wù)化運(yùn)行建設(shè)步伐。通過(guò) “十二五”建設(shè)，中國(guó)海洋觀測(cè)能力將得到極大提升，不但可以實(shí)現(xiàn)從單星觀測(cè)向星座組網(wǎng)觀測(cè)、單一要素觀測(cè)向綜合觀測(cè)、從近海觀測(cè)向全球觀測(cè)轉(zhuǎn)變，而且將建立海洋觀測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行模式，使中國(guó)海洋觀測(cè)整體能力進(jìn)入世界前列。據(jù)初步估算，如果 “十二五”末期能保持上述5顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，中國(guó)將具備主要海洋環(huán)境及災(zāi)害要素的監(jiān)測(cè)能力，對(duì)海洋防災(zāi)減災(zāi)、權(quán)益維護(hù)、環(huán)境保護(hù)、海域管理、海上執(zhí)法監(jiān)察、海洋災(zāi)害與突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)的覆蓋能力可達(dá)到70%，對(duì)中國(guó)海洋戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

為促進(jìn)海洋衛(wèi)星業(yè)務(wù)化發(fā)展，必須加強(qiáng)科研衛(wèi)星與業(yè)務(wù)衛(wèi)星的有效銜接。一方面，在科研星得到在軌驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，及時(shí)啟動(dòng)業(yè)務(wù)星的研制程序；另一方面，根據(jù)業(yè)務(wù)星的設(shè)計(jì)壽命，按實(shí)際需要提前啟動(dòng)業(yè)務(wù)星的研制生產(chǎn)，以保障用戶部門連續(xù)穩(wěn)定的業(yè)務(wù)應(yīng)用。這樣不僅能夠有效降低衛(wèi)星研制成本，也有利于衛(wèi)星質(zhì)量性能穩(wěn)步提高，同時(shí)還有利于用戶提高應(yīng)用效能。

4.2 強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步提升海洋衛(wèi)星觀測(cè)能力

為進(jìn)一步提升海洋衛(wèi)星的業(yè)務(wù)服務(wù)能力，需要在 “十二五”海洋衛(wèi)星體系建設(shè)的基礎(chǔ)上，針對(duì)海洋衛(wèi)星新的發(fā)展趨勢(shì)和新的需求，強(qiáng)化創(chuàng)新。一方面，增強(qiáng)衛(wèi)星平臺(tái)能力，升級(jí)已有載荷的觀測(cè)能力，進(jìn)一步提高衛(wèi)星整體性能；另一方面，需要不斷豐富海洋要素觀測(cè)手段，發(fā)展新型載荷，促進(jìn)海洋衛(wèi)星體系性能不斷完善。

（1）不斷提升現(xiàn)有系列衛(wèi)星的整體性能

針對(duì)衛(wèi)星長(zhǎng)壽命、高可靠以及圖像質(zhì)量等與業(yè)務(wù)應(yīng)用密切相關(guān)的問(wèn)題，進(jìn)一步增強(qiáng)衛(wèi)星平臺(tái)的承載能力，發(fā)展敏捷衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)，掌握衛(wèi)星長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)、研制、運(yùn)行的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)海洋衛(wèi)星壽命長(zhǎng)于5年；提高有效載荷的探測(cè)靈敏度和探測(cè)精度，提升現(xiàn)有衛(wèi)星的定量化觀測(cè)能力，促進(jìn)海洋衛(wèi)星整體觀測(cè)能力達(dá)到新的高度。

1）海洋水色衛(wèi)星。圍繞用戶任務(wù)需求，對(duì)有效載荷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)。發(fā)展可編程推掃式海洋中分辨率成像光譜儀和第二代海洋水色水溫掃描儀?？删幊掏茠呤胶Ｑ笾蟹直媛食上窆庾V儀空間分辨率達(dá)到100m，覆蓋寬度560km，光譜分辨率最小1.5nm。第二代海洋水色水溫掃描儀的空間分辨率達(dá)到500m，覆蓋寬度3 000km，譜段數(shù)增加到12個(gè)（增加2個(gè)短波紅外譜段），絕對(duì)定標(biāo)精度達(dá)到5%。海洋水色衛(wèi)星整體性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2）海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星。進(jìn)一步提高微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、掃描微波輻射計(jì)等載荷的性能，突破大功率發(fā)射和高靈敏接收等技術(shù)，海面有效波高的測(cè)量精度提高到0.2m，海面溫度場(chǎng)的定標(biāo)精度優(yōu)于0.5K，風(fēng)速測(cè)量精度達(dá)到1m／s，海浪波向精度達(dá)到15°。海洋動(dòng)力衛(wèi)星的技術(shù)水平進(jìn)入世界前列。

3）海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)衛(wèi)星。在1m分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，突破雙星編隊(duì)飛行應(yīng)用技術(shù)，形成干涉監(jiān)測(cè)能力，在具備海洋目標(biāo)監(jiān)視能力的基礎(chǔ)上，形成全球高程（DEM）數(shù)據(jù)獲取、毫米級(jí)陸表形變與厘米級(jí)海面高度監(jiān)測(cè)等服務(wù)能力。

（2）發(fā)展新型海洋觀測(cè)載荷

目前，中國(guó)海洋觀測(cè)手段還存在空白，已有的觀測(cè)手段也存在局限性，如微波遙感器在海岸帶數(shù)十千米范圍內(nèi)不能準(zhǔn)確觀測(cè)海面信息、主動(dòng)式微波散射計(jì)存在風(fēng)向模糊問(wèn)題及高風(fēng)速（大于25m／s）測(cè)量誤差大等問(wèn)題。為此，需要與海洋科學(xué)研究部門緊密配合，加強(qiáng)對(duì)各類海洋觀測(cè)要素、觀測(cè)機(jī)理的基礎(chǔ)性研究，加大技術(shù)投入和攻關(guān)力度，研制新型海洋觀測(cè)載荷。

發(fā)展三維成像雷達(dá)高度計(jì)和成像微波散射計(jì)，解決目前主、被動(dòng)微波遙感存在的局限和問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)海洋三維成像能力。發(fā)展寬幅合成孔徑雷達(dá)干涉高度計(jì)（SWOT），該高度計(jì)工作在Ka頻段（約35GHz），其掃描寬度可達(dá)110km，測(cè)量海洋高度的數(shù)據(jù)單元為1km×1km，測(cè)高準(zhǔn)確度可達(dá)到1cm，從而實(shí)現(xiàn)10km尺度海洋過(guò)程的觀測(cè)。

大力發(fā)展鹽度計(jì)、激光雷達(dá)、雙頻合成孔徑雷達(dá)等新型遙感器系統(tǒng)。鹽度計(jì)可在1.5GHz頻段實(shí)現(xiàn)測(cè)量全球海洋鹽度分布，鹽度測(cè)量精度優(yōu)于0.2psu；激光雷達(dá)可測(cè)量淺海島礁分布，探測(cè)水深達(dá)40m，探測(cè)水深精度為30cm；雙頻合成孔徑雷達(dá)可獲取不同頻段的信息，進(jìn)一步提高輻射分辨特性，并在更多工作模式下實(shí)現(xiàn)全極化工作。

通過(guò)多種新型遙感器的研制，全方位地拓展衛(wèi)星觀測(cè)手段，提供多類型、多頻段、多分辨率的觀測(cè)數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)互補(bǔ)應(yīng)用，從而全面提高中國(guó)海洋觀測(cè)水平。

4.3 加強(qiáng)天地一體化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星研制與業(yè)務(wù)應(yīng)用良性互動(dòng)

改變目前中國(guó)衛(wèi)星研制與地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)分立的發(fā)展現(xiàn)狀，綜合考慮衛(wèi)星設(shè)計(jì)研制、地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)、定量化產(chǎn)品制作等環(huán)節(jié)，推動(dòng)建立面向應(yīng)用的天地一體化業(yè)務(wù)發(fā)展模式。衛(wèi)星研制與應(yīng)用部門聯(lián)合開(kāi)展衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研究，建立可與國(guó)際銜接、符合國(guó)情的數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范衛(wèi)星的性能參數(shù)。從應(yīng)用實(shí)踐出發(fā)，加深對(duì)衛(wèi)星圖像質(zhì)量的理解，研究制定可操作的衛(wèi)星圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，形成中國(guó)衛(wèi)星性能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，促進(jìn)衛(wèi)星從可用向好用發(fā)展。加強(qiáng)典型海洋要素光（波）譜特性、微波散射輻射機(jī)理特性與算法模式、海洋要素反演和遙感應(yīng)用模型仿真等應(yīng)用基礎(chǔ)研究與室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)，發(fā)展天地一體化定標(biāo)技術(shù)，從星地兩方面提升遙感定量化應(yīng)用能力。

4.4 積極開(kāi)展對(duì)外交流與合作，提高國(guó)際影響力

中國(guó)應(yīng)加大參與全球性海洋觀測(cè)計(jì)劃的力度。一方面，可以與國(guó)際海洋衛(wèi)星互相配合，為全球提供海洋觀測(cè)資源信息，彰顯大國(guó)地位；另一方面，與國(guó)際衛(wèi)星研制部門在海洋衛(wèi)星領(lǐng)域開(kāi)展合作，最大限度地利用國(guó)際科技資源和數(shù)據(jù)資源，通過(guò)搭載、引進(jìn)消化、聯(lián)合研制等手段，提高中國(guó)海洋衛(wèi)星技術(shù)與應(yīng)用水平，推進(jìn)中國(guó)海洋衛(wèi)星體系的建設(shè)和發(fā)展。

目前，國(guó)際上在海洋觀測(cè)方面有多個(gè)大型計(jì)劃，包括全球海洋實(shí)時(shí)觀測(cè)網(wǎng)（ARGO）計(jì)劃、全球海洋碳觀測(cè)（GTOS）計(jì)劃，以及歐洲海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)（GOOS）等。其中，中國(guó)參與了最具代表性的全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)，并在此框架下發(fā)起組織了東北亞海洋觀測(cè)系統(tǒng)（NEARGOOS）。這些計(jì)劃對(duì)于整合全球資源，形成長(zhǎng)期、連續(xù)的海洋立體觀測(cè)具有重要意義，將極大地提高人類對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)，增長(zhǎng)人類抵御海洋災(zāi)害的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

近十年來(lái)，中國(guó)海洋衛(wèi)星從無(wú)到有，初步建立了全球海域的探測(cè)試驗(yàn)型業(yè)務(wù)化能力。未來(lái)還需要進(jìn)一步加快構(gòu)建海洋衛(wèi)星體系，深化海洋環(huán)境觀測(cè)。一是加快海洋衛(wèi)星體系建設(shè)，到 “十二五”末建成同時(shí)在軌5顆衛(wèi)星、初步具備業(yè)務(wù)化運(yùn)行能力的海洋衛(wèi)星體系；二是強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，升級(jí)現(xiàn)有載荷觀測(cè)能力，同時(shí)研制新型遙感載荷，以完善海洋要素觀測(cè)手段，進(jìn)一步提升海洋衛(wèi)星觀測(cè)能力；三是加強(qiáng)天地一體化應(yīng)用研究，發(fā)展天地一體化定標(biāo)技術(shù)，從星地兩方面提升遙感定量化應(yīng)用能力；四是開(kāi)展對(duì)外交流與合作，積極拓展國(guó)際市場(chǎng)，參與全球海洋觀測(cè)計(jì)劃，為全球提供海洋觀測(cè)服務(wù)，提高國(guó)際影響力。中國(guó)空間技術(shù)研究院在大力發(fā)展海洋衛(wèi)星技術(shù)的同時(shí)，將積極配合業(yè)務(wù)主管部門和用戶部門，推動(dòng)中國(guó)海洋衛(wèi)星體系頂層規(guī)劃和建設(shè)，持續(xù)提升中國(guó)海洋環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力，為我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)！

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