海洋遥感技术 -海洋遥感技术的发展及应用

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“海丝一号”发回的南极洲冰川SAR图像

“海丝一号”档案

体重：185公斤

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波段：C波段

最高分辨率：1米

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最大成像幅宽：100公里

——可穿透云层，不受时间和恶劣条件限制，获取全天时、全天候的二维高分辨地球表面雷达图像

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——国内高校首颗近海与海岸带遥感卫星

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——国际首颗C波段轻小型SAR卫星

——海丝“星座”的首发星

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北京时间2020年12月22日12时37分，由厦门大学、福建省招标采购集团、三明投资集团、长沙天仪空间科技研究院有限公司和中国电子科技集团公司第三十八研究所等单位联合策划研制的“海丝一号”卫星，在海南文昌卫星发射中心搭载长征八号运载火箭成功发射升空，实现了福建卫星从“0”到“1”的突破。

这颗近海与海岸带遥感卫星是新技术集成应用的成果，开创了福建新基建建设的新模式。在不远的将来，它和它的小伙伴们不仅会在科研领域大显神通，而且会对福建“海洋强省”“数字福建”建设产生积极影响——

发射升空近84小时后，亦即北京时间12月25日23时59分，“海丝一号”首次成像工作即获得有效回波数据。12月27日，“海丝一号”得到首批多幅高清SAR图像，实现了我国首颗商业SAR卫星的高质量成像，这也是国际上首幅C波段小卫星SAR图像。

“海丝一号”SAR总工程师、中国电科38所对地观测研发中心副主任盛磊说，入轨后“海丝一号”表现稳定，先后完成多项调试。目前卫星正在抓紧在轨测试工作，保障按时投入业务运行。

福建省招标采购集团董事长助理简灿良博士表示，福建是海洋大省，岸线资源全国第二，海域面积超过陆域面积。“海丝一号”填补了福建空间数据获取体系的空白，真正实现了“星、空、地、海”全覆盖。

中国科学院院士、厦大地球科学与技术学部主任戴民汉说，这是厦大继“嘉庚”号科考船、东山海洋观测与试验站之后的一个重大科研平台，自此构架海天陆基的海洋观测一体化的观测系统，将有力地提升观测海洋、认知海洋、经略海洋的水平。

“你好，海洋”，穿云透雾全天候

福建圆梦九天是多年夙愿。

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党的十八大报告首次提出“建设海洋强国”的宏伟目标，十九大报告则明确要求“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”。作为古代海上丝绸之路的起点、“21世纪海上丝绸之路”核心区，福建作为海洋大省，依海而兴，是“数字中国”“智慧海洋”和海洋经济的示范省份。

“海丝一号”英文名为“HISEA-1”，谐音“HI，SEA”，意为“你好，海洋”。从命名到内核，它具有鲜明的海洋属性。福建首颗卫星以“海丝一号”命名，既符合国家战略，又有深厚的历史和文化渊源。

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2013年，厦门大学在翔安校区筹建全省首座高校“卫星遥感地面站”。不久，发射小卫星的想法也开始萌芽。

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2016年后，借着国家政策的东风和我国产业结构的红利，我国民用航空产业，包括卫星产业成为硬科技领域的蓝海。福建卫星产业随之蓄势待发，海洋遥感卫星成为福建“问天”之路的起点，其实也算水到渠成。

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2018年底，福建省招标采购集团与厦门大学对接海洋观测重点项目，不谋而合的想法促成了福建发射卫星计划的正式出发。

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厦门大学海洋与地球学院高级工程师、“海丝一号”应用总工程师耿旭朴表示，作为国内高校首颗近海与海岸带遥感卫星，也是国际首颗C波段轻小型SAR卫星，“海丝一号”特别适用于多云多雨地区遥感数据采集。

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SAR即合成孔径雷达，是一种主动式的对地观测传感器，采用的微波成像原理，类似于蝙蝠、海豚，主要依靠自身发射信号、碰到物体后接受反射信号成像。上世纪50年代问世后多运用于军事领域，上世纪70年代美国率先发射SAR卫星，随后开始军转民用。

由于波长较长，SAR卫星“海丝一号”具备“穿云透雾”的能力，更可实现夜观，不受夜晚和恶劣观测条件限制，可全天时、全天候获得图像。在海洋动力观测方面，星载SAR是获取大范围、高分辨率海面风场、海浪、海流、内波等动力要素的唯一手段。

目前“海丝一号”成像区域已覆盖亚洲、北美洲、南美洲、欧洲和南极洲，地貌丰富。未来经过三个月左右的调试，“海丝一号”将以我国东南沿海和西北太平洋海域为主要观测对象，为全球变化背景下海洋动力环境参数的遥感反演、海洋灾害监测、洪水监测和地表形变分析等提供有力支持。

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“以前我们需要向海外高价购买SAR图像，海丝一号有望帮助我们实现‘图像自由’。”耿旭朴说道，“卫星还可以根据福建的需求去定制获取数据，无论科研还是应用都会更精准和精细。”

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简灿良也表示，目前福建全省空间数据采集获取局限于中低空，海洋测绘方面受限更大。遥感卫星填补了海洋区域空白，为数据获取插上了翅膀。

产校融合，轻小卫星研制闯新路

简灿良博士透露，“海丝一号”作为国内首个商用SAR卫星，依托于福建，又整合了国内优势企业单位的力量，项目的团队既有高校、国企，也有国家级科研院所和民营航空企业。中国电子科技集团公司第三十八研究所（简称“中国电科38所”）主要负责SAR载荷和地面应用系统的研制，长沙天仪空间科技研究院有限公司（简称“天仪研究院”）负责研制卫星平台和测运控系统。

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厦门大学借助强大的海洋科研实力，对卫星的主要技术参数以及观测目标进行了设计规划，在卫星的研发过程中起到了引领作用，让“海丝一号”成为一颗满足科研需求、体现海洋特色的“订制卫星”。

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几个团队在各自负责领域精诚合作，历时1年研制完成，让这颗中国造SAR卫星具备轻小型、低成本、高分辨率特点。

据悉，“海丝一号”卫星仅重185公斤，与已发射的适用于海洋观测的C波段SAR卫星动辄几千公斤的“吨位”相比，着实轻巧不少。

耿旭朴说，近年来，卫星产业正处于蓬勃发展期，发射数量逐年大幅增长。随着微电子技术、快速低成本发射和卫星模块化等技术的不断成熟，在卫星小型化浪潮推动下，百公斤量级的SAR卫星应运而生了。传统SAR卫星作为动力的太阳能板和信号天线是分开的，“海丝一号”实现了两者的集成，部件模块化，自重也就下来了。无论是研发制造费用，还是发射费用，越轻小也就意味着成本降低。

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在短短一年多时间里，对标国际先进指标，采用基于C频段轻量化有源相控阵天线技术和一体化中央电子设备集成技术，“海丝一号”在SAR卫星领域进行了一次技术集成创新试验。其设计简洁、功能密度高，具有技术引领和示范效应。

据悉，“海丝一号”还装备了主动离轨装置，如果卫星在若干年后的生命末期失效，会启动离轨装置自行坠落，进入大气层后焚毁，不会变成“太空垃圾”。

根据设计，高清分辨率也是“海丝一号”的撒手锏，其特定区域的重返周期为3天。从目前传回3米条带模式成像图像看，“海丝一号”与欧洲航空局Sentinel-1和加拿大RADARSAT-2卫星在地物特性获取等方面基本上相当。

未来，成像分辨率达1米的超高清图像更值得期待。

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【责任编辑：伊宁倩】

来源： 福建日报

2020年12月22日，长征八号首飞成功，将“海丝一号”等5颗卫星送入太空。 新华社

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观江瞰海，监测预警的一把利器

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据简灿良介绍，2018年，福建省和国家航天局联合制定了《卫星应用助力数字福建创新发展总体方案》，促进“数字福建”从地上向空中拓展，从陆上向海上、海外拓展，构筑立体化、三位一体的信息保障体系。去年6月，福建省新基建三年行动计划出炉，其中提出“积极发展空天地一体化卫星互联网”。“海丝一号”对于推动数字福建、智慧社会的意义不言而喻。

“海丝一号”为福建叩开了深空的大门，为后续海丝卫星星座组网奠定了良好的基础。简灿良透露，后续计划由多颗轻小型SAR卫星和多光谱水色小卫星组成“海丝”星座，辐射福建、我国东南沿海，甚至服务“一带一路”沿线国家。

今年上半年，我省还计划发射“海丝二号”卫星。这是一颗多光谱水色小卫星，也将延续产校合作模式。与“海丝一号”关注形变、物理变化不同，“海丝二号”侧重于水体、水质变化监测。

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厦大海洋与地球学院商少凌教授解释说，“水色”就是观测水的颜色，因为颜色变化可以反映出水体的健康状况。比如说近海赤潮的监测、水体浮游生物的监测等。两颗卫星相互协作，将对卫星海洋遥感技术发展起到引领与示范作用，对近海形成立体的监测。

在科研方面，可以进行海洋动力与生态环境的综合观测，将大大提高对近岸和流域水体水质的观测能力，对全球变化背景下的海洋研究具有重要的科学价值。

在服务地方经济社会发展和防灾减灾方面，卫星数据还有更多的应用空间。

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简灿良介绍说，SAR遥感在自然资源监测、海洋环境监测与船舶识别、农产品估产与农业资源调查、地质灾害、水旱灾害监测与防灾减灾、城市高层建筑、电力设施、交通设施、应急响应等方面具有广泛应用场景，尤其对于复杂气象条件下的应急遥感监测应用方面具有独特优势。

他举例说，海洋监测可利用SAR全天时、全天候和二维高分辨率成像能力，实现对船只目标的检测、定位和识别。利用SAR卫星资源，采取多种数据源相结合的动态监测方式，与地面调查相配合，能够及时、准确地发现填海造地问题。

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此外，当海面发生溢油事件，卫星可以探测油带的位置、面积、油膜形态，判断其漂移方向和漂移速度等，再结合海流运动和风场信息，可以分析评估其对海洋生态环境的影响。

在较大区域内，卫星还可以监测养殖网箱的分布信息，估计养殖密度，监督水下网箱，协调生态环境及养殖空间规划间的关系。

不仅海域，陆域的监测应用也将得到拓展。借由卫星天眼看清地球，在遥感影像上智能追踪人类活动的变化轨迹，加强观测能力与数据处理能力，将进一步实现“天上看、地上查、网上管”，提高我省自然资源信息化和管理水平，促进资源管理、空间规划、生态保护、民生建设等方面可持续发展。

记者手记

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我们的征途是星辰大海

随着科技的发展，遥感卫星成为获取空间地理信息的重要手段。近年来，国外有SpaceX、OneWeb和亚马逊等公司雄心勃勃推出卫星轨道计划，国内民用卫星发射动作频频。在这个民用空间风起云涌、基础设施投资方兴未艾的时代，福建用“海丝”星座计划点亮了浩瀚宇宙中属于自己的那些繁星。

作为海洋大省，我们向海图强。“海丝一号”依海而“星”，拉开了我省加快推动海洋卫星领域探索创新的新篇。从0到1，再到2，“海丝”星座蓄势待发。我们期待，未来计划研发的数十颗“海丝”卫星既能在经济、信息化建设领域发挥重要作用，为人们提供高精度、高质量、高安全性的空间地理信息服务，也能助力“一带一路”空间信息走廊建设，从国内走向国际、从区域走向全球。

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辞旧迎新，“零”的突破值得喜悦；憧憬未来，我们的征途是星辰大海！

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效应

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厦大海洋观测从地面到天空

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海洋科学是厦门大学的优势学科之一，已拥有近海海洋环境科学国家重点实验室、水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室、海洋遥感大数据福建省高校工程研究中心、“嘉庚”号海洋科考船、东山太古海洋观测与实验站、联合遥感中心及卫星接收站等一系列重要涉海科研平台和重大设施。

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“海丝一号”卫星是厦门大学现有海洋观测能力从水下、地面向天空的延伸，将进一步推动海洋科学、生态学等“双一流”建设学科的发展。

（记者 张颖）

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