测量海洋盐度,这颗卫星如何“望闻问切”
记者从五院了解到,海洋动力环境包括温、盐、深、风、浪、流等多种要素,其中海洋盐度的测量是一大难关。过去,我国主要通过海洋科考船或漂流浮标来获取一手海洋盐度数据,数据覆盖范围和观测连续性有限。目前,全球尚无大范围连续稳定的高精度海洋盐度探测数据。
五院遥感卫星总体部卫星研制团队历经10余年矢志攻坚,先后攻克高精度、高稳定度L波段接收机,主被动联合电磁兼容性,大尺寸高精度天线展开,海洋盐度数据预处理及反演,综合孔径辐射计外定标技术等多项关键技术,使我国拥有了自主可控、高精度高连续性的全球海洋盐度数据源。
研制人员介绍,运用卫星遥感手段探测海洋盐度,主要是通过对卫星获取的海面微波辐射亮温数据进行反演而成,但是亮温的变化幅度很小,探测也常受到多重因素影响,因此天基高精度海洋盐度探测一直是世界级难题。
亮温是衡量海面微波辐射强度的物理量,会跟随海洋盐度变化而变化,可以通过微波辐射计接收海面微波辐射信号测得。但是,海面温度、海面粗糙度、人为信号干扰等都会影响微波辐射计测量的精准度。
为了尽可能排除各种干扰,研制人员设计了多种遥感器联合探测方案,给卫星配置了综合孔径微波辐射计、主被动探测仪和频谱监测仪三类遥感载荷,能够同步测量海洋盐度各种影响要素。
这使得海洋盐度探测卫星可以像老中医一样对全球海洋“望闻问切”,全面地获取海洋盐度探测所需数据。
“望”指卫星站在“太空视角”俯瞰,对全球海洋进行大范围的连续观测。
“闻”是卫星的重要工作,所搭载的数台载荷用于“收听”海面微波信号。综合孔径辐射计选择了对于海面亮温变化更敏感、波长较长、频率较低的L波段,依托小口径天线阵列等效合成大口径天线效果的原理,收听海面“低声诉说”的亮温信息;主被动探测仪中被动探测仪由L、C、K波段三个微波辐射计组成,分别收听海面的“低、中、高音”部分。其中,C波段、K波段信号能够帮助实现海面温度数据的反演。
“问”则由频谱监测仪完成。由于卫星主要工作的L波段也是手机通信、北斗导航等的工作波段,因此L波段微波辐射计接收的信号常会受到人类活动信号干扰。而频谱监测仪不仅能收听海面微波信号、分辨“音色”,还能识别位置,如同在询问“干扰源在何方”,并且精准锁定干扰信息,帮助科研人员排除射频干扰。
“切”则是卫星唯一一个主动动作,由主被动探测仪的主动仪器——L波段微波散射计完成。它通过向海面发射微波信号,测算信号遇到海面波浪等发生的后向散射系数,如同伸手“摸”海面的“皮肤状况”,来探测海面粗糙度。
通过“望闻问切”,海洋盐度探测卫星获取海面亮温、海面温度、海面粗糙度、射频干扰等信息并提供给地面站,由地面工作人员进行数据处理,进而反演出海洋盐度信息。
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