海洋卫星的历史与常用传感器参数信息
1、历史
自美国1978年6月22日发射世界上第一颗海洋卫星Seasat-A以后，苏联、日本、法国和欧洲空间局等相继发射了一系列大型海洋卫星。这些卫星一般搭载有光学遥感器（如水扫描仪、主动区微波遥感器、散射计、SAR等）和被动式微波遥感器等多种海洋遥感有效载荷，可提供全天时，全天候海况实时资料。
按用途分，海洋卫星可分为海洋水卫星、海洋动力环境卫星和海洋综合探测卫星。
能研制和发射海洋水卫星的国家有中国、美国、俄罗斯、印度、韩国等。1997年8月1日，美国航天局发射了世界上第一颗专用海洋水卫星SeaStar。美国计划自SeaStar起，进行20年时序全球海洋水遥感资料的连续积累。1999年1月27日，省委托美国研制并发射一颗低轨道（600km）水卫星ROCSAT-1，星上有效载荷为6通道水遥感器（OCI）2002年5月和2007年4月，中国海洋水卫星海洋一号A和海洋一号B分别成功发射，海洋动力环境卫星海洋二号预计于2009发射，海洋综合探测卫星海洋三号也已进入预先研究阶段。
利用卫星遥感器测量海洋动力环境的构想在20世纪60年代就有人提出，70年代得以实施。发射海洋动力环境卫星的国家有美国、俄罗斯、法国。美国的GEOSAT系列卫星和TOPEX/Poseidon系列卫星具有代表性。
1991年，欧洲空间局发射ERS-1卫星，星上装有微波散射计、雷达高度计和微波辐射计等遥感器，主要目的是开展卫星测量海洋动力基本要素，为用户进行业务服务及为世界大洋合作研究项目提供业务服务参数（包括海面风场、大地水准面、海洋重力场、极地海冰的面积、边界线、海况、风速、海面温度和水气等）。散射计风速测量精度为2m/s或10%、风向精度为±20°；高度计的测高精度为3cm；辐射计测量海面温度精度为±5K。ENVISAT-1卫星是ERS卫星的后继星，2001年底发射，是一颗有轨对地观察卫星，将进行为期5年的对大气海洋、陆地、冰的测量。该星测验数据连续，主要支持地球科学研究，并且可以对环境和气候的变化做出评估，甚至可以为军事、商业的应用提供便利。
2002年5月和2007年4月，中国海洋水卫星海洋一号A和海洋一号B分别成功发射。
2012年9月，国家海洋局国家卫星海洋应用中心表示2020年前，将发射8颗海洋系列卫星，形成对国家全部管辖海域乃至全球海洋水环境和动力环境遥感监测的能力，同时加强对黄
岩岛、钓鱼岛以及西沙、中沙和南沙岛全部岛屿附近海域的监测。从太空监测海洋已成为世界各国探索海洋的重要方式。
海洋综合探测卫星方面，1992年美国和法国联合发射TOPEX/Poseidon卫星。星上载有一台美国NASA的TOPEX双频高度计和一台法国CNES的Poseidon高度计，用于探测大洋环流、海况、极地海冰，研究这些因素对全球气候变化的影响。TOPEX/Poseidon高度计的运行结果表明其测高精度达到2cm。
JASON-1星是TOPEX/Poseidon的一颗后继卫星，主要任务目标是精确的测量世界海洋地形图。该星装有高精度雷达高度计、微波辐射计、DORIS接收机、激光反射器、GPS接收机等，其中雷达高度计测量误差约2.5cm。JASON卫星轨道高度1336km，倾角66°,设计寿命为3年，最大功耗为435W，总重量为500kg。
2、常用卫星包括传感器的发射时间、国家、波段和分辨率
2.1美国Seasat系统
2.1美国Seasat系统
1978年6月，美国国家航空航天局发射了海洋卫星（SeaSat），在卫星上首次装在了合成孔径雷达，对地球表面1亿的面积进行了测绘，该卫星在空间飞行100天，采用的是重复轨道干涉模式，首次从空间获得地球表面雷达干涉测量数据。
表3SeaSat卫星的技术指标及相关参数
SeaSat卫星 | |||
研究单位 | 美国国家航空航天局 | 天线尺寸(长*宽,m) | |
发射时间 | 1978年6月 | 极化方式 | HH |
工作模式 | 重复轨道干涉模式 | 飞行高度(km) | 795 |
轨道倾角(度) | 108 | 幅宽(km) | 100 |
重访周期(天) | 3 | 方位向分辨率(m) | 25 |
工作波段 | L | 距离向分辨率(m) | 25 |
工作波长(cm) | 23.5 | 卫星编队模式 | 无 |
入射角(度) | 23—26 | 基线长度(m) | 2000(波动很大) |
脉冲宽度(s) | 绝对测高精度(m) | 20—50 | |
信号带宽(Hz) | 相对测高精度(m) | ||
PRF(Hz) | 1646 | ||
2.2欧洲空间局ERS系统
ERS-1和ERS-2雷达卫星为欧洲空间局分别于1991年和1995年发射，携带有多种有效载荷，包括侧视合成孔径雷达和风向散射计等装置。
ERS-1和ERS-2雷达卫星构成对同一地面访问时间相差一天的星对，使得两次取得的SAR数据之间的相干性得到了一定保障，采用太阳同步晨昏轨道，该系统采用的是重复轨道干涉模式，卫星编队形式为跟飞。
表4ERS-1和ERS-2雷达卫星星对的技术指标及相关参数
ERS-1和ERS-2星对 | |||
研究单位 | 欧洲空间局 | 天线尺寸(长*宽,m) | |
发射时间 | 1991年、1995年 | 极化方式 | VV |
工作模式 | 重复轨道干涉模式 | 飞行高度(km) | 782—785 |
轨道倾角(度) | 98.52 | 幅宽(km) | 80—100 |
工作波段 | C | 方位向分辨率(m) | 30/100 |
工作波长(cm) | 5.7 | 距离向分辨率(m) | 30/100 |
入射角(度) | 23—26 | 卫星编队模式 | 跟飞或无 |
脉冲宽度(s) | 基线长度(m) | 75—175 | |
信号带宽(Hz) | 绝对测高精度(m) | ||
PRF(Hz) | 1679 | 相对测高精度(m) | 11—14 |
临界基线长度（km） | 1.1 | ||
ERS-1/2基线的测量方法：轨道数据（星历数据）加上精密的轨道动力及引力模型计算获得。
2.3 日本JERS-1系统
JERS-1雷达系统是日本于1992年发射升空的，采用太阳同步晨昏轨道，该卫星采用了重复轨道干涉模式，但其轨道控制方式不太理想，在交轨方向的基线分量不如日本之后发射的ALOS卫星。表5中的基线长度是对JERS-1持续观测四年（1993年—1994年）期间的基线变化范围。
表5JERS-1雷达卫星的技术指标及相关参数
JERS-1卫星 | |||
研究单位 | 日本 | 极化方式 | HH |
发射时间 | 1992年 | 飞行高度(km) | 568 |
工作模式 | 重复轨道干涉模式 | 幅宽(km) | 75 |
轨道倾角(度) | 97.9 | 方位向分辨率(m) | 18 |
工作波段 | L | 距离向分辨率(m) | 18 |
工作波长(cm) | 23.5 | 基线长度(m) | 87—707 |
入射角(度) | 35 | 绝对测高精度(m) | |
卫星编队模式 | 无 | 相对测高精度(m) | 10—25 |
2.4 加拿大Radarsat雷达卫星
雷达卫星Radarsat除了有一个地面卫星数据接收站外，卫星上还载有磁带记录器，可覆盖全球。该卫星除陆地及海洋应用外，其还肩负两个方面的重要任务：一是对南极大陆提供第一个完全的高分辨率卫星覆盖，二是对全球产生多次卫星覆盖。
Radarsat雷达卫星由加拿大于1995年11月4日发射，具有7种模式、25种波束及不同入射角，因而具有多种分辨率、不同幅宽和多种信息特征，使用于全球环境、土地利用和自然资源监测等。
表6Radarsat雷达卫星的技术指标及相关参数
Radarsat卫星 | |||
研究单位 | 加拿大 | 极化方式 | HH |
发射时间 | 1995年11月4日 | 飞行高度(km) | 793—821 |
工作模式 | 重复轨道干涉模式 | 幅宽(km) | 45—500 |
轨道倾角(度) | 98.58 | 方位向分辨率(m) | 9—100 |
工作波段 | C | 距离向分辨率(m) | 6—100 |
工作波长(cm) | 5.7 | 基线长度(m) | 286—1978 |
入射角(度) | 10—60 | 绝对测高精度(m) | |
卫星编队模式 | 无 | 相对测高精度(m) | 15—50 |
2.5 美国SRTM任务
2002年2月美国“奋进”号航天飞机发射升空，执行耗资3.64亿美元，称为“航天飞机雷达测绘使命（SRTM）”的空间飞行任务。它采用的方式为单航过双天线干涉测量，即在航天飞机上构建双天线实施InSAR地形测绘。该任务历经11天顺利完成任务，共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取的雷达影像数据达9.8万亿字节，数据覆盖范围在北纬60°至南纬56°之间，覆盖面积超过1.19亿，数据产品为间距30m和90m的数字高程模型数据，相对测高精度为6m。（天线直径1.12m，交轨基线长度60m，顺轨基线长度7m，采用频段C/X，绝对测高精度：水平20m，垂直16m,相对测高精度：水平15m，垂直4m）。
2.6 欧洲ENVISAT雷达系统
ENVISAT雷达卫星属极轨对地观测卫星系列之一，于2002年3月升空。星上载有10种探测设备，其中4中是ERS-1/2所载设备的改进型。作为ERS-1/2雷达卫星的延续，ENVISAT雷达卫星数据主要用于检测环境，即对地球表面和大气层进行连续的观测，供制图、资源勘查、气象及灾害判断之用。
表7ENVISAT雷达系统的技术指标及相关参数
ENVISAT卫星 | |||
研究单位 | 欧洲 | 极化方式 | HH,VV HH/VV HH/HV,VV/VH |
发射时间 | 2002年2月 | 飞行高度(km) | 786—813 |
工作模式 | 重复轨道干涉模式 | 幅宽(km) | 56—405 |
轨道倾角(度)doris | 98.54 | 方位向分辨率(m) | 6—1000 |
工作波段 | C | 距离向分辨率(m) | 9—1000 |
工作波长(cm) | 5.6 | 基线长度(m) | 213—2230 |
入射角(度) | 15—45 | 绝对测高精度(m) | |
卫星编队模式 | 无 | 相对测高精度(m) | 10—40 |
2.7 日本ALOS观测卫星
2006年1月日本发射了先进陆地观测卫星(ALOS),它携带有L波段相控阵合成孔径雷达(PALSAR)，该卫星主要用于对全球陆地资源和环境实施全天候监测，在高分辨率模式下距离向分辨率优于2m，轨道定位精度10m。PALSAR有较高的距离向分辨率和较高的信噪比，并且在交轨方向对轨道有较好的控制。
表8ALOS观测卫星的技术指标及相干参数
ALOS卫星 | |||
观测模式 | 高分辨率模式 | 扫描模式 | 多极化模式 |
极化 | HH/HV或VV/VH | HH或VV | HH/VV/HV/VH |
侧视角(度) | 10—60 | 18—43 | 8—30 |
距离向分辨率(m) | 10(2视)/20(4视) | 100(多视) | 24—89 |
扫描幅宽(km) | 40—70 | 250—350 | 20—65 |
数据率(M) | 240 | ||
天线尺寸 | 9.8*2.9 | ||
工作模式 | 重复轨道干涉模式 | ||
基线长度(m) | 交轨大于50m，顺轨小于2公里 | ||
绝对测高精度(m) | |||
相对测高精度(m) | 10—20 | ||
2.8 加拿大Radarsat-2雷达系统
Radarsat-2是加拿大第二代地球观测卫星，于2006年12月发射升空，它几乎保留了Radarsat-1的所有优点，雷达采用C波段，HH极化，数据分辨率3—100m，幅宽10—500km,设计使用寿命为7年，采用多极化工作模式，轨道定位精度15m。能够大大增加可识别地物或目标的类别，能够左视和右视，并且可以实现相互转换，主要用于测绘以及环境和自然资源的检测等方面。
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