电磁监测试验卫星(张衡一号)数据处理方法和流程

电磁监测试验卫星(张衡一号)共搭载3类8种科学载荷,第1类是用于电离层电磁场探测的载荷,包括高精度磁强计、感应式磁力仪和电场探测仪;第2类是用于原位等离子体参数探测的载荷,包括朗缪尔探针、等离子体分析仪和高能粒子探测器;第3类是用于电离层结构探测的载荷,包括GNSS掩星接收机和三频信标发射机。电磁卫星载荷探测方式均不同于以往的成像遥感卫星载荷,其数据处理方法和流程也有本质差异。本文首先介绍了中国电磁监测试验卫星产出的科学数据种类、数据分级和各级数据的定义,根据电磁监测试验卫星的特点,科学数据分为0—4级。随后描述了1—4级数据的总体处理流程,最后详细描述了8种载荷1—2级数据处理的方法、流程以及关键的数据处理算法。该数据处理方法和流程将应用于电磁监测试验卫星应用系统,作为数据处理分系统设计和研发的依据。     

电磁监测试验卫星(张衡一号)系统设计与关键技术

电磁监测试验卫星(张衡一号)是中国地震立体监测体系的首个天基电磁平台,是中国地球物理场探测卫星计划首发星,用于获取地球磁场、空间电磁波场、电离层等离子体原位和结构参数及其变化信息,为探索地震前兆信息、空间环境监测预报和地球系统科学研究提供新的技术手段,为未来建立地震前兆电磁监测卫星业务化系统进行技术准备。介绍张衡一号卫星的系统设计、研制历程,特别卫星特殊的轨道设计、工作模式设计、磁电洁净度设计以及伸杆机构设计等关键技术特点。     

电磁监测试验卫星(张衡一号)高精度磁强计研制与标定

本文将介绍电磁监测试验卫星(张衡一号)磁场探测载荷高精度磁强计的设计、研制和标定的情况。根据卫星平台观测磁场的特点,以及电磁监测试验卫星对矢量磁场准确度的需求,设计了矢量结合标量的磁场探测方案。高精度磁强计包含2个磁通门探头及1个绝对磁场校准装置探头,安装在卫星舱外伸杆的顶部。通过对高精度磁强计飞行件进行了线性度试验、温度试验、磁轴与结构坐标系转换标定试验、传感器互扰试验和CDSM转向差试验的测试,对磁场探测方案和高精度磁强计的性能进行了验证,并为地面数据处理提供了依据。按照所设计的磁场探测方案,高精度磁强计完成了全部的载荷研制、理论算法研究、标定试验等地面工作,载荷性能指标和地面数据能够满足电磁监测试验卫星的磁场探测任务要求。     

臭氧卫星遥感六十年进展

臭氧已成为中国继PM_2.5之后多地的首要污染物,臭氧污染防治是中国“十四五”及未来大气污染防治的重点。本文回顾了近60年来国内外臭氧卫星观测方面的主要进展,包括卫星探测载荷和臭氧相关的反演应用技术等,分为3个阶段总结了卫星载荷天底、临边和掩星3种探测方式的发展历程。臭氧卫星遥感反演算法和监测应用也随着载荷的发展在不断更新,本文重点介绍了臭氧柱总量和垂直廓线卫星遥感反演算法、近地面臭氧及其前体物观测、平流层臭氧入侵观测和区域传输、臭氧卫星观测数据的精度验证等方面的重要进展。对比国际臭氧卫星遥感监测,中国臭氧监测卫星发展滞后,虽然国家民用空间基础设施规划中陆续发射的高光谱观测卫星、大气环境监测卫星具有初步的臭氧监测能力,但在卫星载荷在功能、性能等方面还有不小差距,比如空间分辨率、信噪比等方面。在算法反演和监测应用方面,目前臭氧柱总量反演精度较高,还存在对流层中低层和近地面臭氧浓度反演精度不够,臭氧污染评估及成因分析不足,如近地面臭氧污染迁移转化过程、平流层臭氧侵入识别分析等问题,是下一步要重点关注的方向。     

中国地震遥感应用研究与地球物理场探测卫星计划

中国地震遥感应用研究始于20世纪70年代中期,从简单的多光谱遥感图像解译线性活动构造开始,迄今已走过了40余年的历程。其中20世纪70、80年代以可见光遥感图像应用为特征,90年代为红外遥感、GNSS遥感和InSAR技术试验应用阶段,20世纪末到21世纪前10年主要表现为综合遥感应用和卫星电磁、卫星重力等地球物理场探测卫星计划预研,2011年以来侧重于集成前期研究成果,实施地球物理场卫星计划和卫星地震应用系统建设运行。目前可见光遥感技术在活动构造探查和灾害评估中已实现业务化应用,卫星红外、卫星电磁、InSAR技术、卫星重力和高光谱气体地球化学探测技术在地震监测领域越来越凸显出其应用效能。作为国家地球物理场探测卫星计划首发星,张衡一号电磁监测试验卫星于2018年2月2日进入预定轨道,目前在轨运行正常并产出了中国首幅全球地磁图,填补了中国在全球地球物理场获取能力方面的空白。     

遥感技术在地震科学研究中的应用

介绍了遥感技术在地震科学中的一些应用成果,包括地貌研究、地壳形变、热异常及震害评估等方面。此外,近年来,随着俄罗斯和法国等国家专门用于地震研究的电磁卫星成功发射,为开展地震研究提供了丰富的电离层电磁信息,这类非成像遥感数据对地震电磁科学研究和地震短临预报具有重要意义。遥感技术(成像与非成像)在地震行业的应用将提高我国地震监测预报水平。     

ALOS在土地资源调查与监测中的应用研究

ALOS卫星是日本宇航研究开发机构（JAXA）于2006年1月24日成功发射的新一代陆地观测卫星,其全色影像的最高空间分辨率是2.5 m,多光谱影像的分辨率是10 m,在土地资源调查与监测领域中有一定的应用潜力。本文通过与同为2.5 m和10 m分辨率的SPOT5影像在卫星参数、影像质量、应用精度等方面进行比较试验,研究ALOS卫星在土地领域中的应用效果和应用潜力。     

闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。     

多波段多极化被动微波遥感地震应用研究进展与前沿方向探索

被动微波遥感卫星具有多波段多极化观测能力,其全天候、高灵敏度特性契合了地壳活动及地震的监测分析需求。近年来,地震孕育和发生过程中的热异常遥感监测与分析得到了广泛关注。本文从星载被动微波传感器发展和地震被动微波遥感应用两方面,梳理了多波段多极化被动微波卫星遥感用于地震监测与异常识别的研究现状,剖析了微波数据选择、异常分析方法、观测粗差剔除和信息机理认知等方面的进展与不足。总结了近年微波遥感地震应用的研究进展,阐明了多波段多极化被动微波卫星遥感用于地震异常识别的科学逻辑与复合链条。提出了地震遥感的两个前沿探索方向,即地震微波异常的可靠识别、地应力场变化微波遥感的信息物理。指出了遥感-岩石力学基础试验研究和地震遥感综合分析层面亟待解决的关键问题。进而呼吁,多学科联合、交叉乃至融合是地震遥感科学与技术向纵深发展的必由之路。     

资源三号02星激光测高数据质量分析

近几年来,中国的对地观测卫星激光测高技术发展较快,资源三号02星上搭载了国内首台对地观测的卫星激光测高试验载荷,在后续的高分七号、陆地生态系统碳监测卫星上均装备业务化应用的激光测高仪,开展国产对地观测卫星激光测高数据质量分析研究非常必要,能有效填补国内空白并推动相关技术发展。本文对资源三号02星载荷的激光测高数据进行了严密几何处理,重点从夜间观测、卫星小角度侧摆、海面区域等不同条件下的数据质量进行了分析,对数据的平均可用率进行了统计分析。试验表明,资源三号02星激光测高仪能获得约30%有效测高数据,在夜间数据有效利用率略有提高,在大型水面也能获得有效数据,经后处理后在平坦地区验证的绝对高程精度优于1.0 m,部分点高程精度优于0.5 m,硬件本身的测距精度和卫星姿态测量误差是主要的误差源。相关结论对于后续国产卫星激光测高载荷的研制以及数据后处理和应用具有参考价值。     

卫星大地测量成像地震周期形变研究综述

近年来,卫星大地测量技术的快速发展为精确测量地壳形变和断层行为提供了前所未有的多维观测数据。它与地震学的结合使得地震周期形变监测的时空分辨率大大提升,为更加深入地研究地震周期过程和机理提供了一个窗口,地震大地测量学应运而生。它能够对地壳运动进行定量描述、对断层活动进行精准建模,从而为洞悉整个地震周期过程的应力应变演化提供科学依据,同时为评估地震危险性、实现地震预测预警提供科学指导。以卫星大地测量观测探究断层形变为主线,分析了断层处于地震周期不同阶段的运动学特征（震间、同震和震后）,回顾了地震大地测量学在震源物理方面的一些重要发现。研究表明,利用卫星大地测量数据判定断层所处地震周期的阶段是实现地震预测的可行思路。     

河北省卫星遥感海洋应用平台建设研究

随着卫星遥感技术在海洋监测中的作用日益凸显,为了加快地方海洋监测能力建设,构建省级卫星遥感海洋应用平台十分必要。介绍了河北省卫星遥感海洋应用平台的总体设计思路、总体架构、系统建设和应用情况。该平台将国家遥感数据分发单位、地方业务化监测单位、现场观测单位有机联合在一起,形成了自卫星遥感数据与现场观测数据的收集、数据处理、产品生产、数据管理、成果发布至精度评价的全业务闭环流程,实现了海洋环境常规监测业务系统后台全自动化运行,极大程度地提升了河北省海洋遥感监测能力和服务能力,为地方海洋遥感监测平台的建设提供参考。     

小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验

遥感综合试验对于遥感科学技术的发展起到重要作用,无论是基础研究还是遥感应用都需要试验提供支撑。从2018年开始,遥感科学国家重点实验室针对遥感自身发展和遥感面向地表圈层深化应用面临的科学问题,在滦河上游流域组织了小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合观测试验,本文旨在介绍该试验的目标、区域、观测参数、观测方法以及对未来研究的展望,以期望为今后开展其他遥感试验及相关研究提供有益的参考和帮助。该试验采用星机地协同综合观测的方式,选择主要的在轨运行卫星数据及覆盖此流域的遥感产品作为主要数据;针对典型区域开展航空及无人机遥感试验,搭载光学传感器设备,获取典型区域水热循环、碳循环等关键参数;并同步开展地面观测试验,在典型实验区开展大气、植被和土壤关键参数的精细观测。目前已系统的开展了地面测量试验、无人机遥感试验及航空遥感试验,并同步收集了卫星遥感数据,形成了一套丰富的星—机—地配套遥感实测数据集。在试验的推动下,遥感科学国家重点实验室于2020年在试验区架设了多座综合观测塔,并配置了多种观测设备,开启了长时间序列观测任务,虚拟试验场的构建和机理生态模型的运行也在同步开展。小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验利用星—机—地一体化的监测方法有效获取了地表水、能量和碳循环的关键参数,为遥感机理模型发展、反演方法检验和尺度转换研究提供了关键的基础数据。目前已用来建立遥感机理模型的综合检验平台,分析和改进传统模型和遥感产品在复杂地表的适用性,阐明流域尺度碳水耦合的物理过程。     

基于BDS观测网的卫星钟差完备性监测

卫星钟差质量直接影响到高精度用户的定位结果,因此需对钟差实时监测,即为卫星钟差完备性监测。它是导航系统完备性理论体系中重要的组成部分。本文基于BDS伪距观测值,利用多个BDS/GPS基准站计算卫星钟差并分析各卫星与不同基准站的观测值的残差,若某一卫星的观测值残差与其他卫星残差差异超过限值,应给出示警信息,实现BDS卫星钟差的完备性监测。基于上述理论,基于BDS网观测数据进行BDS卫星钟差完备性监测,并分析BDS卫星钟差的监测结果。该方法初步实现了BDS卫星钟差完备性监测,为后续BDS完备性监理论研究提供了一定的技术支持。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

印度洋海啸灾害遥感监测与评估——以印度尼西亚亚齐省为例

介绍了运用新一代中分辨率小卫星数据———英国灾害监测小卫星(DMC,DisasterMonitoringConstellation)数据源,以印度尼西亚亚齐省为例,采用遥感数据作为信息源,对2004-12-26印尼苏门答腊岛西北海域发生的里氏9·0级的强烈地震所引发的印度洋海啸灾害进行了监测评估。所获得的小卫星图像预处理后,通过对图像中受损失地物的光谱信息分析、受损失信息与环境背景信息的对比分析,进而建立其判读标志;并在此基础上进行损失程度分级判读、统计分析等,实现了从小卫星图像上对海啸灾情损失的遥感快速监测评估。其监测评估结果为中国开展国际援助提供了客观依据,其技术方法为海啸灾害及其它灾害的遥感快速监测评价提供了技术思路,也为中国即将发射运行的灾害和环境监测预报小卫星星座及中国DMC小卫星的应用提供必要的经验及技术支持。     

序

空间遥感已经成为当今世界各国展现国家科技实力,促进经济社会发展,维护国家安全的重要领域。国家农业与粮食安全、新一轮土地资源调查与监测、水资源、生态安全、灾害监测与救援、城市发展与城镇化,构建和谐社会等各主要领域的中长期发展规划和“十一五”规划中都提出了对遥感数据与信息的重大需求。国家的高度重视和巨大需求、国际的空前发展和激烈竞争的形势,为中国空间遥感的发展提供了巨大的动力,中国空间遥感迎来了历史最好的发展机遇期。目前,中国自行研制发射了30余颗对地观测卫星,已经初步建立了风云、海洋和资源等卫星系列,在卫星…     

强台风“海马”FY-2F卫星监测图

正封面图片为上海市卫星气象遥感应用中心利用中国风云二号(FY-2F)卫星红外通道(03·113μm)监测的第22号强台风"海马"的遥感图像,获取时间为201 6年10月20日14:00时(北京时间),台风的中心气压955 hPa,西北向移动,移速26 km/h。FY-2F是中国自主研制的第4颗业务静止气象卫星,除了常规观测以外,该卫星能够根据各种气象灾害监测及重大气象保障服务的要求,对特定区域提供快速区域扫描观测,观测频次为每6 min     

风云三号C星SEM高能粒子数据检验及应用

风云三号C星(FY-3C卫星)空间环境监测器(SEM)可监测轨道高度上的高能带电粒子(质子、电子和重离子)辐射环境及其引起的辐射剂量和表面充电等空间天气效应,是空间天气监测预警业务不可或缺的自主数据源之一。为验证FY-3C卫星高能粒子探测数据的有效性,需开展数据的定量检验工作。本文采用与同类卫星同类数据进行交叉比对的方式来进行检验。首先,根据一定的假设条件,对比对数据进行归一化处理,尽量消除不同卫星间观测时间、空间(星下点经、纬度和高度)、方向和能量范围等差异对高能粒子分布的影响,然后进行比对,最后计算比对数据间的相关系数、斜率和标准偏差等统计参数,并据此评价比对数据的一致性。通过空间天气平静期高能质子和高能电子与NOAA-18和FY-3B卫星数据的交叉比对可以看出,FY-3C卫星高能粒子数据与比对卫星数据具有较好的一致性。由于工作原理和技术指标相同,FY-3C与FY-3B卫星高能粒子数据的一致性更好,也证明了载荷技术状态的稳定性。通过对太阳质子事件和高能电子暴的观测实例证明,FY-3C卫星高能粒子数据能够准确地反映空间天气扰动事件的特征和强度。以上结果表明,FY-3C卫星高能粒子数据可信度较高,能够用于空间天气监测、预警以及研究工作。     

矿区地表沉降监测预警系统设计与实现

以湖北三鑫金铜股份有限公司矿区沉降预警监测为应用示范,基于卫星导航和地理信息融合技术,在该区域内合理布设监测站网和建设数据中心。通过研发解算和沉降监测应用软件,在数据中心可以对基准站和监测站的卫星观测数据进行处理和分析,据此能够精确地得到监测点的空间绝对三维坐标。结果表明,该系统对沉降点的定位精度可达实时厘米级,事后毫米级,并能进行趋势分析、阈值预警等。该系统的实现为矿区管理者及时采取应急安全措施提供了决策支持。