四个领域大有作为,六大仪器将公布重大职能

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四个领域大有作为,六大仪器将公布重大职能

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近几来,全球遥感卫星发射的次数在不断的增加。根据统计,2018年我国发射的遥感卫星已经达到了40颗,远超过2017年发射的19颗。而卫星上携带的多种仪器仪表载荷成为了卫星的“眼镜”和“耳朵”,延伸了卫星的功能,在多个领域发挥着重要的作用。
卫星遥感是在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物,获取其反射、辐射或散射的电磁波信息,并进行提取、判定、加工处理、分析与应用的一门科学和技术,涉及到了观测仪、光谱仪以及成像仪等多种仪器仪表。
目前,国内已经形成了气象、海洋、高分、资源、环境等对地遥感观测卫星系列,在土地资源调查、生态环境监测、农业监测与作物估产、灾害预报与灾情评估、海洋环境调查等方面发挥着重要的作用。
其中,我国发射的用于环境减灾两颗卫星通过携带的光学和红外传感器,迅速准确的拍摄到澳大利亚火场的光学、红外和雷达图像,极大的帮助了澳大利亚的灭火行动;发射的用于监测大气污染状况的高分五号搭载了大气主要温室气体监测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪,从不同方面实现对大气主要污染气体、温室气体、云和气溶胶等的综合探测。
在海洋观测领域,我国发射的海洋一号C星携带了海洋水色水温扫描仪、紫外成像仪、海岸带成像仪、星上定标光谱仪和船舶自动识别监测系统五种仪器,海洋二号B卫星携带了雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计、校正辐射计、数据收集系统和船舶自动识别系统6个有效载荷,来推动海洋环境的监测。
在地震机理研究、空间环境监测和地球系统科学研究等领域,我国发射了“张衡一号”卫星,搭载的载荷主要有电磁场有效载荷、电离层原位参数测量有效载荷、电离层结构层析成像载荷等3大类共8种仪器仪表,共同对空间环境进行监测。
虽然目前,世界各地已经发射了多颗卫星,但是卫星发射还远远没有进入到快速发展的阶段。2015年我国的
“吉林一号”项目中,计划于2030年完成138颗卫星组网。2019年5月,SpaceX“星链计划”正式启动,“星链计划”由近1.2万颗卫星组成,按照约定,SpaceX需在2024年之前成功发射6000颗卫星。未来,卫星的数量还会不断增加。无论对国防安全还是经济社会发展,卫星遥感的作用都不可小觑。
同时,采用快速、准确的实时观测技术,获得大范围、长时间序列的数据始终是卫星发射的目标,而观测技术的进步就取决于卫星上携带的仪器仪表。在卫星的不断发射过程中,也在推动着仪器仪表技术的不断升级。从被动的接受地物发射的自然光发展到接受地物发射的长波红外辐射,并能利用合成孔径雷达和激光雷达主动发射电磁波,实现全天候的对地观测,仪器仪表的功能在不断提升。此外,在性能上,仪器仪表也在不断的提高。相比海洋一号A星、B星来说,海洋一号C星海岸带成像仪的幅宽提升近2倍,分辨率提高了5倍,在轨寿命也从3年延长到5年,同时重量、体积、功耗等指标也得到了进一步优化。
随着我国经济的不断发展,城市化进程的不断加快,城市规划建设、旅游服务、城市公共安全等的发展,遥感技术的应用领域还将继续扩大。对于仪器仪表来说,也将与遥感卫星一起,发挥着更大的作用。

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行业动态
】2002年5月,我国颗海洋卫星“海洋一号”发射升空,经过十六年的发展,我国海洋监测体系建设已经有了很大的进步。10月25日,海洋二号B卫星在山西成功发射。
海洋卫星遥感作为海洋观测高新技术手段已广泛应用于海洋防灾减灾、海洋经济、海洋生态、海洋环境资源、海洋安全和国防建设等领域,在监测台风、绿潮、海冰和海上溢油等方面发挥着巨大作用。
采用快速、准确的实时海洋观测技术,获得大范围、长时间序列的海洋环境观测数据始终是海洋观测技术发展的目标。观测技术的进步就取决于海洋监测卫星上携带的监测仪器仪表。
在2018年9月7日发射的海洋一号C星上,携带了海洋水色水温扫描仪、紫外成像仪、海岸带成像仪、星上定标光谱和船舶自动识别监测系统五种仪器。而在此次海洋二号B卫星的发射上,海洋卫星则携带了雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计、校正辐射计、数据收集系统和船舶自动识别系统6个有效载荷。
随着仪器仪表技术的发展,卫星上携带的监测仪器也在从功能的单一化向多功能集成化转变。据介绍,六大载荷的存在可以让卫星的工作频率跨越8个波段,不仅能对海洋动力环境要素观测,还具备对全球船舶自动识别以及接收、存贮和转发我国近海及其他海域的浮标测量数据的能力。
其中,雷达高度计主要用于测量海面高度、有效波高、海流和重力场参数;微波辐射计能够实时获取观测区域内海面温度、海面风速、海冰、海洋上空降雨量、水蒸气含量、液态水含量等海洋动力环境参数;微波散射计能够通过探测海洋表面微弱的散射信号,利用几何模型函数推导出海面的风向和风量;校正辐射计则是用于为雷达高度计提供大气湿对流层路径延迟校正服务。
监测仪器仪表作为海洋立体观测网建设的重要组成部分,在海洋环境中起着非常重要的作用,是准确判断海洋实时状况的科学依据。在市场需求的推动下,我国仪器仪表的技术水平也在不断的提升。
但是我们也要正视,目前的国际海洋装备市场上,北美占总市场份额76%,欧洲占19%,亚洲仅占5%。对一些高性能海洋环境装备,国外还实施禁运,对于国内的卫星监测技术来说,还缺乏核心技术的支撑。在未来,我国的海洋观测技术装备还有很大的进步空间。
海洋二号B卫星是我国规划和实施的海洋水色卫星星座和海洋动力卫星星座的重要组成部分,未来我国还将发射更多的卫星来布局卫星监测体系。对于相关仪器仪表企业来说,也要把握住机会加紧研发,不断推动仪器仪表技术的研发和创新,才能实现企业的快速发展。

海洋监测技术作为海洋科学和技术的重要组成部分,在维护海洋权益、开发海洋资源、预警海洋灾害、保护海洋环境、加强国防建设、谋求新的发展空间等方面起着十分重要的作用,也是展示一个国家综合国力的重要标志。海洋监测技术一般可分为天基海洋观测、海基观测和水下海洋观测。海洋是科学研究的重要场所,也是自然资源的宝藏。海洋环境是地球环境的重要组成部分,也是全球生命支持系统的重要组成部分。它同时在全球水循环、气候变化中起到重要作用。为了更好的了解海洋,我们需要对海洋进行探测,收集关于海洋的各种参数并对其进行研究。

标签: 仪器仪表

海洋探测传感器的前景展望

21世纪是海洋世纪,随着国际安全形势的发展变化,世界各国尤其是海上大国特别注重发展海上装备。随着光电技术、生物计算机等先进信息技术、新材料、新能源等高技术的进一步发展,2l世纪海洋探测装备将向灵巧化、小型化方向发展,可能出现能在水下、水面、阻地、空军作战的多栖作战平台,海军武器装备和海洋探测方式将产生质的变化。

信息技术的发展将逐步改变海洋探测的方式,海洋探测传感器的发展会更加注重利用信息技术实现各种探测设备的综合集成,最终实现从“平台为中心”向“网络为中心的转变”。

海洋探测传感器概述

传感器能够测量不同波段的海面反射、散射或自发辐射的电梯波能量,通过对携带信息的电梯波能量的分析,人们可以反演某些海洋物理量。
目前用于海洋观测的所有卫星传感器,均根据电磁辐射原理获取海洋信息。遥感技术所使用的电磁波段主要为可见光、红外和微波。

传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具。它的性能决定遥感的能力,即传感器对电磁波段的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。
用于海洋探测的传感器按工作方式可分为主动式和被动式。被动传感器如可见光红外扫描辐射计、微波辐射计等;主动式如微波高度计、微波散射计、合成孔径雷达等。

海洋传感器的分类

随着海洋观测技术的不断发展,作为各种观测要素的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件,传感器的作用日益突出。海洋传感器是海洋观测系统的神经末梢,作为海洋观测数据的设备基础,可获取海洋水质、水文、生态、成像、地形地貌、地震波等信息,其观测数据的准确性、原位性、连续性等,与最终海洋观测结果息息相关。

海洋传感器种类繁多,常规监测参数达上千种,常用传感器达数百类。海洋传感器根据应用领域大致分为海洋生态环境保护应用、海洋资源勘探开发应用、国防安全应用和科学研究应用等。在不同的应用领域,观测目标和参数各有不同,同一参数的观测方法和原理也多种多样。

海洋传感器根据检测参数类别可大致划分为水质类、水文类、地质地震类、声学探测类、光学探测类等,每一类检测参数大则包含上百项检测目标,少则数十项检测目标,且根据应用领域和应用环境的不同,每一项检测参数的工作原理和技术实现手段各有不同。

我国海洋传感器的发展现状

目前的海洋温、盐、深、流速等物理传感器技术已经近20年没有更新换代,其响应时间慢、体积大、功耗大、重量大、成本高、非环保等缺点已经阻碍了海洋观测的需求和许多新的应用开展。

海洋化学传感器、海洋微生物传感器也都存在不能与时俱进的问题,我国目前尚不具备全面、完整的微生物数据库,适合长期海洋监测的便携、低功耗、原位、实时、快速、精确的海洋微生物传感器也未有相关产品。

中国90%的传感器依赖进口,只有通过国产化来降低成本,国内海工装备才用得起传感器。国外的海洋传感器已经近二十年没有更新换代了,但是在过去二十年,材料技术、信息技术、集成电路技术等都取得了很大的进步,当这些新技术渗透到海洋传感器领域的时候,就会有大的突破。

预计2年—5年内国产传感器将实现量产,基于这些新的技术未来将实现传感器领域的弯道超车。传感器的应用普及,将会对多个领域带来突破性的发展。未来国产传感器将实现远程实时监测,云端传送信息,由中心处理器来掌握实时信息,随时进行检测校对。

我国海洋观测的未来趋势

经过多年的发展我国已建成了包括海洋站、浮标、调查观测船、海监飞机,以及利用国外遥感卫星资料的海洋环境初级监测网。

①大力发展基于卫星的全球海洋环境探测体系,同时发展基于无人机的区域海洋环境机动探测系统,两者相辅相成,优势互补。

②建立高密度立体观测网络,从总体上看,国际海洋观测的目标是建立全球联网的立体观测系统,目前已发展起包括卫星遥感、浮标阵列、海洋观测站、水下剖面、海底有缆网络和科学考察船的全球化观测网络。有针对性地在关键海区建立多参数长期、立体、实时监测网,有效、连续地获取和传递海洋长时间序列综合参数。

③发挥各行业优势提升科技创新水平,由于海洋监测技术涉及的学科繁多,且一个单位或一个团体又不可能在海洋监测技术各学科都处于领先地位,因此就必须先梳理海洋观测技术核心技术,紧跟该领域世界发展潮流,提出一批极具核心竞争力的关键技术。

市场空间大技术有待提高

据统计,2017年中国的传感器市场为2070亿元,预计到2021年可以达到5937亿元。世界智能传感器市场2015年已经达到1万亿元,在2016-2020年间,可以达到20%的年复合增长率。因此,传感器的需求量极大,在全球也具有广阔的市场。

未来,我国将基于创新的光电集成芯片和光学传感原理,基于光电集成芯片技术,依靠发展成熟的集成电路的制造设备与工艺水平和在中国国产化的集成电路芯片制造水平,结合我国已搭建起的芯片产业链,通过国内外的密切合作,开发具有自主知识产权的芯片级海洋物理、化学和微生物传感器,并且实现微型化与国产化,推进“两用”研究,进一步将海洋传感器开发应用到高端智能装备的制造领域,加速实现“中国制造2025”所依托的高端智能传感器芯片的国产化。

总结

要解决海洋领域核心关键技术受制于人的问题,关键是增强科技攻关能力,强化自主创新成果的源头供给。应在重点领域超前部署、大胆探索,通过任务目标的科学梳理、凝练与布局,加强技术团队的学科交叉与协同攻关,强化新原理、新方法创新与已有技术的完善,多项并举才能掌握海洋科技发展主动权,解决“卡脖子”问题。

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