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楼主: heito
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[专题专项] 中法海洋卫星CFOSAT

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3431 发表于 2017-10-20 18:36 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
shaolin1254 发表于 2016-12-25 23:05
10年磨一剑啊,就看磨得出磨不出了

中法科学家合作研究钓鱼技巧……
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snscm 发表于 2017-10-22 19:56 | 显示全部楼层

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zhh894217 发表于 2017-10-23 18:40 | 显示全部楼层
中法海洋卫星微波散射计完成正样研制
文章来源: | 发布时间:2017-10-22 | 【打印】【关闭】

  2017年10月20日,中法双方在北京联合举行媒体见面会,确认中法海洋卫星将于2018年下半年发射。

  中法海洋卫星(CFOSAT,China France Oceanography Satellite)是由中国国家航天局(CNSA)和法国国家空间研究中心(CNES)联合立项支持的中法合作海洋遥感卫星,利用两个有效载荷—中方研制的的微波散射计(SCAT)和法方研制的海洋波谱仪(SWIM)分别测量海面风场(包括风速和风向)和海面波浪方向谱(沿不同方向的不同波长的海面波浪的能量分布),研究海面风场与波浪的物理特性和相互作用。中法海洋卫星是国际上首个具有海面风场和波浪谱联合观测能力的卫星,也是中法两个航天大国联合研制的两个卫星(另一个是中法天文卫星SVOM)中第一个发射的卫星。

  中法海洋卫星由国家海洋局卫星海洋应用中心和法国国家研究委员会LATMOS实验室作为用户牵头单位,采用航天东方红卫星有限公司的CAST2000卫星平台,并将利用中国运载火箭在中国进行发射;双方联合研制X谱段数传系统,共同负责卫星测控,共享探测数据。用于实现海洋遥感观测能力的两个有效载荷由中法双方分别研制:微波散射计由中国科学院国家空间科学中心研制,海洋波谱仪由CNES研制。这两个有效载荷都是新体制的海洋微波遥感有效载荷,其中微波散射计是国际上首次采用扇形波束扫描体制,海洋波谱仪则是首次通过多波束近天底方向扫描观测实现海面波浪方向谱的测量。中法海洋卫星的研制和运行,将实现国际海洋微波遥感技术的重要突破,为海洋科学、全球变化研究及海洋预报和灾害预警、监测提供重要的观测手段。

  图一:中法海洋卫星的两个有效载荷:微波散射计和海洋波谱仪(卫星效果图由CNES绘制)

     图二:中法海洋卫星两个有效载荷方案的提出者:Danièle HAUSER教授(左)和董晓龙研究员(右)在法国国家研究委员会LATMOS实验室

  作为中法海洋卫星的两个有效载荷之一——微波散射计由中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室负责研制。由于在海面上空气流动形成的风与海面水体的摩擦作用形成海面的粗糙特性与风的大小和方向有关(下图),通过以多个不同的观测方向测量海面后向散射强度,就可以反演海面的风速大小和风向。

  左图:不同入射角观测的海面后向散射随风速增大而增大

  右图:海面后向散射强度随着风向与观测方向夹角的变化而周期变化

  微波散射计测量和反演海面风速和风向的精度由后向散射强度的测量精度和观测视角的组合和次数决定。中法海洋卫星微波散射计在国际上首次采用一种新体制的系统设计—扇形波束扫描体制:扇形波束就是在观测俯仰方向天线波束宽、在方位(扫描)方向天线波束窄,

  这样可以实现对海面上每个区域多个不同的观测视角。这种设计的观测视角组合远多于目前国际上已有散射计2~4次的观测视角,可以实现对于风向反演更好的精度,对于中高风速(如热带气旋等)条件下海面风场更好的反演性能,得到国际海洋科学与应用领域的广泛重视和期待。

  左一:扇形波束微波散射计的扫描和对海面每个观测像元的多视角观测

  右一:扇形波束扫描微波散射计的地面足印覆盖

  左下一:中法海洋卫星微波散射计的可以实现4~9次视角观测

  右下一:中法海洋卫星微波散射计的独立观测样本数,可以通过平均提升散射测量精度

  中法海洋卫星微波散射计系统方案的提出,也是针对这个卫星两个有效载荷观测的特点提出一种创新的设计:根据粗糙面散射的基本理论,在10~20度入射角范围内海面后向散射对风不敏感,法方载荷SWIM在0~10度入射角范围内对海面进行全方位角的观测、中方载荷在20~40度入射角范围内对海面实现全方位角观的观测相互补充,可以首次获得海面后向散射大入射角范围内的全方位观测,对于海面电磁散射特性的研究具有重要意义。

  中法海洋卫星微波散射计从2006年开始系统概念和方案研究,2009年进入有效载荷工程研制,经过方案阶段、初样阶段和正样阶段,目前已经完成有效载荷飞行件产品的研制,并已经交付卫星总体进行卫星系统层面的测试和试验。

   图三:中法海洋卫星微波散射计系统集成与测试

  图四:中法海洋卫星微波散射计环境试验

  根据卫星海洋遥感发展方向,中法海洋卫星微波散射计团队在现有系统和技术的基础上,已经开始了海面风场、流场宽刈幅雷达测量技术的研究,将进一步填补海洋卫星遥感要素的空白,为海洋观测、科学研究与预报、灾害等应用提供新的观测手段和信息支持能力。

        (供稿:微波遥感技术院重点实验室)
http://www.nssc.ac.cn/xwdt2015/xwsd2015/201710/t20171022_4876013.html

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zhh894217 发表于 2017-11-14 19:10 | 显示全部楼层
中法“造星”一起看风浪



■本报记者 倪思洁

北京怀柔,国家航天局怀柔总装集成测试中心,一群穿着白大褂的中法两国技术人员围着一颗重700多公斤的应用卫星载荷做测试。2018年下半年,这颗卫星即将上天,在全球范围内观测海洋表面的风浪。

北京中关村,中国科学院国家空间科学中心,卫星的微波散射计分系统主任设计师董晓龙,正与团队的同事们认真开展有效载荷的测试和验证工作,以便卫星在2019年正式运行时,能获得更优质的一手科学数据。

这颗卫星,就是中国与法国航天合作的首颗卫星——中法海洋卫星(CFOSAT)。

我测风儿你测浪

俗话说“无风不起浪”。风暴潮、台风、厄尔尼诺海流、拉尼娜现象等,都是在大气与海洋的共同作用下产生的。风浪灾害给人类留下的心理阴影,曾化成一句句感慨——“海神来过恶风回”,“风响空山浪卷沙”。

为了摆脱“阴影”,人类开始尝试预测风浪。从古人“断虹现,天要变”的经验推测,到运用气象卫星开展监测,在预防风浪灾害上,科学扮演着越来越重要的角色,一个个风浪要素数值模拟、预测模型诞生了。

但是,模型预测得准吗?“风浪各要素之间是一个复杂系统,目前,世界上已经建立了很多风浪模型,但要实现精准预测或是进一步优化和完善模型,还需要对要素做更充分的观测,这样才能保证模型准确、预报精准。”董晓龙告诉《中国科学报》记者。

2009年,在中法两国的共同支持下,中法海洋卫星立项。这颗卫星作为海洋观测项目,目的是研究海洋表面风场和海浪情况,以提高海洋气象预报能力和人类对气候变化的认知。为此,卫星携带了两个主要仪器,一台是由中国研制的测量风的微波散射计,一台是由法国研制的测量浪的海洋波谱仪。

“在海洋观测方面,虽然很多国家已经有海洋观测卫星,并且在轨运行已经成为常态,但是要想覆盖全球的海面,观察复杂气候、风浪的现象,需要更多国家的卫星进行联手合作。中法海洋卫星能够对风和浪进行高精度的观测,特别是它不但能观察普通的风浪,还能观察极端天气下风浪的状态。”法国大气、环境与地球观测实验室主任达尼艾·欧赛说。

跳圆舞曲的“追风者”

与法国测量浪高、浪幅不同,风,既看不见,又摸不着。要想从九天之外追到风,并不是件容易事。

“反演”是董晓龙经常提到的一个词,这也是遥感探测领域常用做法,指的是利用遥感信号或遥感数据与地表应用之间的关系模型,推演出地表的实际情况。“我们看不到风,所以只能通过其他手段观测,并借助模型把观测数据转化成风的数据。”董晓龙说。

他们采用的办法是测海面的波动。在测量风的微波散射计上,有一个天线。卫星在轨道上运动时,天线会向一定的方向发射微波。当微波“打”到海面上时,如果海面是平静的,反射的微波会沿着反射线方向“打”出去,而不会被散射计的探测器接收到;但如果海面有波动,反射的微波有一部分就会被探测到,根据回波强度,利用模型,便可算出风的强度。

但是,问题来了。风可以从四面八方吹,怎么才能测出风究竟是从哪个方向吹来的呢?

“必须要从不同的方向‘看’,才能准确看出风向和探测方向之间的夹角究竟有多大。”董晓龙说。

通常,解决这一问题的办法是像拍VR全景一样,给载荷多装几副天线,每副天线采用不同的探测视角,最后综合起来测出风向。“可是如果这样,卫星会变得特别复杂。”董晓龙说。

于是,科学家们又想到了新的办法,用一副可以转动的天线,在卫星上转着圈测量风。“比方说卫星在A点时,天线在卫星飞行方向的前方探测了一个区域,等卫星往前飞到B点的时候,天线转到后面来,又可以再次探测这个区域,这就实现两个不同方向的观测。中法海洋卫星微波散射计的独特之处在于采用一个宽的扇形波束方向图的扫描天线,大大增加了观测方向的数目,从而提高风的反演精度,这种体制在国际上是第一次。”董晓龙说。

最终设计出来的散射计载荷上,卫星天线以每10分钟转35圈的速度跳着圆舞曲,并跟着卫星一起不断向前进。

科学与应用并驾齐驱

在我国推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展的趋势下,中法海洋卫星除了在海洋灾害预测上可以大显身手之外,在推动科学研究方面也积聚着强大潜力。

“从中法海洋卫星的技术上看,中方和法方研制的两个有效载荷都是全新的,这是海洋遥感技术的重要突破;从科学角度讲,我国对地观测发展到今天,很多观测模型都是跟踪和模仿国外成果,这颗卫星有助于科学家在风浪研究上获得史无前例的一手科学数据,形成新的海浪预报模型等新观测模型。”董晓龙说。

目前,在两国的共同推进下,中法海洋卫星进展可观。“卫星将要搭载的法国仪器已于今年8月交付给中国合作伙伴。”达尼艾·欧赛说。

2014年3月26日,中国国家主席习近平对法国进行国事访问期间,法国国家空间研究中心和中国国家航天局签署了关于加强中法在海洋学与天体物理学领域合作的协议。2015年,在法国总理访华之际,法国国家空间研究中心与中国国家航天局签署协议,加速推进中法海洋卫星项目,并为未来利用科学数据及其随后的应用合作奠定基础。

航天东方红卫星有限公司中法海洋卫星总工程师、总指挥王丽丽介绍,在合作中,中方承担卫星平台和部分载荷研制,以及卫星发射、地面接收和应用等工作;法方承担卫星部分载荷研制和数据传输工作,同时提供两个地面接收站;卫星测控由中法共同完成,双方参与研制的工作人员超过100人。

据了解,交付使用后,卫星将24小时不间断工作,在距地500公里的轨道上对全球海洋的风场、浪场进行监测。监测数据可被两国科学家共享使用。
《中国科学报》 (2017-11-14 第1版 要闻)
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2017/11/329325.shtm
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