"海洋一号"卫星10通道水色扫描仪光学系统的设计

介绍了2002年5月发射的中国“海洋一号”卫星10通道水色扫描仪的光学系统设计。该系统有10个探测通道,波段从可见到远红外,空间分辨率1．1km,并首次采用了“K镜”消像旋系统。     

基于QA Score的GDPS各个版本在黄海海域GOCI数据处理中的适应性分析

水体的遥感反射比光谱（R_rs(λ)）是海洋水色遥感反演海洋生物地球光学参数的关键,其定义是离水辐亮度与恰好水面之上的向下辐照度之比。海洋水色卫星传感器接收到的总信号中90%是大气的贡献,海洋水体贡献的离水辐亮度不足10%,因此对接收的信号进行大气校正获得高精度的水体遥感反射比信号是海洋光学遥感的关键技术之一。基于大量高质量的现场高光谱遥感反射比数据的基础上建立的R_rs(λ)光谱数据的质量评价体系QA(quality assurance),可以通过计算R_rs的得分情况（QA score）很好地识别出有问题或可能错误的R_rs(λ)光谱。GOCI(geostationary ocean color imager)是搭载在全球第一颗对地静止卫星COMS(communication ocean and meteorological satellite)上的主要传感器,由韩国海洋卫星中心（KOSC）发射,其高观测频次(8景观测数据/天)使生物地球化学参数的日变化监测成为可能。KOSC研发了GDPS (GOCI data processing system)软件专门用于GOCI数据处理,包括大气校正。到目前为止已为全球用户免费提供GDPS1.1, GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4, GDPS1.4.1, GDPS2.0六个版本。应用QA Score评价体系对于GDPS1.2, GDPS1.3, GDPS1.4.1, GDPS2.0四个版本在黄海海域处理得到的GOCI遥感反射比光谱数据的质量进行了评比。结果发现GDPS1.2的R_rs数据被视为无效的数据量明显大于GDPS1.3, GDPS1.4.1和GDPS2.0的处理结果;GDPS2.0的R_rs数据QA得分情况要差于GDPS1.2,GDPS1.3和GDPS1.4.1;GDPS1.3和GDPS1.4.1的数据处理结果基本相同,这与GDPS1.4在GDPS1.3的基础上只进行了软件模块化优化处理且修复了一些小问题的结果相吻合。基于该研究,黄海海域使用GOCI R_rs数据时,如果R_rs波段比是首要考虑因素（如反演叶绿素a浓度）且对有效数据数量要求不高,可以使用GDPS1.2版本进行大气校正;如果更关心的是某个波段R_rs值,则使用GDPS2.0进行大气校正更合适。     

海洋水色及水温扫描仪精确瑞利散射计算

瑞利散射计算精度对海洋水色遥感大气校正的精度起着关键作用,为了提高瑞利散射的计算精度,需要求解平行分层大气矢量辐射传输方程。详细地推导了加倍法解大气矢量辐射传输方程的基本关系式,并阐述了利用加倍法解矢量辐射传输方程的原理。通过与海视宽视场遥感器(SeaWiFS)精确瑞利散射查找表计算结果的比较,证明利用加倍法计算瑞利散射的精度优于0．5％,完全能够满足海洋水色遥感大气校正对瑞利散射计算精度的要求,并可以用来生成海洋水色及水温扫描仪精确瑞利散射查找表。最后,利用开发的加倍法解矢量辐射传输方程软件包,生成了海洋水色及水温扫描仪的精确瑞利散射查找表。开发的加倍法解矢量辐射传输方程软件包可直接用于我国第二代高性能海洋水色遥感器精确瑞利散射查找表的生成。     

用于海洋水色定量化遥感的光学薄膜技术

以海洋一号C/D卫星中国水色水温扫描仪[COCTS (HY-1C/D)]的光学薄膜研制为例，介绍了海洋水色定量化遥感中应用的光学薄膜技术。在单片基片的不同通道区域依次镀制多块滤光膜以抑制杂散光的产生，充分研究了光束空间角频率分布带来的光谱及偏振影响，实现了5%带宽的定位精度，将通道滤光膜对偏振灵敏度的影响降到0.3%以下，采用双离子束溅射工艺来保证膜层的可靠性和光谱性能。此外，通过光学薄膜元件的偏振调控设计以及元件间的偏振补偿，实现了系统偏振灵敏度达到国际先进水平，0°扫描角时的平均偏振灵敏度小于1%。光学薄膜技术的应用有效提升了海洋水色的定量化遥感质量，结合大气校正，COCTS (HY-1C/D)获得的水色产品数据量化精度与美国的中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）相当。     

海洋水色水温扫描仪精确大气漫射透射比计算

海洋水色水温扫描仪(COCTS)是中国海洋水色系列卫星上的主遥感器,主要用于探测我国及全球部分海域的海洋水色和水温环境信息.大气漫射透射比计算是COCTS大气校正的必需过程,直接影响COCTS大气校正和水色信息反演的精度.提出了基于加倍法解大气-海洋耦合矢量辐射传输方程的大气漫射透射比精确计算方法,通过与SeaWiFS精确大气漫射透射比查找表计算结果的比较,结果表明计算相对误差小于1.5%,而当观测天顶角小于60°时,计算相对误差小于0.5%,可以用来生成COCTS的精确大气漫射透射比查找表.在此基础上,生成了专门针对COCTS的精确大气漫射透射比查找表.     

静止轨道高光谱海洋水色仪光学系统设计

设计了由超大口径前置望远系统和超大视场光谱仪组成的超大口径高光谱海洋水色仪.前置望远系统采用同轴三反光学系统结构,口径为4 m,视场为0.64°,焦距为21.6 m,波段范围为400~1 000nm.超大视场光谱仪采用改进的Offner结构,视场为240mm,光谱分辨率为10nm.探测器像元尺寸为15μm×15μm,4片探测器交错拼接实现400km幅宽.超大视场光谱仪在400~1 000nm的宽波段内,点列图半径的均方根值均小于3.9μm,静止轨道高光谱海洋水色仪全系统不同波长的MTF在33.3lp/mm处大于0.52,各项指标均满足应用要求.     

水体的多角度偏振波谱特性及其在水色遥感中应用

清洁水体光谱在可见光和近红外波段的反射率比较低,其光谱特征不明显,在光学遥感图像上水体一般都表现为暗色调,造成了利用光谱学手段进行水体遥感识别和水质参数反演的困难。在研究水体的偏振波谱时作者发现,在对水体进行多角度观测时,水体在可见光与近红外波段的偏振度波谱值要远大于其无偏的反射率,表现在图像上即水体的偏振度图像的亮度要远大于其强度图像的亮度,文章对这种现象和规律进行了物理学解释,并利用法国PARASOL多角度偏振卫星遥感图像数据对这个规律进行了验证。该文首次揭示了利用多角度偏振遥感进行水体探测的优势,该方法有效解决了在利用光学遥感进行水体探测时反射率低的难题,大大提高水体的遥感识别能力和水质参数反演精度。     

海洋高光谱辐射实时观测系统的研制

研制了海洋水色高光谱辐射实时观测系统.该系统主要包括用于现场测量海面与海水近表层上行辐亮度和下行辐照度的高光谱光纤辐射计,装载高光谱光纤辐射计及其它辅助设施的海上观测平台,数据采集、实时通讯的控制系统.采用6通道光纤光谱仪解决了多参数测量同步性问题,通过自动调整光谱仪CCD积分时间提高其测量的动态范围;采用光纤光谱仪减小了光接收器的体积,减小了自阴影效应的影响;采用防污染装置解决了光学探头水下防污染问题.对系统的性能进行了室内测试及近海36 d试验.结果表明,光学系统零漂误差小于±5%,光学系统稳定可靠;浮标性能可很好地满足水下光辐射测量对浮标体姿态和稳定性的要求;控制系统的数据采集和通讯可靠有效.     

天战呼唤物理学

 一、控制太空是新的军事战略制高点太空是全人类的财产,和平开发与利用太空、造福于人类是全世界人民的共同心愿。然而,自从1957年人类发射第一颗人造地球卫星以来,世界各国已向太空发射的5000多颗卫星中70%是用于军事目的的。在现代战争中,从情报到侦察监视、从预警识别目标到精确制导武器的使用、从天气预报到战场情况的核查、从通信到计算机网络的防御和攻击,都要利用太空资源。“谁能控制空间谁就能控制地球”。天战已不再是科学幻想。     

嫦娥四号对我国空间科学国际合作模式的启示与展望

 我国完全自主实施的探月工程又名嫦娥工程，是中国航天迈向深空探测零的突破。自2004年1月正式立项以来，我国先后成功发射了嫦娥一号、二号、三号、五号T1试验器和四号任务，实现了“五战五捷”，成为人类进入21世纪后月球探测活动的重要力量。深受世人瞩目的嫦娥四号任务实施了两次发射，2018年5月21日发射“鹊桥”号中继星；由“玉兔二号”巡视器和着陆器组成的嫦娥四号探测器于2018年12月8日从西昌卫星发射中心升空，2019年1月3日顺利在月球背面预选区着陆，由多个国家和国际组织参与的科学探测任务陆续展开。     

全球卫星定位系统是如何定位的

 在学习“雷达”后有同学提出一个问题:“我们从电视里看到美国兵在伊拉克都带有全球卫星定位系统,它是如何利用电磁波进行定位的?请老师给我们介绍好吗?”全球卫星定位系统又叫GPS,GPS是“GlobalPo-sitioningSystem”即“全球定位系统”的简称。这个系统原来是美国国防部为其星球大战计划投巨资而建立的,其作用是为美国军方在全球的舰船、飞机导航并指挥陆军作战。在伊拉克战争中,涌现了大量高科技装备,而GPS全球卫星定位系统则是使用最广泛的一种。利用这个系统不论是美国的舰船、飞机,还是每一个士兵都随时知道自己所在的位置,随时都能够与上级和友邻取得联系。     

科苑快讯

 美国将发射探测小行星的飞船据《科技日报》报道为了揭开小行星的奥秘,寻找对付可能撞击地球的小型天体的方法,美国航空航天局计划本月16日发射一艘名为“尼尔”的小型飞船,对“厄洛斯”小行星进行为期3年的探测。     

中国、苏联卫星和美国科学——从谢家麟的经历看中美科技

 就在美国努力应对一场严重的经济衰退和其他挑战的时候,中国及其科技上的进步越来越成了美国全国关注的一个中心议题。例如,2011 年1 月25日,巴拉克?奥巴马总统在他的国情咨文中,就以中国和印度的崛起来说明“世界已经发生了变化”,尤其反映在全球对工作机会的竞争上。他并具体举例,提到中国的两项成就：“建成世界上最大的民营太阳能研究设施” 和“世界上最快的计算机”。他认为“这是我们这一代人的‘苏联卫星时刻’(Sputnikmoment)”,呼吁美国增加科技与教育投资,发誓要“在创新、教育、建设方面超过世界其他各国”。     

研究地球磁圈的小型卫星

 美国宇航局与加利福尼亚大学签订价值为1.73亿美元的合同,计划研制5颗专门研究地球磁圈以及太阳风影响地球磁场的小型卫星。该计划取名为THEMIS,是美国宇航局研制中等级别太空探测器计划的一部分。计划参与者除加利福尼亚大学之外,还有其他美国大学以及德国、奥地利、法国、加拿大、荷兰、日本和俄罗斯的一些科学家。每颗卫星质量为100千克,5颗卫星将全部利用“德尔塔-2”型运载火箭在2006年夏天发射升空。     

基于实测光谱分析的HJ-1B数据浅层雪深反演

积雪的重要性是不言而喻的同时积雪所带来的危害也受到越来越多的重视.目前,积雪深度遥感监测研究主要集中在微波遥感,少量的利用光学遥感进行的积雪深度研究也主要是利用气象卫星数据以及MODIS数据等.我国自主发射的环境与灾害监测小卫星无论是在光谱分辨率还是在空间分辨率上,都与气象卫星数据以及MODIS数据有较大区别,对利用H...     

新型通讯工具——“智能”子弹

 美国佛罗里达大学研制的“智能”子弹在射向目标之后能通过无线网传送信息,在“智能”子弹内部安放有传感器、微型发射机和电池,传感器收集的信息能传送到离开子弹70米外的掌上电脑或笔记本电脑上。佛罗里达大学根据LockheedMartin公司订单研制的“智能”子弹直径为17厘米,它可以利用普通气枪发射。子弹前部覆盖有一层粘性聚合物,这种粘性聚合物可使子弹牢牢粘附在目标上。由于射击的气动机理和不大的初速度,子弹发射后不会变形,因此“智能”子弹可以重复使用。佛罗里达大学学生对“智能”子弹原型进行了试验,并将它作为传感器而装备加速度表。     

反物质的寻找和理论研究现状

 反物质研究是宇宙学的重要课题之一。近年来这方面的研究比较活跃,比如华裔科学家丁肇中主持的轰动一时的“α磁谱仪计划”,其主要目的就是捕获宇宙中的反粒子。去年我国成功发射了“神舟”五号载人飞船,标志着我国航空航天技术已步入世界前沿,其目的也是为将来进行包括反物质问题在内的一系列科学研究创造条件。其他的研究设备还包括各种大型的国际空间站等等。     

今日国外物理

 1 美将首次发射小行星探测器据报道,美国将于1996年2月由“得尔塔2型”火箭发射一小行星探测器,要在近距离观测“爱神”小行星活动。此星是1898年发现,其长约35公里,宽14公里,高13公里;1975年,该星曾飞抵距地球2250万公里。定于1996年发射的探测器,将在1998年12月与爱神星会合,此时与地球距离约3.7亿公里。     

今日国外物理

 1 日本将发射首枚火星探测器据《世界科技译报》报道,经日本空间活动委员会(SAC)批准,于1996年发射首枚火星探测器“行星B”,使日本成为继美国和前苏联之后将探测器送上火星的第三个国家.同时获准项目包括“快车”试验,即于1993年在太空失重状态下对回收材料的无人装置进行试验,及1996年发射工程试验卫星ETS-7二大项目.     

科苑快讯

 今年将向太空发射“阿尔法磁谱仪”据《科技日报》报道 据德国航空航天中心消息,今年5月美国发现号航天飞机将首次把一个重达3吨的“阿尔法磁谱仪”(AMS)送入太