[科普中国]-海色扫描仪

相关知识简介

卫星有很多种分类，按照探测范围可分为海洋卫星和陆地卫星。海洋卫星与陆地卫星相比，地面覆盖周期和空间分辨率都有所不同，某些海洋要素的探测如海面风场、海面粗糙度等都只能利用海洋卫星技术进行探测。海洋卫星能够提高海洋环境的检测预报、灾害性气候的预测能力，有利于保护海洋自然环境资源，加强海洋军事活动保障。自美国于1978年6月成功发射了世界上第一颗专门用于海洋观测的海洋卫星Seasat-A，日本、法国、苏联、ESA等也相继发射了一系列的大型海洋卫星。这些卫星装载有多种光学遥感器和海洋遥感传感器。

按用途海洋卫星可分为海洋水色卫星、海洋动力环境卫星和海洋综合探测卫星。在海洋水色卫星方面，1978年10月，美国成功发射了雨云卫星Nimbus-7，星上装载的沿岸带水色扫描仪(Coastal Zone Color Scanner, CZCS)可以提供大量高分辨率的全球范围内的海洋水色分布数据，此外还可以通过星上的多频率扫描微波辐射计(Scanning Multi-frequency Microwave Radiometer, SMMR)对海表温度进行观测。1997年，美国NASA发射了世界上第一颗专用海洋水色卫星SeaStar，并计划从SeaStar卫星起，进行为期20年时序的全球海洋水色遥感资料的连续累积。

原理海色扫描仪（ocean color scanner），其原理是光经过光栅分光计后，分别进入指令隔离滤波器、光学中继装置和硅光电二极管而形成海面图像。这种仪器安装在长75cm、直径25cm的半圆形壳体内，重约34kg。其望远镜直径12.5cm。光栅分光计的焦面上有24束玻璃纤维。其中10束位置固定。

水色扫描仪有10个探测波段范围从可见光到长波红外。

为了提高系统的信噪比，系统采用了列阵探测器并扫，因此像面要求不能随扫描系统旋转而旋转。45度旋转扫描镜扫描是一个好的扫描方式，但是它会产生像旋转。因此要采用45度旋转扫描镜扫描，消像旋就显得十分重要。我们在光学系统中加入了消像旋系统。
如图所示，光学系统由45度旋转扫描镜、主光学系统、消像旋系统和后光学系统组成。因为光学系统的光谱必须覆盖从可见光到红外的范围，在后光学系统前必须采用反射系统。
入射光经过45度旋转扫描镜反射后进入主光学系统和消像旋系统，然后第一分色片将光谱分为两部分:红外和可见，红外光反射而可见光透射。红外光(2个探测通道)由红外透镜系统将其聚焦至列阵探测器上。可见光通道被第二分色片分成两个部分，一部分5个探测通道)反射，另一部分(其余3个探测通道)透射。两部分的可见光分别由各自的透镜系统会聚到线列探测器上。探测光谱波段由放在探测器前的滤光片形成。1

硅光电探测器组件海色扫描仪是安装在空间平台上的遥感仪器，硅光电探测器组件是海洋水色扫描仪的关键部件之一，用于探测可见一近红外波段海表对入射阳光的反射信息，获取海洋水色参数。扫描仪在可见一近红外部分有八个探测波段，分别由一个5X4和一个3X4的而阵硅探测器组件实现其探测功能。由于海水在蓝紫光波段的反射率很低，因此要求硅探测器在蓝紫光波段有较高的响应率，以满足扫描仪信噪比的要求。2

应用情况2007年4月，“海洋一号B”（HY-1B） 发射成功，星上装载有一含有可见光、近红外和热红外的海色扫描仪和一台成像仪，主要用于观测海表温度、海洋水色变化、海洋污染杂质含量等与海洋有关的情况的观测。2011年8月，‘海洋二号’探测卫星成功运行，星上装载有雷达高度计、扫描微波辐射计和微波散射计等多个主动微波传感器和被动微波传感器，提供高精度、全天候、实时的微波探测海洋数据。检测海洋环境、观测多种海洋动力环境参数，为多项海洋研究和海洋监视提供支撑服务。