总第154期

2006年第4期

舰船电子工程

ering

Vol.26No.4

22

Ξ

卫星遥感在海战场环境建设中的应用

张志刚

(海军大连舰艇学院海洋与测绘科学系遥感教研室大连)

摘要海洋战场环境建设是决定未来海战胜负的关键性因素。随着海洋技术的不断发展,卫星遥感作为一种新兴的探测方式,在海战场环境建设中的作用也不断增加。与传统海洋探测方式进行了比较,介绍了主要传感器的应用,分析各国现状及发展趋势。

关键词卫星遥感;探测;海战场环境

中图分类号TP212

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海战场是海军的主要作战空间,海战场环境对作战双方的人员装备使用都有着重要的影响作用。现代海战中,作战双方都在利用战场环境,变被动为主动,不断提高己方兵力对战场环境的适应和运用能力。要加强战场环境建设,就必须在战前做好海战场环境的探测工作。随着海洋开发技术的不断更新,卫星遥感已经成为未来海战场环境探测的重要手段。

1卫星遥感与传统海洋探测方式的比较

海洋卫星遥感与常规的海洋探测手段相比具有许多独特的优点:第一,它不受地理位置、天气和人为条件的限制,可以覆盖地理位置偏远、环境条件恶劣的海区及由于政治军事原因不能直接去进行常规调查的海区。卫星遥感是全天时的,其中

微波遥感是全天候的。第二,卫星遥感能进行大面积的同步观测。在海洋探测中,大面积的同步观测数据是最宝贵的。依靠传统的海洋探测方式,很难进行大面积的同步观测。而卫星遥感可以同步探测到34,000平方公里,对海洋资源普查、大面积测绘制图及污染监测都极为有利。第三,很好的时效性。卫星遥感可以在短时间内对同一海区进行重复探测,发现海洋要素的动态变化。这对于研究海洋中不同周期的动态变化非常重要。第四,卫星遥感获取的海洋探测数据综合性强。以美国的海洋卫星21为例,虽然在轨有效运行时间只有105天,但所获得的全球海面风向风速资料,相当于上一个世纪以来所有船舶观测资料的总和,星上的微波辐射计对全球大洋做了100多万次海面温度测量,相当于过去50年来常规方法测量的总和。第五,能同时进行风、流、海气相互作用和能量收支情况的海洋探测。海洋现象必须在全球大洋同步观测,这

Ξ收稿日期:2006年1月11日,修回日期:2006年3月1日

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只有通过海洋卫星遥感才能做到。

30年来,卫星海洋遥感大致经历了3个阶段:第一阶段(1970年～1978年)是探索阶段,该阶段主要利用载人飞船搭载试验和利用气象卫星、陆地卫星探测;第二阶段(1978年～1985年)为试验阶段,该阶段美国发射一颗海洋卫星()和一颗

雨云卫星七号(-7),星上搭载海岸带水色扫描仪(CZCS),这两颗卫星皆属实验研究性质;第三阶段(1985年至今)是应用研究和业务使用阶段,该阶段,世界上共发射了多颗海洋卫星,如海洋地形卫星、海洋动力环境卫星及海洋水色卫星。海洋卫星类别及主要技术性能如表1所示。

表1海洋卫星类别及主要技术性能

卫星类别主要用途传感器卫星要求

海洋水色卫星探测叶绿素、悬浮泥沙、可

溶有机物、海表温度(可选)、污染、海冰、海流

海洋地形卫星探测海面高度、有效波高、

海面风速、海洋重力场、冰面拓扑大地水准面、潮汐洋流、大气水汽

⑴水色仪

⑵CCD相机

⑶中分辨率成像光谱仪

⑴雷达高度计

⑵微波辐射计

⑴太阳同步轨道

⑵降交点地方时正午

⑶全球覆盖周期2～3天

⑷前后倾角可调

⑸姿控测轨精度较高

⑴太阳同步轨道

⑵精密轨道测定

⑶姿控精度高

⑷全球覆盖周期1～2天

海洋动力环境卫星

探测海洋风速、风向、海面高度、冰面拓扑、波高、波向及波谱、海洋重力场、大地水准面、洋流海表温度、海流

⑴合成孔径雷达

⑵微波散射计

⑶雷达高度计

⑷微波辐射计

⑴太阳同步轨道

⑵全球覆盖周期1～2天

⑶精密轨道测定

⑷姿控精度高

潮汐、内波、岸带水下地形、

目前常用的海洋卫星遥感传感器主要有雷达散射计、雷达高度计、合成孔径雷达、微波辐射计等。以下分别简介它们在海洋探测中的应用。

2主要海洋卫星传感器在海洋探测中的应用

2.1雷达散射计

这是一种主动式斜视观测的微波装置。利用特定频率的雷达波脉冲照射到粗糙海面后产生的布喇

⑸红外辐射计

格后向散射回波信号,可以反演出海面风速、风向和风应力以及海面波浪场,因而也就有了测风散射计和测波散射计。其测量精度与散射计的工作频率、观测角、天线极化方式、大气传输校正及所用的反演算法有关 。海洋卫星21 上的雷达散射计的风速测量 准确度达 ±2m/ s ,风向测量准确度为 ±20°。表 2 列 出了欧洲遥感卫星 ( ERS)21 雷达散射计的主要性 能 。利用散射计测得的风浪场资料 ,为海况预报提 供了丰富可靠的依据 。积累的历史资料将为海岸和 近海工程设计提供科学的设计标准。

表 2 欧洲遥感卫星21 微波散射计的风浪场测量性能

测量参数测量范围精确度空间分辨率地面定位精确度全球覆盖周期

风速4～ 24m/ s±2m/ s50km ×50km±5km3 天

风向0～ 360°±20°50km ×50km±5km3 天

波向0～ 180°±20°5km ×5km±5km3 天

波长100～ %5km ×5km±5km3 天

2. 2 星载雷达高度计

星载雷达高度计也是一种主动式微波传感器 。 测量脉冲经海面反射之后的往返时间可得出卫星 的高度 ,用它可进行下列测量 :

2. 2. 1 大地水准面 大地水准面可以反演出重力异常 ,又与地下物

质密度分布 、洋中脊 、断裂带 、海沟等相关 。这对海 战场环境探测和战场环境的测绘意义重大 。测地 卫星 ( Geo sat) 上的高度计 ,获得的数据准确 ,时间 跨度长 。欧洲遥感卫星21 的高度计测高精确度优

于 10cm ,托佩克斯/ 海神卫星测高精确度 (均方根) 小于 2～4cm。我国利用测地卫星高度计数据计算 了东海大地水准面高度 。

2. 2. 2 海冰

在高纬海区 ,海冰是影响水面舰艇作战的一个 重要因素 。利用海洋卫星星载雷达高度计能准确 地测量冰面高度和冰的体积 ,因而能跟踪陆冰层 , 还可测量海上冰盖的消长 , 监测海冰的分布和运 动 。这对全球海平面和气候变化的研究是至关重 要的 。

24张志刚 :卫星遥感在海战场环境建设中的应用总第 154 期

2. 2. 3 潮汐

潮汐是影响海军登陆作战的直接因素 。高度 计观测潮汐的突出特点是能提供全球大洋潮高分 布 ,使潮汐的动力方程数值解的置信度大大提高 。 它还可以反映地壳构造的信息 。

2. 2. 4 水深

水深直接制约着水面舰艇航行安全和水中兵 器的使用 。通过海洋卫星高度计数据可以绘出相 对于基准椭球面的平均海平面等高线图 。该图基 本上包含了大地水准面的信息 。从该图可以一目 了然地看出海沟和洋中脊等迄今未知的大洋水深 的主要特征 。

2. 2. 5 海面风强度和有效波高 由高度计的后向散射截面积可以反演海面粗

糙度 。高度计测量有效波高的精度和准确度不低 于现场测量仪器 。由微波高度计与微波散射计测 得的资料还可以计算出波能密度 。利用高度计数 据对风速的估计 ,在风速为 0～10m/ s 范围时 ,误差 低于 1m/ s。

2. 3 合成孔径雷达 (SAR)

这是一种高方位分辨率的相干成像雷达 。它 利用了相位和振幅信息 ,是一种准全息系统 ,可分 为侧视 、斜视 、多普勒锐化和聚束测绘等工作方式 。 它利用合成天线技术获取良好的方位分辨率 ,利用 脉冲压缩技术获得良好的距离分辨率 。自在海洋 卫星上试验成功后 ,许多后续发射的航天器上都相 继搭载了不同类型的合成孔径雷达 。例如 ,欧洲遥 感卫星21 ,日本地球遥感卫星21 和雷达卫星上都载 有以观测海洋和海冰为主的合成孔径雷达 。主要 星载 SAR 的技术性能见表 3 。其在海洋探测中的 主要用途包括以下几项 :

表 3 主要星载 SAR 的技术性能

星载 - SARJ ERS - 1 - 1

卫 星ERS - 1 &2J ERS - - 1

国 家欧空局日本加拿大 发射时间 1995 年 4 月1992 年 2 月1995 年 11 月

频 率5. 3 G(C)1. 275 G(L)5. 3 G(C)

极 化

视 角 数114

观 测 带～500km

分 辨 率30 ×30m18 ×18m28 ×30m(典型)

量 化

(1) 通过对 SAR 图像作快速傅里叶变换 ,可确 定二维的海浪谱及海表面波的波长 、波向和内波 。 这对海军作战具有重大意义 ,其中尤以可探测出海 洋内波的功能在军事上有极大的应用价值 ,对潜艇

作战影响最为直接 。

(2) SAR 监测海冰是极有为效的方法 。这主要 是因为 : ①SAR 具有区分冰和水的能力 ,可以获得 海冰覆盖的准确面积 。 ②不同类型的海冰 ,其雷达 散射和截面积有明显的差别 ,所以 ,不同类型海冰 的图像清晰 。 ③可以获得不同海冰块之间缝隙的 准确信息 ,用于破冰导航 。 ④利用 SAR 时序图像 可以获得冰川运动信息 ,用于船舶的冰区导航 。

(4) 由于 SAR 图像上的亮暗分布与海底地形 、 地貌有一种直接相关性 ,在一定的风浪条件下 ,可 以进行浅海水深和水下地形测绘 ,对海上军事活动 等具有重大意义 。

2. 4 微波辐射计

海面温度是海洋监测的最基本参数之一 ,水温 是划分水团的主要依据之一 ,还被用于分析海洋锋 和流系 。由于海水温度对声速传播的影响 ,水温分 布也是影响鱼雷等武器装备的重要环境因素 。微 波辐射计是被动微波传感器 ,通过测量由海面发射 的热辐射温度来遥感海面的温度 。以美国泰罗斯2 N 卫星上的甚高分辨率辐射仪 (AVHRR) 为代表的 传感器 ,可以精确地绘制出海面分辨率为 1km、温 度精度优于 1°C的海面温度图像 。

3 卫星遥感的发展趋势

当前 ,海洋技术发达国家除继续使用常规海洋 调查仪器采集海洋信息以外 ,早就应用航空航天遥 感遥测技术对海洋进行观测 。各种卫星传感器的 应用已经向着全天候 、全天时 、高分辨 、高精度 、实 时反复地对海洋环境和目标进行探测的方向前进 。 在提高并完善海洋监测仪器的同时 ,由于信息网络 技术的发展和应用 ,各观测系统正走向联网 、补空 调整 ,向建立全球海洋观测系统方向努力 。世界上 的主要航天国家已经开始进行不同类型的海洋遥 感卫星的系列发射 ,包括以光学遥感为主的海洋水 色卫星 ,以微波遥感为主的海洋动力要素环境卫星 等 。综合而言 ,海洋卫星遥感发展趋势具有以下特 点 :

3. 1 卫星遥感系统化

美国 、欧洲 、日本等国家和地区相继制订了 10

～15 年海洋遥感规划 ,或海洋 、陆地与大气遥感规 划 。美国的“地球观测系统”( EOS) 计划已正式启 动 ,计划将发射 6 颗卫星 ,使用 23 种传感器 ,至少 可以连续提供 15 年的全球观测数据 。其中 ,具有 海洋水色遥感功能的卫星有 3 颗 ,另外还有一颗具

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有海平面高度遥感功能的雷达高度计卫星 。欧洲 空间局也制订了类似于美国航天局 EOS 计划的地 球观测初始计划 ( EOPP) 。该计划有效期为 10 年 ,对海洋陆地和大气进行连续观测 。日本也开始着 手高级地球观测系统卫星计划 (ADEOS) 。以上三 项计划的发射周期一般都是 5～10 年真人百家家乐app,从海洋 、陆 地到大气对全球进行系统地观测 。

3. 2 以水色遥感为热点

水色遥感从多光谱扫描传感器发展到超光谱 传感器 ,光谱通道从 6 个发展到 224 个 ,空间分辨 率和信噪比都得到了较大的提高 。美国海洋科学 界希望从 发射开始 ,迎来一个 20 年时序 水色遥感数据积累时期 。如此高质量的全球海洋 水色资料的长期积累 ,对海洋卫星遥感将产生深远 的影响 。

3. 3 卫星小型化

小卫星不仅投资少 ,而且有利于提高卫星平台 工作的可靠性和稳定性 。因为体积较小的有效科 学载荷相对于体积庞大的载荷而言 ,其数据搜集 、 记录 、传输所需电负荷都会相应下降 ,从而延长卫 星的工作寿命 。

3. 4 卫星传感器类型多样化

气象卫星和陆地资源卫星海洋遥感兼顾功能 正在增强 。随着传感器技术性能的提高 ,为了节约 成本 ,卫星所搭载的传感器正朝着多样化的方向发 展 。

此外 ,各国还十分重视应用基础研究和应用基 础设施建设 。各国不断加强相互合作 ,多国投资合 作发射使用卫星资源 ,海洋卫星遥感的商业化越来 越明显 。

4结束语

以上结合几种主要的卫星传感器 ,简述了卫星 遥感在海洋探测中的应用及发展趋势 。未来 ,卫星 遥感的应用深度和广度还将进一步提高 。当然 ,这 些传感器的应用是以许多辅助手段为基础的 。例 如数据处理算法的开发 、大气传输校准 、遥感数据 的地面场定标和校验 、不同型号同类传感器数据的 同化 、历史数据和现场数据的归一化处理等 ,都必 须依靠常规的现场观测和先进的计算技术和通信 技术的支持 。

参 考 资 料

[ 1 ]李允武等. 卫星遥感在海洋观测中的应用[J ] . 中国 航天 ,1997 , (8) :3～5

[ 2 ]梅安新等. 遥感导论[M]. 高等教育出版社 ,2001 ,7 [3 ]侍茂崇等. 海洋调查方法 [ M]. 青岛海洋大学出版

社 ,2000 ,7

[ 4 ]吴培中. 世界卫星遥感三十年 [J ] . 国土资源遥感 , 2000 , (1)

[ 5 ]吴克勤. 当前卫星海洋遥感的特点和发展态势[ C].

海洋论坛

(上接第 17 页)

斗机 ,既可外挂 、也可内装 ,实施杀伤性/ 非杀伤性 攻击任务 。

5结束语

定向红外对抗技术是当今世界上最先进的红 外对抗技术 ,它是随着红外制导导弹对飞行平台日 趋严重的威胁而产生和发展起来的 。在 21 世纪 , 随着红外探测技术 ,红外制导技术和军用计算机技 术的飞速发展 ,各种新型红外制导导弹将采用更先 进的末制导技术 ,如红外双色制导 ,红外成像制导 , 多模复合制导等 ,使红外导弹更加智能化并且具有 全方位的攻击能力 ,传统的红外对抗方式已无法对

其实施有效的干扰 ,各种飞行平台面临新的挑战 , 为此 ,必须采用先进的定向红外对抗系统装备飞机 以对抗各种先进的红外制导导弹的威胁 。在未来 20 年 ,新一代定向红外对抗系统将逐渐渗透到世 界各种作战飞机市场 ,定向红外对抗技术将得到进 一步的发展 ,其主要发展特点包括 : 激光器作为干 扰源 ,闭环系统的工作方式 ,加大激光器干扰功率 , 拓展应用范围等 。

参 考 文 献

[ 1 ]李炳荣 ,刘峰等. 红外诱饵对抗红外制导导弹的成 像仿真[J ] . 光电对抗与无源干扰 ,2003 , (2) :15～16

[ 2 ]王霞 ,金伟其 ,王汝琳. 红外气体传感器多光路光学 系统设计[J ] . 光学技术 ,2002 , 28 (2) : 152～154

[ 3 ]美军机载红外对抗系统最新进展[ DB/ OL ] . 中国国 防科技信息中心 ,http :/ / jczs. sina. com. cn 2004. 03. 11

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廊坊市生态环境局召开全市社会生态环境监测机构弄虚作假问题专项整治行动部署会议

3月24日上午，廊坊市生态环境局召开全市社会生态环境监测机构弄虚作假问题专项整治行动部署会议。会议通报了2022年社会机构监督检查情况和2023年专项整治行动工作安排，解读了《环境监测数据弄虚作假行为判定及处理办法》，宣贯了《生态环境监测机构弄虚作假案例》，25家域内社会机构提交了绝不弄虚作假的承诺书，廊坊市生态环境局党组成员、副局长岳玉军出席会议并讲话。

会议指出

近年来，全市生态环境监测社会机构快速发展，监测能力不断增强，监测质量不断提高，服务水平不断提升，已成为廊坊市监测工作的重要支撑力量。开展专项整治工作是进一步落实部省2023年重点工作的要求，也是打击严重恶意环境违法的需要，更是确保打好污染防治攻坚战的需要。市县两级生态环境部门要高度重视社会生态环境监测机构弄虚作假问题专项整治行动，进一步加强社会机构的监督管理，净化行业市场环境，促进行业健康发展，切实保障监测数据的真实、准确、全面、客观。

会议强调

一是加强组织领导，提高思想认识。市县两级生态环境部门要统一思想、提高认识，监测、执法、环评建立协调联动机制，明确工作目标，分工协作真人百家家乐app，各负其责，务实高效地开展好专项整治行动；二是创新监管模式，丰富监管方式。要按照“双随机、一公开”要求，采取日常检查和突击检查、线上抽查和现场检查相结合的机制，不发通知、不打招呼、不用陪同、不听汇报、直奔现场、直接检查；三是组织技术交流，提升业务能力。通过开展业务知识培训、社会机构监测技术大比武等活动，弘扬工匠精神，在广大生态环境监测人员队伍中营造扎实学习专业理论、刻苦钻研技术的良好氛围，推进全市社会机构监测能力提升；四是积极推进自行监测信息公开，力促监测数据质量提升。督促企业落实主体责任，按照排污许可相关规定，制定自行监测方案，按时上传自行监测数据和年度报告，及时公开自行监测信息，接受生态环境部门的监管和社会公众的监督，一旦发现弄虚作假行为，不但对企业进行严厉处罚，而且对社会机构也要依法追究责任。

会议要求

社会机构要承担自身的社会责任和义务，守住法律底线，把握好生命线，珍惜来之不易的创业成果，算好明白账、打好经济牌、走好创业路；要汲取案例教训、沉淀经验，树立良好的职业道德规范，坚决不弄虚作假，服务好市场，全力维护我市生态环境监测事业健康良性发展，为全市生态环境持续改善和经济社会高质量发展做出更大贡献。

会议在廊坊市生态环境局召开，市局监测科、环境监控中心、执法支队、环评与排放管理科相关负责同志，各县（市、区）、临空经济区（廊坊）生态环境分局，廊坊开发区生态环境局分管负责同志及相关科室主要负责同志，域内各社会机构最高管理者和技术负责人共90余人参加会议。

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