中法海洋卫星微波散射计完成正样研制

　　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）