[01202286]中法海洋卫星新体制全球海面风场探测微波散射计

2005年,中法两国签署了在海洋卫星领域合作的协议。2006年,两国航天部门签署了《合作实施中法海洋卫星谅解备忘录》。同年,中国科学院国家空间科学中心提出一种采用Ku波段扇形波束旋转扫描方案的新体制微波散射计,并开始系统方案论证和详细设计。2009年,中法海洋卫星工程研制项目得到中国国家航天局、财政部联合批准,空间中心首倡的新体制散射计正式入选该卫星的中方有效载荷。2017年,中法海洋卫星散射计完成正样研制并交付卫星总体。2018年10月,中法海洋卫星成功发射运行。 卫星散射计是目前全球海面风场监测最重要的遥感仪器,为灾害海洋性天气监测、海气相互作用研究、中尺度海洋动力过程、以及各种尺度的数值天气预报提供重要的海洋动力环境参数。此外,卫星散射计还可以用于反演裸土和低矮植被地区的土壤湿度,监测海冰分布和漂移状况,是地球观测系统重要的微波传感器。根据观测体制,现有的卫星散射计可分成两类,即使用多个固定扇形波束的C波段散射计和使用笔形波束旋转扫描的Ku波段散射计。前者的技术瓶颈是星下点轨迹附近有测量盲区,且无法有效反演极端大风（风速＞30 m/s）信息;后者的技术瓶颈是对同一个风单元的观测样本数少,且一般无法有效区分真实大风和降雨引起的虚假大风信息。中法海洋卫星（CFOSAT）散射计立足海面风浪相互作用这一重要科学前沿和全球海面风场高精度测量这一重大需求,在国际上首次使用扇形波束旋转扫描的观测体制,突破以往星载微波散射计的技术瓶颈,是我国第一次从方案设计论证、载荷技术实现、数据处理与反演全链条自主创新实现的散射计。主要创新点和成果如下： 1、在国际上首次建立Ku波段扇形波束旋转扫描散射计系统,克服固定扇形波束散射计星下点附近存在盲区的缺陷,并通过多入射角和多方位角的观测几何,实现对同一风单元进行多次（4-16次）重复观测,克服笔形波束旋转扫描散射计观测样本数少的缺陷。新体制散射计的观测几何特性有利于提高海面风场的反演精度,提高降雨识别准确性,改善极端大风的监测现状。 2、在工程实现方面,扇形波束旋转扫描散射计的天线数量比固定扇形波束散射计少,天线扫描转速比笔形波束扫描散射计低,降低了天线的重量以及天线旋转对平台的影响,避免动量轮等姿控设备的使用,实现载荷和平台的小型化并降低卫星及发射成本。 3、建立了可动态配置的星上距离门组合技术手段,可实现距离向分辨率为5 - 10 km的后向散射系数测量,是目前空间分辨率最高的星载微波散射计,保障近海岸灾害监测、中小尺度的海洋动力过程、土壤湿度和植被分布监测、以及海陆相互作用等应用需求。 4、与卫星搭载的雷达波谱仪同步运行,首次实现海面风场和海浪谱直接的同步监测,为更好地了解、认识和掌握风浪相互作用这一海洋动力过程及变化规律提供保障,提高人们对巨浪、热带风暴、风暴潮等灾害性海况预报的精度。