高分－5衛(wèi)星兩臺載荷傳回數(shù)據(jù)和圖像

李莉 李碧岑 江澄 李巖（北京空間機電研究所）

2018年5月9日2時28分，我國首顆高光譜分辨率大氣環(huán)境觀測衛(wèi)星高分－5在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。高分－5衛(wèi)星是高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項中唯一一顆實現(xiàn)高光譜分辨率的對地觀測衛(wèi)星，是國際上首顆大氣和陸地綜合高光譜觀測衛(wèi)星，是實現(xiàn)國家高分辨率對地觀測能力的重要標(biāo)志之一。

高分－5衛(wèi)星運行在軌道高度705km的太陽同步軌道，衛(wèi)星設(shè)計壽命8年。星上搭載了6種有效載荷，是高分系列衛(wèi)星中搭載載荷最多的衛(wèi)星。其中，主要載荷大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測儀和全譜段光譜成像儀均由北京空間機電研究所研制。

1 大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測儀成功獲取國內(nèi)首幅掩星觀測數(shù)據(jù)

高分－5衛(wèi)星搭載的大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測儀，是國內(nèi)首個采用太陽掩星觀測方式的甚高光譜分辨率紅外光譜儀，采用8倍光程放大的時間調(diào)制型干涉分光技術(shù)，是國內(nèi)目前光譜分辨率以及光譜定標(biāo)精度最高的光譜儀，可直接獲取大氣痕量氣體垂直分布信息，為我國的大氣探測提供了全新的視角，為大氣痕量氣體觀測研究、中高層大氣物理和大氣化學(xué)研究、臨近空間環(huán)境研究提供更多更高質(zhì)量的科學(xué)數(shù)據(jù)，服務(wù)于國家應(yīng)對氣候變化和環(huán)境問題的策略制定。

5月28日，經(jīng)過多日的星上加熱除氣，探測儀首次開啟對日成像模式。在成功捕獲太陽圖像后，探測儀按照計劃啟動太陽掩星觀測模式，并成功獲取了國內(nèi)首幅太陽掩星觀測數(shù)據(jù)。在日出的第一時刻，探測儀準(zhǔn)確掃描得到第一幀大氣吸收光譜，隨著太陽逐漸升起，探測儀持續(xù)掃描，最終獲得一系列不同大氣層高度的吸收光譜，高、低空大氣紅外輻射特性差異顯著，多種痕量氣體吸收特征明顯。該數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理及信息提取后，將得到大氣成分濃度垂直廓線，從而為全球氣候變化研究提供必需、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。

后續(xù)，技術(shù)人員將繼續(xù)進行數(shù)據(jù)收集和精細(xì)處理，實現(xiàn)大氣成分廓線的準(zhǔn)確生產(chǎn)，并配合地面系統(tǒng)和總體完成在軌調(diào)試、測試工作。

2 全譜段光譜成像儀成功獲取首批圖像

全譜段光譜成像儀的主要功能是對地觀測，能夠為用戶提供從可見到長波12個譜段的全譜段遙感圖像，尤其是四個細(xì)分的長波紅外譜段數(shù)據(jù)。這是國內(nèi)首次具備此種數(shù)據(jù)獲取手段，使高精度數(shù)據(jù)處理方法（分裂窗算法）得以應(yīng)用。該成像儀除部分元器件外，關(guān)鍵、核心產(chǎn)品均為國產(chǎn)。

全譜段光譜成像儀作為我國首臺實現(xiàn)覆蓋可見、近紅外、短波、中波、長波紅外譜段的多光譜相機，將以獨特的全譜段、全天時觀測能力，肩負(fù)起對地觀測重任，為環(huán)境保護、國土資源監(jiān)測、氣象監(jiān)測等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。在環(huán)保方面，全譜段光譜成像儀能夠提取水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境遙感信息，監(jiān)測水體熱污染（如核電站熱污排放）及水華等湖泊污染，同時還能對植被覆蓋度進行監(jiān)測、對礦產(chǎn)資源開發(fā)及其生態(tài)影響進行監(jiān)測；國土資源方面，可以提取礦物信息、進行礦區(qū)地物分類、對巖性構(gòu)造解譯；氣象方面，可以提取熱紅外譜段地表發(fā)射率，監(jiān)測局部地區(qū)高溫、青藏高原典型冰川群及積雪，以及提供干旱監(jiān)測所需的遙感信息。

5月28日18時，經(jīng)過在軌20天加熱去污后，全譜段光譜成像儀開機成像，并于29日上午回放下傳。收到第一軌回放的L0級圖像后，技術(shù)人員進行了圖像解譯、非均勻性校正、圖像配準(zhǔn)、圖像融合等處理。從處理后的圖像可以看出景物層次分明；中波紅外可以有效發(fā)現(xiàn)疑似著火點；中長波紅外可以檢測到明顯的船只及其尾跡；短波、近紅外和紅譜段融合可以有效進行水陸分離；短波、近紅外和綠譜段融合圖像可以進行農(nóng)作物檢測；短波、近紅外和藍(lán)譜段融合可以進行有效的植被檢測。

后續(xù)，研制團隊將繼續(xù)進行不同譜段的融合應(yīng)用研究，配合地面系統(tǒng)和總體完成在軌調(diào)試、測試工作，確保衛(wèi)星順利交付用戶。