空间中心圆满完成海洋二号卫星雷达高度计、校正辐射计分系统航空校飞试验
　　日前，中科院空间科学与应用研究中心的科研人员在南海海域圆满完成了我国第一颗海洋动力环境卫星“海洋二号”卫星有效载荷的航空校飞任务。在本次任务中，由该中心微波遥感与信息技术研究部研发的雷达高度计、校正辐射计等仪器运行状态正常，性能良好，所提供的科学数据准确可靠，为计划明年年底发射的“海洋二号”卫星在轨运行提供了有力的保障。
　　据微波遥感与信息技术研究部主任、“海洋二号”卫星副总工程师刘和光研究员介绍说，该卫星是一种获取海洋动力环境信息的专用对地遥感卫星，它的使命是监测和调查海洋动力环境，包括海面风场、浪场、海流、温度、海上风暴和潮汐等海况的重要参数，以便掌握灾害性海况的预报信息和海洋动力环境信息，为国民经济建设服务；同时也可为海洋科学研究提供实测数据。
　　“海洋二号”卫星上装载的雷达高度计系统是用来测量海面高度、有效波高及海面风速等数据的主要仪器系统。这些数据的进一步反演结果可直接应用于海洋气候与环境的监测、预报当中，如对台风、海啸以及厄尔尼诺、拉尼娜现象的监测，这将有利于我国在全球气候演变过程中的研究，提高对灾害性气候的预测能力。这些数据还可为海洋油气、海洋渔业和海岸带资源的调查与开发，远洋船队航行，海洋测绘等行业提供服务。此外，长期的数据监测还可为海洋地球物理学、海洋动力学研究提供参考。该系统在卫星在轨期间，将进行全时工作。它采用了Ku波段和C波段双频测量体制，由此消除了电离层对高度测量的影响；采用大时带积线性调频信号，提高了系统的压缩比；采用全去斜坡技术来实现脉冲压缩；同时增强了高度计的跟踪能力。综合的保障体系，可为波高在1～20米范围内的高度测量精度不超过4厘米，达到国际先进水平。
　　同时参加航空校飞的校正辐射计是为雷达高度计提供大气路径延时校正的微波辐射计。它可通过对大气中液态水和水汽含量的测量，向雷达高度计提供大气校正数据，具有在轨定标、修正仪器漂移等功能。校正辐射计接收机采用全功率微波辐射计方案，其特点是结构简单、易于实现、可靠性高，且由于全功率微波辐射计工作时在整个积分时间内都是对观测目标进行测量，因而也是目前全球灵敏度最高的辐射计之一。
　　航空校飞是新型遥感器上天前所要完成的一项重要试验内容，可为卫星取得最为有效的试验数据和确保卫星上天后各种观测仪器的科学数据精度提供保证。对于仪器系统的大跨越发展，尤为重要，以检验和保证其性能，在卫星上天后符合设计要求，减少仪器上星后的风险。此外，航空校飞所获取的测量数据可以为计算和应用算法开发、改进和完善设计提供较为理想的模拟数据集，同时为促进我国海洋二号卫星有效载荷和地面应用系统的改进和技术发展提供必要的技术积累，为卫星升空正常运行后，尽快发挥观测数据效益创造条件。
　　完成此次校飞任务的试验平台采用了Y-8型多用途运输机，以海南陵水机场周边的海域为飞行目标，携以上仪器获取了海岸周边、大陆架海域等多种地面目标的海域情况数据。校飞过程中采用折尺型航线，以获取更多同一区域的有效校验数据。本次校飞于12月上旬开始，共飞行6个架次，每次约240分钟。每个飞行架次结束后，由科研人员对校飞数据进行初步处理，并参考过境卫星、海面浮标、测量船只同时获取的有效数据进行认真比对，以证明飞行数据准确有效。本次校飞测量到大量宝贵的数据，获得了卫星用户单位——国家海洋局卫星海洋应用中心的肯定。
　　为确保此次航空校飞任务的顺利完成。微波遥感与信息技术研究部力求提前筹划、合理安排，以做好前期准备工作。在今年8月至10月间，该部完成了以上仪器的校飞改装任务；在10月底，进行了一个架次的检飞试验，报告显示：仪器设备状态正常，性能良好，可以完成航空校飞任务。
　　微波遥感与信息技术研究部的前身系中国工程院院士姜景山先生在上世纪70年代一手创建的微波遥感技术实验室，是我国最早开展微波遥感技术研究的单位之一。曾获得过多项全国首创的科研成果，如我国第一个陆基微波散射计、第一个机载微波散射计、第一个机载雷达高度计……近年来，该部又参与了“神舟”四号载人飞船、嫦娥一号探月卫星、风云三号气象卫星等航天器有效载荷的研制，并出色地完成了各个项目的要求。如今，该部已培养出一支学科方向齐全、承担国家重大任务多、研究水平高、后备人才丰富的科研队伍，这也使得该部一跃成为国内微波遥感探测机理研究和微波遥感器研制的主要研发基地，并在国际微波遥感界享有一定声誉。
　　雷达高度计和校正辐射计校飞设备在密封舱的安装情况
　　雷达高度计天线在飞机上的安装情况
　　校正辐射计
　　航空校飞
　　机上调试
　　校飞设备
　　

中心领导致HY-2卫星雷达高度计、校正辐射计分系统航空校飞试验队的慰问信
　　慰 问 信
　　HY-2卫星雷达高度计、校正辐射计分系统航空校飞试验队：
　　欣闻HY-2卫星雷达高度计、校正辐射计分系统在2009年12月9日的第二架次航空校飞试验中取得了良好试验结果，雷达高度计分系统Ku通道、C通道均工作正常并取得了很好的数据，校正辐射计分系统各通道工作正常，获得有效数据。我们代表空间中心所务会及中心全体工作人员，对试验队全体同志表示衷心的祝贺和感谢，并对西安试飞院同志们的大力支持和西安206所同志们的支持与配合表示真诚的感谢。
　　本次航空校飞试验持续时间长，工作条件艰苦，试验队全体同志始终以饱满的热情和严谨的科研作风扎扎实实地进行工作，从而确保了试验取得了良好的阶段性成果。希望大家在今后的试验工作和生活中，注意身体，团结协作，继续发扬吃苦耐劳的科研作风，圆满完成分系统的全部航空校飞试验任务，为HY-2卫星的成功发射、运行以及后续任务奠定良好的基础。
　　再次感谢试验队全体同志辛勤的工作，祝愿试验队全体同志身体健康并预祝此次校飞试验取得圆满成功！
　　刘波 　 许安
　　二〇〇九年十二月十日
　　

FY-3A星微波湿度计成果鉴定会召开
　　7月24日，中科院计划财务局、高技术局在北京召开鉴定会议，对空间中心研制的FY-3A星微波湿度计进行成果鉴定。
　　来自国家卫星海洋应用中心、航天科技集团公司科技委、中国科学院遥感所、电子所、大气物理所、东北地理所、北京航空航天大学等单位的十位专家组成了鉴定委员会，对FY-3A星微波湿度计的成果进行鉴定。参会的还有中国气象局的用户方代表。
　　会议由中科院高技术局光电空间处于英杰处长、计财局成果专利处杨兴宪处长主持。FY-3A星微波湿度计主任设计师李靖代表课题组向鉴定委员会的专家作了《FY-3A星微波湿度计研制技术总结报告》、《风云三号卫星微波湿度计科技查新报告》、《FY-3A星微波湿度计在轨测试报告》。来自中国气象局的用户方代表向鉴定委员会专家报告了用户使用情况，高度评价了FY-3A星微波湿度计在过去一年的运行中取得的成果。空间中心档案室提供了FY-3A星微波湿度计资料归档证明。
　　经讨论，鉴定委员会一致认为FY-3A星微波湿度计设计先进，研制难度大，创新性强，达到国内领先和国际先进水平，部分指标达到国际同类有效载荷领先水平。一致同意FY-3A星微波湿度计成果通过鉴定，并建议加强对在轨探测数据的综合分析，以利于后续系统的提高。
　　空间中心党委书记李永海代表中心讲话，他对计财局、高技术局及到场专家表示感谢。会议在热烈的气氛中结束。
　　FY-3A星于2008年5月27日在太原卫星发射中心成功发射，是我国首颗新一代极轨气象卫星。共有11台有效载荷，其中微波湿度计、臭氧总量探测仪和空间环境监测仪等三台有效载荷均由空间中心研制。
　　

微波探测引领气象探测新时代——记风云三号气象卫星成功运行一周年
　　作者：祝魏玮 李玉俐 来源：科学时报
　　5月、6月，我国北方天气开始持续晴朗燥热起来，与北方的“热”一起成为天气焦点的，还有台风“鲸鱼”、“灿鸿”的生成。我国开始缓慢进入热带气旋的多发季。
　　但今年气象预报人员似乎有了很足的底气。5月4日，中央气象台发布热带气旋公报：今年第1号强热带风暴“鲸鱼”于当天下午晚些时候加强为台风，下午5时台风中心位于北纬16.7度，东经129.2度。预计，“鲸鱼”中心将以每小时15～20公里的速度向东北方向移动，强度继续加强。“鲸鱼”未来对我国海域无影响……
　　“现在我们能清楚地‘看见’台风的形成和走向了。”中科院空间中心微波遥感及航天应用工程科学专家姜景山院士对此深有感触。
　　无论是对气象工作人员，还是对从事气象环境探测的科学家来说，2008年的5月27日和6月4日都是值得纪念的日子。
　　去年5月27日，我国首颗新一代极轨气象卫星风云三号在太原卫星发射中心成功发射，将中国科学院空间科学与应用研究中心科学家研制的微波湿度计、空间环境监测器、紫外臭氧探测仪等载荷送上了天。
　　8天后，微波湿度计等开机工作，至今已成功运行一年。其间，利用这些仪器准确“看到”了去年下半年肆虐我国台湾及东南沿海的“海鸥”、“凤凰”、“森拉克”、“黑格比”、“蔷薇”等强台风、热带气旋，积累了大量全球大气水汽及强降雨等气象资料。
　　高灵敏度大气微波湿度探测仪的首次尝试
　　对于气象卫星来说，卫星本身是一个载体，具体执行探测任务的是载荷。微波湿度计就是风云三号卫星的主载荷之一，其应用目标是探测全球大气湿度的垂直分布、水汽含量和降雨量等空间气象资料。
　　“这是我国首台用于气象卫星探测大气湿度垂直分布的高频率毫米波辐射计，也是我国新一代极轨气象卫星的亮点。”姜景山说。
　　微波湿度计采用垂直于飞行方向的交轨扫描方式，工作在水汽吸收频段，共有5个探测通道。主探测频率为183GHz，分为3个通道，获取大气层不同高度的湿度分布信息；150GHz为辅助探测频率，在国际上首次采用了双极化设计。
　　姜景山表示：“由于以前国内短毫米波的一些关键技术没有解决，国内对于毫米波、短毫米波集成设备的研制一直处于比较低的水平，因此星载有效载荷的频率一直在低毫米波段以下，灵敏度较低。而要想对复杂的天气一探究竟就需要高频率的毫米波辐射计。”
　　第一个“吃螃蟹”的人是需要勇气的。在2001年风云三号卫星立项时，国内相关专家对接近亚毫米波的高频率辐射计并无信心，因此将微波辐射计的最高频率定在50G～60GHz的大气温度探测频段上。但中国气象局的专家明确表示：“我国是一个台风、暴雨灾害频发的国家，每年人财物损失巨大，要想提高灾害探测预报能力，仅有微波温度计是远远不够的，对微波湿度计的需求迫在眉睫。”“183GHz的微波湿度计与国际水平接轨，将使风云三号卫星的探测能力发生质的变化，提高我国在国际气象卫星组织的话语权。”
　　“老实说，当初我们心里也没有底。虽然神舟四号飞船曾搭载了我们研制的微波辐射计，但‘风三’对微波湿度计的频段要求很高。”姜景山回忆。
　　后来，在国家“863”项目以及中科院相关项目的支持下，姜景山带领中科院空间中心的研究人员做出了高频段微波湿度计的两台样机。这一消息立即得到了国家气象局等有关单位的重视，并决定尝试在风云三号卫星上安装高频段微波湿度计。2003年1月18日，空间中心的方案设计通过了项目评审。2004年4月20日，初样设计评审；2005年5月17日，转正样评审；2005年10月28日，正样设计通过评审。
　　虽然样机在实验室连续运转了几年没有出现问题，但项目组研究人员一点也没有放松紧绷了5年的神经。姜景山表示：“上天的仪器和地面运行的仪器有很大的差异。”
　　除了在地面进行了多次电测、力学、热循环、真空试验等一系列实验外，2007年9月21日至24日，项目组在青海湖进行了首次航空校飞试验。此后的两个月间，又在敦煌和思茅进行了多架次的校飞试验。
　　姜景山说：“1×x=y，这个1是地面，x是上天以后的工作，如果x=0，乘以再大的数都会等于0，地面工作做得再好，上天不能工作也会前功尽弃，以成功论英雄是航天工作的残酷性所在。”
　　眼看一切准备就绪，意想不到的事情发生了。2008年年初，研究人员需要将仪器送到上海进行相关试验。当时我国南方正遭遇雪灾，运载仪器的车辆走到山东境内时，因为路滑遭遇车祸，仪器遭到损坏，随行的科研人员也受了伤。
　　“没办法！只有从头再来！”姜景山对项目组的同事说，“我们要的不是‘你们的工作很辛苦，但没有取得成果很遗憾’，我们要的是你们能让x等于1，这才算成功。”经过全体项目组人员的努力，微波湿度计按时交付。
　　微波探测笑揽风云变幻
　　2008年5月27日11时02分33秒，风云三号卫星在太原卫星发射基地顺利升空。但直到6月4日仪器开机1分钟后接收到遥测数据，显示仪器工作正常后，姜景山和项目组人员才稍稍松了口气。
　　不过令姜景山激动的是，从7月15日微波湿度计开始成功监测到“海鸥”台风及强降雨，并可以从图像中清晰分辨出台风形成。
　　“这些数据我们以前都要依靠国外的气象卫星获取，现在我们靠自己的高频率微波遥感技术就能够完成了。”作为我国微波遥感的开山人姜景山感到很欣慰。
　　风云三号不负厚望，2008年7月下旬，第八号强台风“凤凰”于西北太平洋上生成，登陆我国台湾及东南沿海；9月8日凌晨，第13号热带气旋“森拉克”在菲律宾北部以东的西北太平洋洋面上生成，逐渐加强成为台风，微波湿度计成功监测到其生成、发展及登陆我国台湾岛的过程；9月24日早晨，强台风“黑格比”登陆东南沿海，早在“黑格比”登陆广东沿海之前，微波湿度计就监测到了其形成及走势；台风“蔷薇”于9月24日晚在菲律宾以东洋面生成后，向偏西方向移动，强度迅速加强，微波湿度计图像可以清晰地看到“蔷薇”的分布、形成及走势……
　　中国气象局卫星气象中心专家表示：“从风云三号卫星在轨测试的情况看，卫星平台和遥感仪器工作的情况正常。其中收集到的一些数据是过去我们国家不具备的第一手观测资料。”
　　进入国际气象预报大家庭
　　有了卫星以后，人类冲出了地球，进入空间。现在的应用卫星包括气象卫星、导航卫星、海洋卫星、环境灾害卫星等。目前，我国已成为国际上同时拥有静止气象卫星和极轨气象卫星业务的三个国家之一，世界气象组织将风云气象卫星纳入全球业务应用气象卫星观测序列，风云卫星已成为全球综合观测系统的重要成员。
　　“气象卫星是我国发展最好的应用卫星，但现在我们的气象预报很多仍依靠国外卫星的监测数据。国外不会实时给我们提供数据，总是存在时间差，有时数据来了，台风也过去了。”姜景山说。
　　气象专家建议，我们的卫星至少要观测到台风眼的移动。可见光、红外等技术手段受大气、云层的影响要借助光才能观测，也无法适应恶劣的天气条件。因此对台风眼和台风云层移动的观察最好用微波技术。
　　“2002年，我国神舟四号飞船成功发射，经过我们的努力，实现了我国航天微波遥感技术零的突破，从这里开始，我们有了自己的航天微波遥感技术。气象问题是一个全球性的问题，云的运动没有国界，但没有一定水平就无法进入国际系列，进入了这个大家庭，我国的气象卫星也有了相对应的义务和权利。高灵敏度的微波遥感技术使我们有了在这个大家庭立足的条件。”
　　“‘风三’运行一年来，微波湿度计、空间环境监测器、紫外臭氧探测仪等仪器运行正常，但我们的目标是使其正常运行3年甚至更长时间，这点我们有信心。未来几年，我们还要发射其他卫星与‘风三’接力。要让我们自己的微波遥感技术、空间探测技术为国家甚至国际大家庭的气象事业作出自己的贡献。”姜景山坦言。
　　《科学时报》 (2009-6-9 A1 要闻)
　　

空间中心研制载荷助力“风云三号”系列之一:微波湿度计
　　空间中心研制有效载荷助力“风云三号”系列报道
　　【前言】
　　2008
　　年5月27日
　　，我国首颗新一代极轨气象卫星“风云三号”成功发射。“风云三号”卫星共搭载了11台有效载荷，中科院空间中心承担了其中3项有效载荷的研制工作，分别是由国家八六三计划微波遥感技术实验室研制的微波湿度计，及由空间环境探测研究室研制的空间环境监测器和紫外臭氧总量探测仪。
　　近日，记者走访了空间中心这三项有效载荷的相关研制单位，从此文起，将分别对这三台有效载荷的技术特点、创新难点、应用与发展前景等情况进行系列报道。
　　之一：微波湿度计
　　由国家八六三计划微波遥感技术实验室研制的微波湿度计，是我国首台用于探测大气湿度垂直分布的星载高频率毫米波辐射计。其主要任务是探测大气湿度垂直分布、水汽含量、云中液态水含量、降水等，为数值天气预报提供重要参数，在大气探测中具有重要作用。
　　微波遥感是利用微波波段电磁波的辐射、散射与传输特性对目标进行探测的一种遥感技术，是空间观测包括对地观测、宇宙空间和行星观测的重要手段。绝对温度在0K以上的所有物体都能发射和吸收微波。
　　中国于2002年发射神舟四号飞船时，搭载了我国第一台进入太空的多模态微波遥感器，包含了雷达高度计、雷达散射计和微波辐射计三种微波遥感设备。雷达高度计是主动式微波遥感器，通过向海洋表面发射脉冲、电磁波信号，对反射回来的数据进行处理，用于探测海平面高度和海洋波高等参数；雷达散射计也是主动式微波遥感器，通过接收发射信号的海面回波信号，测量海洋风速和风向；而微波辐射计包括五个频率，频率范围为6.6~37GHz，探测海洋表面温度、土壤湿度、海洋和陆地降水、云中液态水含量等要素。
　　“风云三号”卫星上搭载的微波湿度计则采用被动微波遥感技术，并不向观测目标发射信号，而是直接接收陆地表面、大气中水汽等目标自身的微波辐射，经反演处理得到大气中湿度、降水等气象要素。
　　“风云三号”卫星微波湿度计由电源单元、控制与数据处理单元和天线与接收机单元等三台独立的单机组成，分别用于供电、数据采集控制以及接收探测数据。
　　“风云三号”卫星微波湿度计的频率为150GHz和183GHz，其中150 GHz为大气窗区频率，是辅助探测频率；183GHz为主频率，又分为三个不同的吸收频率通道，用以获取大气层不同高度的水汽分布信息。
　　“风云三号”卫星微波湿度计
　　采访中记者了解到，“风云三号”卫星上搭载的微波湿度计与以前相比，实现了两个“第一”。
　　首先，这是国内微波遥感仪器探测频率首次高达183GHz。曾在神舟四号、嫦娥一号上搭载的微波遥感仪器，所采用的最高频率为37GHz，目的在于观测海洋。而由于“风云三号”卫星科学目标之一是探测大气水汽的垂直分布，原有的频率不能满足观测需求，因此微波湿度计的探测频率第一次达到了183 GHz的高频。
　　其次，这也是国内第一次采用准光学的极化分离技术，大大提高了观测水平。传统的微波器件极化分离技术多适用于低频设备，如果应用于高频率的“风云三号”微波湿度计，可能会导致极化分离器损耗较大，难以达到高精度要求。因此为了满足设计需要，研制人员针对150 GHz的极化分离，第一次采用准光学的创新手段，实现了水平极化和垂直极化的双极化分离，减小了损耗，进一步提高了仪器性能。
　　“风云三号”卫星微波湿度计所获图像
　　“风云三号”卫星微波湿度计频率已经接近亚毫米波段，从设计到调试的复杂性远远超出了低频设备，为了进一步完善系统各功能单元之间工作的协调性与的匹配性，以姜景山院士为首席科学家的全体研制人员付出了大量的心血，其间攻克的技术难关更是超越以往。
　　性能良好的微波辐射计，其输出电平与输入信号功率强度之间呈线性关系。在卫星上进行工作时，如果系统线性度好，系统定标只需使用两个定标源即可（高温定标源为仪器内部的吸收体，其温度即为微波湿度计所处环境温度，低温定标源为宇宙冷空背景的微波辐射），一个扫描周期观测两个定标源各一次，并把观测到的结果计算目标的亮温；如果线性度不好，会出现较大的非线性误差，造成较大反演误差。频率提高后，系统线性度更难以保证，一开始研制人员用原有低频方式进行调试，发现非线性误差较大，因此及时对系统重新进行设计，经过一个多月的摸索和不断改进，最终找到线性度较好的工作点，成功完成线性度改造。理想状态的线性度数值为1，经过改造后的线性度从原来的0.999精确到0.99999，小数点后的变化，凝聚了研制人员精益求精的刻苦攻关精神。
　　定标是提高卫星应用水准精确性的重要环节，要实现微波遥感的定量化应用，对定标的精度提出很高的要求。为此，微波湿度计研制人员在卫星总体——上海航天技术研究院申请制作了专门的定标平台，进行了热真空定标试验，这也是国内首次微波辐射计的热真空系统定标。经过最后确认，定标精度达到了1.5K，满足了微波湿度计定标精度的要求。
　　热真空定标试验
　　微波遥感手段在气象卫星中的应用，对提高天气预报的准确性，尤其是提高对台风、强降雨等灾害性天气的预报具有重要意义。“风云三号”卫星微波湿度计于6月4号开机后，在轨连续运行，各种参数正常，在今夏我国遭遇“海鸥”、“凤凰”和“森拉克”等台风侵袭的过程中发挥了重大监测作用，成功监测到台风及强降雨对台湾及东南沿海的影响过程，所获微波数据在立体空间结构上也对台风的强度分布、发展趋势提供了有意义的参考信息，为业务人员更好的研究和预测及提高数值预报天气的准确性提供了有利依据。
　　北京奥运会期间，“风云三号”卫星更是全天24小时对气象环境进行全面监测。微波湿度计等微波遥感仪器，对大气温湿度的垂直分布状况进行监测，为分析大气的运动和变化及提高中长期数值预报能力和天气预报准确率提供支撑，为北京奥运会的成功举办提供了有力的气象服务。
　　“风云三号”卫星微波湿度计技术已达到国际同类遥感器水平，而空间中心在研制高频率微波辐射计方面具备的强劲综合实力，更是处于国内领先地位。展望未来，空间中心今后微波湿度计的研制将继续向扩展频率、增加通道和提高指标等方向发展，以期进一步提高探测水平，为我国卫星气象事业发展做出更大贡献。
　　“风云三号”卫星微波湿度计对台风“凤凰”监测的微波亮温图