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地球观测系统国际会议报道
信息来源:信息管理中心 发布时间:2017年12月28日 【 】 【打印】 【关闭

   2017年8月6日-10日,在美国加利福尼亚州圣地亚哥召开的光学工程与应用国际会议,本报摘选地球观测系统分支部分文章编译报道: 

  1、欧洲气象卫星应用组织(EUMETSAT)的K. Dieter Klaes, EUMETSAT等人发表了题目为《EUMETSAT研究项目和研究计划进展》的文章: 

  欧洲气象卫星组织(EUMETSAT)需承担为气象业务和气候监测提供空间观测的任务,为完成该任务,EUMETSAT必须发射地球和太阳同步极地轨道卫星。同时,该组织也可兼顾开展为测高学和海洋学研究提供进详细观测数据的任务。通过与第三方开展项目合作的方式,EUMETSAT可从合作机构的卫星上获取数据,并提供给用户。目前运行中的地球静止卫星网络由五颗气象卫星组成,包括最后一颗第一代卫星“气象-7”号,以及“气象-8”号、“气象-9”号、“气象-10”号和“气象-11”号共四颗二代气象卫星(MSG)。EUMETSAT极地系统(EPS)目前由两颗卫星提供来自太阳同步极轨数据,分别是20129月发射的“Metop-B”号(三颗系列卫星中的第二颗,目前数据的主要提供者)和200610月发射的“Metop-A”号(三颗系列卫星中的第一颗)。这些卫星均属于和美国共同研发的初始联合极地系统(IJPS)的组成部分。自2008年夏季以来,EUMETSAT就开始持续为用户提供来自 “Jason-2”号卫星的数据,2016年,“Jason-3”号卫星成功发射升空,目前正在执行参考测高任务。为了确保任务的可延续性,第三代气象卫星(MTG)的研发正在进行中。目前第二代EPS项目正处于全面研发阶段。在“哥白尼计划”的框架中,EUMETSAT20162月发射了“Sentinel-3A”号卫星,可通过该卫星获取动态的海洋数据,随后的“Sentinel-3B”号计划于2018年的早些时候发射。 

  2、欧洲气象卫星应用组织(EUMETSAT)的Dorothee Coppens等人发表了题目为《MTG-IRS:从原始数据到辐射测量校准》的文章: 

  第三代气象卫星(MTG),即在研的欧洲地球同步气象卫星,包括成像卫星(MTG-I)和探测卫星(MTG-S)两种类型的卫星。红外探测器(IRS)是探测卫星上搭载的两种载荷之一。IRS的探测任务包括为用户提供湿度和温度分布与其随时间演化的信息,及其与纬度、经度和海拔的函数关系。IRS的空间采样范围将覆盖整个地球,而欧洲是其重点关注的区域,IRS的时间采样频率为30分钟,即每30分钟将会获取一次欧洲的观测数据。本文介绍了该任务的概况和拟搭载的载荷,并将采用一级数据处理链,通过载荷的原始数据获取光谱、辐射测量校准和辐射定位信息,最终获得L1b级产品。此外,本文还讨论了在空间、光谱范围和时间尺度上的辐射统一问题以及其对用户的影响等方面内容。 

  3、台湾太空中心的Chia-Ray Chen等人发表了题目为《LEO卫星星座的遥感和通信载荷任务研究》的文章: 

  重访时间和全球覆盖是大多数遥感卫星的两个主要指标要求,短的重访时间和全球范围的覆盖能力有利于卫星星座的组网。通常而言,因为太阳同步轨道(SSO)具有固定的重访时间和太阳贝塔角,所以遥感卫星更适于在SSO运行,系统设计和任务开展简单明了。然而,如果我们想为低纬度国家提供遥感和存储--转发的通信服务,那么SSO将不再合适,因为SSO卫星组网需要更多的卫星数量,以覆盖低纬度地区的通信服务。有时,遥感载荷的设计驱动与通信有效载荷之间会产生冲突。例如,较低的轨道高度有利于提高遥感有效载荷的性能,但会使通信服务区域变小,此时若想提供全时段的通信服务,就需要发射更多的卫星。目前的研究重点是如何为低纬度国家提供遥感和通信服务。本文将对一种名为微卫星星座的方法进行评估,该方法能够高效地实现上述目标。 

  4、美国喷射推进实验室Thomas S. Pagano等人发表了题目为《CIRAS设计研发》的文章: 

  立方体红外分光计(CIRAS)为美国宇航局地球科学技术办公室(ESTO)支撑项目,旨在验证适用于空间高光谱分辨率红外大气遥感的关键技术。2015年,ESTO的地球科学技术飞行验证(InVEST)项目承担了CIRAS的研究资金,目前正在NASA 喷气推进实验室(JPL)进行研发,其关键的子系统由相关公司开发。CIRAS中集成的新型关键载荷及技术包括:1)一种高工作温度屏障的面阵红外探测器(HOT-BIRD)材料,相比于传统材料,具有高均匀性、低成本、低噪声和更高的工作温度;2)中波红外(MWIR)光栅光谱仪(MGS),它的设计目的是为大气探测提供成像光谱,并适装于一个立方体单元内,该光谱仪由波尔航空航天技术公司负责研发,其中的光栅和狭缝由JPL研制;3)一种具有高辐射率的平板结构黑体,该黑体采用JPL的黑硅材料制成JPL还将开发用于CIRAS的机械、电子和热力子系统,并选用了蓝色峡谷技术公司研制的六单元立方体结构的航天器。本文对各项设计、研究途径、当前研究现状进行了概述。 

  5、意大利媒体拉里奥技术公司的Massimiliano Rossi等人发表了题目为《STREEGO多光谱有效载荷的设计与认证》的文章: 

  过去10年间,随着地球观测任务日益增多,星载载荷的研制和装备得到了极大的促进和发展。这些载荷能够采集丰富的图像信息,并提供给不同的应用研究。在电子、光学制造和遥感方面的研究进展,使得所谓小仪器的新概念得到了应用,这些仪器能够以更低的成本完成新概念任务,例如采用构建卫星星座的方法来提高时间分辨率。本文介绍了一种名为“STREEGO”的新型光学载荷的研究进展,是一种可用于地球观测的低轨(LEO)微型卫星的有效载荷。“STREEGO”的光学系统是一个基于三反式消像散(TMA)设计的无热型全反射式望远镜,其口径为200毫米,焦距为1.20米,异轨视场(FoV)为2度。“STREEGO”的像面传感器采用大尺寸二维CMOS传感器,其像元尺寸大小为5.50微米,在奈奎斯特频率上可提供64%的标准调制传输函数(MTF),在600公里高空的对地采样距离为2.75m。在该载荷设计中,详细开展了杂散光分析和容差分析,并建立了最坏预期下的热模型,以确保该载荷在正常运行条件下可获得最高质量的图像。经过演示样机(DM)初步测试试验后,完成了该载荷工程样机(EM)的研制。样机总重量为20公斤,包括了电子设备和集成的安装接口,并在实验室内完成测试工作,准备开展环境试验以提高技术成熟度(TRL)。本文详细介绍了该载荷的鉴定结果及目前所取得的成果。 

  6、美国喷射推进实验室的Justin M. Haag等人发表了题目为《便携式远程成像光谱仪(PRISM)海岸海洋传感器的辐射和光谱杂散光矫正》的文章: 

  机载便携式远程成像光谱仪(PRISM)由工作波长为350-1050纳米的快速“Dyson光谱仪”(其F8)、双反式望远系统、特利丹“HyViSI 6604A”型探测器阵列构成。PRISM采集原始数据包含电学和光学工件缺陷引起的误差,必须在辐射校准之前去除。本文概述了将原始数据转换为校准的辐射值的过程。首先使用实验室数据及经验来修正电子面板工件引起误差,其次利用基于实际测量的优化技术对仪器的光谱响应函数(SRF进行重构,修正SRF后,可以提高对真实光谱的恢复效果(特别是在典型的近紫外线和近红外弱信号区域),最后通过对已知辐射物的校正测量进行辐射测量。完成这一完整的校准过程能够使得所采集数据的质量最优,并有利于进行随后的数据处理,例如大气去除和光谱特征分类等。 

  7美国太平洋先进技术公司Michele Hinnrichs等人发表了题目为《基于内嵌衍射光学阵列成像光谱学》的文章: 

  太平洋先进技术公司PAT)开发了一种基于衍射光学阵列的红外高光谱相机。这种高光谱相机的成像功能在短波红外SWIR中波红外(MWIR长波红外(LWIR三个波段均得到了验证。相机光学系统被集成到了传感器的冷屏蔽系统中,显著降低传感器的体积和重量。这种新型红外高光谱成像光谱仪采用了一种由衍射光学元件组成的微光学系统,选用焦平面阵列式探测器,其每一个衍射微元都经过校,响应不同的光谱范围并成像。微透镜阵列嵌入到了探测器的冷屏蔽系统中,并由一个微型压电式电机驱动。这种方法可以实现多个红外光谱通道的并行快速成像,并实现相机的每一帧图像的同时采集和处理。本文介绍了这种小体积红外超光谱成像相机系统的光机设计方法,该相机可以作为有效载荷装备于小型卫星、小型无人机、商用四轴飞行器或单兵便携式设备上。此外,本文还介绍了该光谱成像技术的一项应用技术,即对碳氢化合物气体的质量和体积流率进行量化分析。使用闪耀光栅作为微透镜阵列中的衍射光元件,经调谐后不同透镜微元响应不同的光谱范围,微透镜呈阵列结构装配,并置于焦平面上方几毫米处,嵌入到冷屏蔽系统中,以减少光学的背景杂波干扰。探测器阵列被分为多个子图像成像通道,并对应各个不同的微透镜。我们已经研制出具有不同数量透镜阵列的多种系统。相机在同一帧采集到不同光谱的多幅图像,数量取决相机焦平面大小和微透镜阵列直径。一个2×2的微透镜阵列的单帧成像包括同场景下的4幅光谱图像,当与512×512焦平面阵列配合使用时,将会使光谱图像的空间分辨率达到256×256像素。另一套系统在分辨率1024×1024像素的焦平面阵列探测器上使用了一个4×4透镜阵列,最终可获得单帧16光谱图像其空间分辨率也为256×256像素。该系统使用一个微透镜阵列和焦平面阵列探测器即可覆盖SWIRMWIR光谱范围。 

  8德国卡尔蔡司显微镜事业部Peter Triebel等人发表了题目为《成像光栅光谱仪技术和应用》的文章: 

  对成像光谱仪而言,衍射光栅的成像质量是偏振相应灵敏度和衍射效率外至关重要的特征参数。为使仪器的整体成像质量不受影响,要求成像光栅元件的畸变尽可能小光栅的波前畸变是基底波前和光栅波前的综合作用所导致的。在光栅衬底的制造过程中,可以采用不同工艺减少波前畸变。采用全息式记录设置,以及在弯曲基底的光刻制备中采用了一种特殊的技术,也可使光栅的成像性能得到优化。全息光栅制造技术可用于在棱镜、凸凹球面和非球面形状、及其他形状等不同类型的基板制备透射式和反射式光栅。这些光栅均是一体化制备而成的,可镀高反膜或增透膜。棱镜基板的最佳用途是制造用于紫外-红外光谱范围内的透射式棱镜光栅。除透射式光栅外,还有多种光谱仪是基于反射光栅原理设计的(如“Offner”光谱仪、罗兰光谱仪“切尔尼-特纳”光谱仪)。本文所述光栅制备方法可用于生产适用于极紫外(EUV红外(IR谱段高质量的反射光栅。本文介绍了研究小组基于全息技术的极低波前畸变光栅制备的最新研究进展,该光栅能够使在一定波长范围内的复杂光谱测量装置的精度达到衍射极限。除低畸变光栅的研究结果以外,本文还介绍了在保持光栅的低偏振灵敏度和多波段衍射性能前提下,提高衍射效率最新研究成果 

  9、美国卫星应用研究中心的Junqiang Sun等人发表了题目为《串音效应和其在“AquaMODIS的中波红外波段的弱化》的文章: 

  中分辨率成像光谱仪MODIS是美国国家航空航天局NASA)地球观测系统(EOS的主要载荷之一。首台MODIS载荷于199912月随“Terra号飞船发射。随后2002年,以下午轨道发射了另一台搭载于“Aqua宇宙飞船的MODIS载荷。这两台MODIS 载荷十分类似,均有36光谱通带,其中第2025谱带是中红外波段(MWIR其覆盖了从约3.75微米4.515微米的波段。研究发现,早期的任务中这些波段存在严重的串扰,但这种影响在当时并没有被分析清楚,也未能提出减轻干扰的方法。串音效应导致地球视图(EV)图像中出现强烈的条纹干扰,并导致此波段中EV亮度温度(BT巨大的反演误差。本文提出一种利用源于在轨月观测的线性近似来校正串音效应的算法,并成功地减轻了Terra号和AquaMODIS 载荷的长波红外LWIR波段的串音干扰本文对AquaMODIS 载荷中红外波段的串音干扰进行了分析研究,通过其有计划的月球观测获取串扰系数 

  结果表明,在5个中波红外段中存在着强烈的串扰,而且短波红外(SWIR)波段也对之产生严重串扰。运用前文所述串音干扰纠正算法来校正这些波段内的串扰。结果表明,串音校正成功地降低了EV图像中的干扰条纹,并提高了5个波段的地球视图亮度温度的准确性,在长波红外段上也获得了类似的校正效果。因此,该串扰校正算法可用于提高Aqua中红外波段L1B产品的图像质量和辐射测量精度。 

编译自: https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-SPIE/10402.toc 


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