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我国自主的空间辐射测量基准卫星

   卫星在太空中遨游,为地面上的海事、气象等各领域保驾护航。人们盼望这些“太空眼”能看得越来越清楚,科学家认为,提高遥感卫星的辐射定标精度,减小观测误差,对于确保卫星产品反演精度具有决定性作用。此外,气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的要求,传统遥感仪器定标手段以及地面辐射校正技术已无法满足气候变化研究的需要,发展新型定标技术体系,解决地球系统变化的长期稳定观测问题势在必行。

  空间辐射测量基准卫星可以在准确遥感地球系统气候变化信号的同时,从根本上解决目前遥感卫星定标精度不高的问题,这一设想的实现,将对确保遥感卫星定量化应用产生决定性影响。

    “我国遥感卫星的辐射校正科学问题以及技术发展已经到了关键时刻,一方面中国的遥感卫星发展非常之快,另一方面,我国对于环境可持续发展以及全球变化研究的需求越来越迫切。现在看来,关于卫星辐射校正问题已经成为遥感卫星发展的关键问题,成为制约遥感卫星发展的拦路虎。”于新文说。

    “对于简单的定标而言,发展遥感载荷的定标系统没有问题,但是要想得到非常高的精度,其定标系统的造价往往超过载荷本身,甚至是载荷成本的5到10倍,而且每一颗卫星都构成非常复杂的定标系统这更不可能,更何况现在本身的技术在空间段也做不到那么高的精度要求。”卢乃锰说。

  如何应对卫星定标面临的种种挑战,这就是空间辐射测量基准卫星。

 “发射一颗具有极高的辐射测量精度的定标卫星,这颗卫星在绕地球飞行的时候,它会和其他的卫星有一个轨道交叉,利用该卫星与其他遥感卫星对地球同一目标同时空中观测,就可以把这颗卫星观测的结果传递到另一颗卫星上来标定另一颗卫星。这很像是我们做一个高精度的天平,先用这个天平秤完苹果,再将苹果放到别的天平上,去标定好其他任何一个天平。”卢乃锰说。

  这个方法的好处是用一颗基准星就可以对所有其他遥感卫星进行标定,从而大大降低了每颗卫星都设计高精度定标系统所带来的成本问题。

  由于空间辐射测量基准卫星定标精度要比现有遥感卫星高一个数量级以上,必须完成原理突破和技术革新,因此研制难度极大。

 2006年,美国国家大气海洋局、航空航天局、国家计量标准局等部门组织上百名科学家,联合召开气候变化背景下卫星仪器定标研讨会,试图举全国之力,共同发展用于气候变化监测的超高精度空间辐射测量卫星,CLAREEO(Climate Absolute Radiance and Refractivity Observatory)计划由此产生。美国国家大气海洋局助理局长亲自作报告,呼吁发展空间高精度辐射测量技术,确保气候变化监测,解决现有遥感卫星的定标问题。

  国内863计划在“十二五”期间,针对空间辐射基准源研制关键技术,部署了前瞻性项目。随着项目的启动,空间辐射测量基准卫星的概念得到国内科技与航天部门的认可和关注。

  “我们的总体目标是设定面向遥感卫星辐射定标系统发展前沿,统筹规划,分步实施,通过3个5年计划的实施把我国空间辐射测量基准卫星送上太空,解决气候监测的长期稳定性,以及现有的遥感卫星辐射定标精度不够的问题。”卢乃锰说。

  “地面辐射测量基准从60年代开始已经经历了三个阶段的发展,但是空间辐射测量现在发展仅仅相当于地面的第一个阶段。因为其难度水平和地面完全不一样,会涉及很多技术问题。”卢乃锰说。

  到目前为止,现有遥感载荷都难以确保遥感器的定标精度和遥感产品的长期稳定性和可靠性。突破空间遥感载荷的高精度星上辐射定标核心技术,建立我国自主空间辐射基准是我国今后相当长时间内积极努力的前沿课题。

  “当前,我国多个序列的遥感卫星虽然针对行业应用有所差别,但是仪器辐射定标过程基本相似,需要国家统一辐射计量基准开展卫星在轨定标。在空间平台上建立可溯源国际单位制SI的统一辐射基准,设计完整可靠的空间基准传递链,是根本解决星载遥感高精度高稳定度辐射定标的有效途径。”卢乃锰说。(经济日报记者 杜 芳)


      在8月7日召开的空间辐射测量基准技术高层研讨会上,与会专家提出,在气候变化研究对卫星遥感的强烈需求背景下,大力发展空间辐射测量基准技术,研制我国自主的空间辐射测量基准卫星。

       据中国气象局综合观测司司长王劲松介绍,空间遥感载荷辐射定标是将遥感器以数字化方式记录的观测数据转换为地球目标的辐射量值,将没有物理意义的数字码值或图像转换为有科学含义的辐射物理量。如同给温度计和―把尺子精确地刻上刻度,卫星定标就是给空间仪器观测数据进行量值刻度,但是这个定标过程比起一般的地面仪器标定要复杂许多。

        据了解,一直以来,利用地面辐射特性均匀稳定的目标,将其作为“基准”,在卫星飞过时通过星地同步观测,将“基准”传递到卫星上以校准遥感器偏差,是确保在轨卫星观测精度的有效方法。不过,随着航天遥感技术的发展和积累,国产卫星的辐射定标精度不高及数据质量参差不齐的现象开始引发关注。比如,红外光定标精度徘徊在1~1.5k,与0.2k的国际水平存在很大差距。

      气候变化研究需要甄别每百年不到1K(10年0.1K)的温度变化,现有的辐射定标技术无法满足这一需要。因此,美国、欧洲科学家提出未来必须利用空间技术的进步,彻底解决遥感仪器定标问题。所谓发展“空间辐射测量基准卫星”,就是要研制一颗具有极高辐射测量精度的定标卫星,利用这颗卫星与其他遥感卫星对地球同一目标的同时空观测,去“标定”其他卫星,从而将将辐射测量基准“传递”到别的卫星之上。然而,由于空间辐射测量基准卫星定标精度要比现有遥感卫星高一个数量级以上,必须完成原理突破和技术革新。

      王劲松表示,在“十二五”期间,曾针对空间辐射基准源研制关键技术部署了前瞻性项目。随着项目的启动,空间辐射测量基准卫星的概念得到国内科技与航天部门的认可和关注。未来应力争在原来的基础上,突破空间遥感载荷的高精度星上辐射定标核心技术,建立我国自主空间辐射基准。

      中国气象局副局长于新文说,这一方法的好处是用一颗基准星就可对所有其他遥感卫星进行标定,从而大大降低了每颗卫星都设计高精度定标系统带来的成本问题。

       据介绍,早在2006年,美国国家大气海洋局等部门就组织上百名科学家,试图举全国之力,共同发展用于气候变化监测的超高精度空间辐射测量卫星。

       与会专家表示,鉴于空间辐射基准技术将成为遥感领域的重要发展方向以及国内可能出现的一哄而上、低水平重复的态势,研讨会对于研究未来空间辐射测量基准卫星的发展路线图具有重要意义。


辐射测量基准技术发展高层研讨会在京召开  聚焦我国遥感卫星定标关键技术发展

  中国气象报实习记者牛彦元 记者王敬涛报道 8月7日,中国遥感卫星辐射校正场办公室联合国家863地球观测与导航领域专家组在中国气象局组织召开辐射测量基准卫星技术发展高层研讨会。会议针对我国遥感卫星定标关键技术问题以及未来空间辐射测量基准卫星的发展路线进行探讨,并推进形成《辐射测量基准卫星发展建议书》。中国气象局副局长于新文出席会议并讲话。

  于新文表示,自1994年以来,在科技部的大力支持下,中国气象局建成了地面的辐射校正场,取得了许多科研成果,为我国民用卫星在轨定标工作做出了很大贡献。他说,我国遥感卫星的辐射校正科学问题以及技术发展已经到了关键时刻,要分析国际遥感卫星定标技术的发展趋势,研究我国遥感卫星定标环节存在的问题,探讨未来如何从空间段彻底解决定标问题的技术路线和方法。同时,他表示,作为辐射校正场的挂靠单位,中国气象局将积极推进辐射校正场的研究工作,做好协调和服务工作,为全面提升国产卫星定量化应用水平发挥重要作用。

  专家组认为,气候变化研究对遥感卫星辐射测量精度提出了前所未有的需求,传统遥感仪器定标技术以地面辐射校正方法已经无法满足气候变化研究的需要,发展新型定标技术体系,解决地球系统变化的卫星长期观测问题势在必行。

  863研究计划提出的辐射测量基准卫星概念,通过一系列原理性突破,解决空间辐射观测的溯源问题,对于实现地球系统超高精度连续观测意义重大。利用基准卫星与其他遥感卫星轨道交叉时的同步观测,将辐射测量基准传递到其他卫星,可以从根本上解决目前遥感卫星辐射测量精度不高、长期稳定性差的问题,其技术思想具有很强的技术创新性。

  专家组建议中国遥感卫星辐射校正场办公室在现有论证材料的基础上,联合国内载荷研制优势单位,明确中国辐射测量基准卫星技术发展的总体与分阶段目标和任务,尽快形成《辐射测量基准卫星研制建议书》。

  此外,在研讨会上,辐射校正场办公室以及中国科学院上海技术物理研究所、安徽光学精密机械研究所、长春光学精密机械研究所的专家围绕辐射测量基准卫星科学需求与技术发展做了专题报告;来自中国科学院、中国气象局、国家海洋局、航天科技集团和高校的13位院士以及风云卫星、高分等遥感卫星的总师和总指挥就遥感卫星的辐射定标相关需求、技术难点等问题各抒己见。


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