Spacecraft Recovery & Remote Sensing, Volume. 46, Issue 2, 27(2025)
System Design and Develop of the New-Generation Ocean Color Observation Satellite
Figures & Tables(21)
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Table 1. Parameter of the new-generation ocean color observation satellite orbit
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项目 参数 平均轨道高度/km 782.121 倾角/(°) 98.522 偏心率 0 轨道周期/min 100.347 回归周期/d 3 降交点地方时（新一代海洋水色观测卫星） 10:30/1:30
Table 2. Comparison of COCTS and other water color remote sensing
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指标项目 新一代海洋水色水温扫描仪 美国JPSS/VIIRS 轨道高度/km 782 833 分辨率/m 500 375/750 幅宽/km 3 000 3 000 谱段/μm 0.35~12.5 （共18个谱段） 0.4~12.5（共22个谱段） 谱段分配 UV/VIS FPA：7谱段 Visible/NIR FPA：6谱段 SWIR FPA：2谱段 MWIR/TIR FPA：3谱段 VIS/NIR FPA：9谱段 SWIR/MWIRFPA：8谱段 TIR FPA：4谱段 DNB FPA：1谱段 信噪比（典型输入辐亮度） UV/VIS谱段：1 000~1 400 NIR谱段：600 SWIR谱段：180~250 K MWIR/TIR谱段：0.1 K VIS/NIR谱段：164~739 SWIR谱段：122~463 MWIR谱段：0.058 ~0.549 K TIR谱段：0.029~0.414 K 量化位数/bit 14 12
Table 3. Comparison of PMRIS and other water color remote sensing
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指标和情况 中分可编程成像光谱仪 ESA的OLCI 谱段范围/μm 0.375~2.16 0.4~1.04 通道个数 VNIR：106，SWIR：4 VNIR：21 地面分辨率/m 100（通道模式） 200（光谱模式） 300 幅宽/km 950 ~1 300 SNR（典型输入辐亮度） VNIR 500 400 SWIR 150~500 57~500 星上定标 有，引太阳光 有，引太阳光 星上绝对定标精度 ≤2% ≤2%
Table 4. Comparison of CZI and other remote sensing of China
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分辨率 新一代海洋水色观测 卫星全色5 m/多光谱20 m GF-1 多光谱16 m GF-1全色2 m/ 多光谱8 m SJ-9A全色2.5 m/ 多光谱10 m ZY-102D全色5 m/ 多光谱10 m 幅宽 61 km，通过摆镜实现 可视幅宽1 015 km 800 km（4台） 68 km（2台） 57 km（2台） 60 km 谱段 1全色+8多光谱 4多光谱 1全色+4多光谱 1+4多光谱 1+4多光谱 带宽允差/nm ±15 ±20 ±20 ±20 ±20 杂光 ≤2% ≤5% ≤5% ≤5% ≤7% 偏振度 ≤3% 无要求 无要求 无要求 ≤7% 信噪比/dB ≥49.5 ≥25 ≥28 ≥48 ≥26
Table 5. Comparison of the new-generation ocean color observation satellite and other water color remote satellite
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卫星 遥感器类型 谱段数 谱段范围/nm 幅宽 分辨率/m 新一代海洋水色观测卫星 水色水温扫描仪 18个 350~12 500 3000 km500 中分可编程成像 光谱仪 106个可编程，可输出19个 375~ 2160 950 km 100 海岸带成像仪 9个 400~ 1040 60 km 5/20 JPSS国家极轨业务环境卫星 可见光红外成像仪 22个 402~ 12488 3 000 km 375/700 SENTINEL-3A 新一代海洋水色遥感仪 16个 403~1 040 1 270 km 300 Oceansat-3 海洋水色仪 12个 402~885 1 420 km 350 GEO KOMPSAT-2B 新一代静止轨道水色仪 13个 412~1 240 1 200 km $ \times $ 250/1 000 ACE OES 26个 350~2 135 TBD 1 000
Table 6. Risk analysising and controling of the new-generation ocean color observation satellite
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风险点 风险项目描述 控制措施 成像质量 （quality）提升 海洋水色遥感面临高信噪比、低杂光、低偏振等需求，定量化应用要求高，其成像质量（quality）的好坏将直接决定本型号任务的成败； 三台载荷共使用9种探测器。探测器指标的实现直接影响到载荷信噪比、辐射精度、一致性等关键光学指标，出现问题将直接影响到整星成像质量（quality）； 探测器在轨由于空间环境引起的指标退化或失效，也将直接影响到卫星在轨成像质量（quality）的实现 针对偏振、杂光、动态范围等开展了专项设计、测试和复查； 与用户一起制定三台光学产品的成像质量（quality）测试大纲，将相关成像质量（quality）作为整星强制检验点，与用户共同对各项指标进行现场测试，经测试各项指标满足要求； 针对本型号使用的8种自研专用探测器，与物资部共同制定了相关专项单批质保要求，并按要求进行测试； 开展了整星级微振动试验，对影响成像仪MTF的振动源（水色仪制冷机）传递幅度、路线和影响进行测试，并制定相应控制措施； 各载荷在开展偏振杂光专项测试的基础上，在整星阶段开展了二次杂光专项测试，重点对星上多层、突出物可能引起的杂光进行排查； 针对相关漫反射板进行了全面的BRDF测试，建立了在轨反射率计算模型；分别采用参考板、比辐射计的方式进行漫反射板的衰减标定；针对两台设备的漫反射板开展了地面紫外等空间环境衰减试验 转动机构8年长寿命 可靠性设计 整星载荷共有转动机构6台，活动部件（制冷机）2台；三台载荷的成像精度、指向精度、定标精度均与这些转动/活动部件密切相关，一旦出现故障将导致载荷成像质量（quality）下降甚至失效；同时还可能影响到整星的稳定性； 部分单机相对生产单位而言是新研产品，技术继承性相对薄弱，地面试验数据积累不足，给产品研制和在轨运行带来风险 从方案设计入手降低转动机构复杂度，提升可靠度，具体包括1）将变速扫描调整为匀速扫描，扫描周期降低为5.2477 s，同时通过增加并扫像元数方式增加积分时间，保证信噪比实现；2）取消原有转动机构中的信号环，主体控温采用主体辐射控温为主；3）将原方案的固体润滑设计改为更加适合长寿命运行的油脂润滑方式4）采用上下两套轴承系统，保证转动机构力学特性和转动稳定性。 提高扫描电路同步、高精度设计扫描线性度：0.22%，转动误差≤±6"/10 ms，测试结果满足设计 要求； 开展了力学件研制和试验，为鉴定产品优化设计提供了支持； 针对长寿命、高精度开展了产品三类关键特性识别，设置了多项强制关键检验点加强过程控制； 投产了寿命验证件，开展了真空、非真空条件下的寿命加速试验，目前试验仍在进行中； 卫星总体牵头，与姿控分系统一起对转动机构在轨正常模式、异常模式下的转动特性进行了分析，开展了动静不平衡专项测试，规定了接口特性； 控制分系统在X方向布置了2个动量轮作为备份，保证在轨消旋的可靠性，整星稳定度指标满足要求； 在正样研制阶段结束前，对相关寿命件产品开展多项专项试验和最终的拆解检查，各项测试结果满足设计预期； 开展了水色仪转动机构院级评审
Table 7. Indicatior and test result of the new-generation ocean color observation satellite
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项目 考核指标 在轨测试结果 姿态指向精度 ≤0.1°（三轴，3σ） ≤0.01°（三轴，3σ） 姿态控制稳定度 ≤0.005 (°)/s（三轴，3σ） ≤0.001(°) /s（三轴，3σ） GNSS定位精度 ≤10 m（三轴，1σ） 1.69~1.73 m（三轴，1σ） 卫星机动能力 俯仰±20°机动时间不超过220 s 侧摆±25°机动时间不超过200 s 俯仰±20°机动时间不超过141 s 侧摆±25°机动时间不超过121 s 正常工况蓄电池放电深度 ≤20% 10.7% 星地时差 ≤5 ms 2 ms 水色仪望远系统实时速度 68.50~68.75 (°)/s 68.54~68.73 (°)/s 水色仪半角系统实时速度 34.05~34.60 (°)/s 34.47~34.14 (°)/s
Table 8. Integration indicatior and test result of the new-generation ocean color observation satellite
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测试内容 考核指标 测试结果 水色水温扫描仪 星下点GSD：≤500 m 扫描方向约498.095 m，飞行方向约498.93 m 幅宽：≥ 3000 km平均幅宽 3293.26 km信噪比（典型幅亮度下）： B1：≥ 1000 ；B2：≥1000 ；B3：≥1000 ；B4：≥1000 ；B5：≥1000 ；B6：≥1000 ；B7：≥1000 ；B8：≥1000 ；B9：≥1000 ；B10：≥1400；B11：≥ 1000 ；B12：≥400；B13：≥600；B14：≥250；B15：≥180；B16：≤0.15 K（300 K时NEΔT）；B17：≤0.1 K（300 K时NEΔT）；B18：≤0.1 K（300 K时NEΔT）B1：1763.81；B2：1734.41；B3：1223.73；B4：1344.01；B5：1501.66；B6：1691.66；B7：1428.08；B8：1511.47；B9：1049.20；B10：1049.20；B11：1046.52；B12：670.30；B13：721.36；B14：606.82；B15：386.09；B16：0.07 K；B17：0.06 K；B18：0.09 K 可见近红外：绝对辐射定标精度≤5%，非均匀性校正精度≤1%； 红外定标精度：≤0.5 K（300 K时标准黑体目标） 可见光/近红外/短波红外绝对定标精度：最大4.47%，非均匀性校正精度：最大0.95%； 热红外：辐射定标精度：优于(−0.01±0.49) K 海岸带成 像仪 星下点地面分辨率（不侧摆条件下） ≤5 m（全色），≤20 m（多光谱） 全色谱段：沿轨4.90 m，垂轨4.93 m 多光谱谱段：沿轨19.59 m，垂轨19.60 m 地面幅宽：≥60 km；可视幅宽≥ 1000 km相机幅宽：优于60.22 km，可视幅宽：优于 1029 km信噪比（典型辐亮度）： B1：≥300；B2：≥300；B3：≥300；B4：≥300；B5：≥300；B6：≥200；B7：≥200；B8：≥200；B9：≥200 B1: 499.24，B2: 348.41，B3: 455.34，B4: 444.86，B5: 300.90，B6: 378.44，B7: 274.15，B8: 371.10，B9: 273.68 绝对辐射定标精度≤5% 非均匀性校正精度≤2% 各谱段绝对定标精度：最大4.26%，非均匀性校正精度：最大1.49% 中分光谱仪 成像模式及星下点GSD： 通道模式≤100 m，光谱模式≤200 m 通道模式：沿轨99.38 m，垂轨98.73 m 光谱模式：沿轨 198.49 m，垂轨198.69 m 幅宽：≥950 km 均值 1034.91 km信噪比： B1：>260；B2：>500；B3：>500；B4：>500； B5：>500；B6：>500；B7：>500；B8：>500； B9：>500；B10：>440；B11：>340；B12：>360；B13：>340；B14：>200；B15：>230；B16：>400；B17：>250；B18：>180；B19：>100 B1：>376；B2：>723；B3：>739；B4：>733； B5：>868；B6：>842；B7：>867；B8：>704； B9：>710；B10：>483；B11：>392；B12：>367；B13：>360；B14：>220；B15：>288；B16：>425；B17：>251；B18：>208；B19：>122 绝对辐射定标精度小于5% 最大4.96% 非均匀性校正精度：单模块内同一谱段≤1%； 五个模块间同一谱段≤4% 各模块各波段的非均匀性校正精度最大0.71%，各模块间的非均匀性校正精度最大3.73%
Table 9. Application products indicatior and test result of the new-generation ocean color observation satellite
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用户 测试内容 测试指标 测试结果 海洋 叶绿素浓度产品平均相对偏差/% 40 28.45 海表温度均方根误差/K 0.7 0.487 海冰专题产品识别率/% 85 88 赤潮绿潮专题产品识别率/% 80 91 海域海岛开发利用专题产品岸线变迁识别率/% >90 94.6 国土 河湖海岸线变化监测准确率/% 优于85 93 滨海湿地监测准确率/% 优于85 86.5 地表水水面变化监测准确率/% 优于88 95 冰川及永久积雪监测准确率/% 优于80 97.07 生态环保 叶绿素a、悬浮物浓度、透明度监测精度/% 70 72.39 近海海域赤潮、浒苔等环境污染应急监测精度/% 80 91 内陆大型水体水华监测面积精度/% >85 89 交通海事 海上航行保障AIS数据使用率/% 60 93 岸线变化监测岸线监测精度/% 90 优于90 港口规划建设辅助支持监测精度/% >80 >80 气象行业 湖泊藻类水华监测面积精度/% >85 89 内陆水体洪涝监测面积精度/% >90 96
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Keli ZHANG, LIli WANG, Cheng YAN. System Design and Develop of the New-Generation Ocean Color Observation Satellite[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2025, 46(2): 27
Paper Information
Category: Remote Sensing System Design Technology
Received: Nov. 6, 2024
Accepted: --
Published Online: May. 23, 2025
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