測量海洋鹽度，這顆衛(wèi)星如何“望聞問切”
記者從五院了解到，海洋動(dòng)力環(huán)境包括溫、鹽、深、風(fēng)、浪、流等多種要素，其中海洋鹽度的測量是一大難關(guān)。過去，我國主要通過海洋科考船或漂流浮標(biāo)來獲取一手海洋鹽度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)覆蓋范圍和觀測連續(xù)性有限。目前，全球尚無大范圍連續(xù)穩(wěn)定的高精度海洋鹽度探測數(shù)據(jù)。
五院遙感衛(wèi)星總體部衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10余年矢志攻堅(jiān)，先后攻克高精度、高穩(wěn)定度L波段接收機(jī)，主被動(dòng)聯(lián)合電磁兼容性，大尺寸高精度天線展開，海洋鹽度數(shù)據(jù)預(yù)處理及反演，綜合孔徑輻射計(jì)外定標(biāo)技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，使我國擁有了自主可控、高精度高連續(xù)性的全球海洋鹽度數(shù)據(jù)源。
研制人員介紹，運(yùn)用衛(wèi)星遙感手段探測海洋鹽度，主要是通過對(duì)衛(wèi)星獲取的海面微波輻射亮溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行反演而成，但是亮溫的變化幅度很小，探測也常受到多重因素影響，因此天基高精度海洋鹽度探測一直是世界級(jí)難題。
亮溫是衡量海面微波輻射強(qiáng)度的物理量，會(huì)跟隨海洋鹽度變化而變化，可以通過微波輻射計(jì)接收海面微波輻射信號(hào)測得。但是，海面溫度、海面粗糙度、人為信號(hào)干擾等都會(huì)影響微波輻射計(jì)測量的精準(zhǔn)度。
為了盡可能排除各種干擾，研制人員設(shè)計(jì)了多種遙感器聯(lián)合探測方案，給衛(wèi)星配置了綜合孔徑微波輻射計(jì)、主被動(dòng)探測儀和頻譜監(jiān)測儀三類遙感載荷，能夠同步測量海洋鹽度各種影響要素。
這使得海洋鹽度探測衛(wèi)星可以像老中醫(yī)一樣對(duì)全球海洋“望聞問切”，全面地獲取海洋鹽度探測所需數(shù)據(jù)。
“望”指衛(wèi)星站在“太空視角”俯瞰，對(duì)全球海洋進(jìn)行大范圍的連續(xù)觀測。
“聞”是衛(wèi)星的重要工作，所搭載的數(shù)臺(tái)載荷用于“收聽”海面微波信號(hào)。綜合孔徑輻射計(jì)選擇了對(duì)于海面亮溫變化更敏感、波長較長、頻率較低的L波段，依托小口徑天線陣列等效合成大口徑天線效果的原理，收聽海面“低聲訴說”的亮溫信息；主被動(dòng)探測儀中被動(dòng)探測儀由L、C、K波段三個(gè)微波輻射計(jì)組成，分別收聽海面的“低、中、高音”部分。其中，C波段、K波段信號(hào)能夠幫助實(shí)現(xiàn)海面溫度數(shù)據(jù)的反演。
“問”則由頻譜監(jiān)測儀完成。由于衛(wèi)星主要工作的L波段也是手機(jī)通信、北斗導(dǎo)航等的工作波段，因此L波段微波輻射計(jì)接收的信號(hào)常會(huì)受到人類活動(dòng)信號(hào)干擾。而頻譜監(jiān)測儀不僅能收聽海面微波信號(hào)、分辨“音色”，還能識(shí)別位置，如同在詢問“干擾源在何方”，并且精準(zhǔn)鎖定干擾信息，幫助科研人員排除射頻干擾。
“切”則是衛(wèi)星唯一一個(gè)主動(dòng)動(dòng)作，由主被動(dòng)探測儀的主動(dòng)儀器——L波段微波散射計(jì)完成。它通過向海面發(fā)射微波信號(hào)，測算信號(hào)遇到海面波浪等發(fā)生的后向散射系數(shù)，如同伸手“摸”海面的“皮膚狀況”，來探測海面粗糙度。
通過“望聞問切”，海洋鹽度探測衛(wèi)星獲取海面亮溫、海面溫度、海面粗糙度、射頻干擾等信息并提供給地面站，由地面工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而反演出海洋鹽度信息。
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