一、引言
我國於2002年、2007 年陸續發射了海洋一號衛星A 星（HY －1A）和海洋一號衛星B 星（HY － 1B）2 顆海洋水色遙感衛星，取得了豐富的科研成果和重要的社會經濟效益。近年來，我國對於海洋權益保護、海洋資源開發、海洋經濟建設和海洋環境保護等領域的作用日益重視，十七大報告中明確提出“建設海洋強國”戰略，十八大報告中更是提出了“加快海洋強國建設”的奮鬥目標。為與國家海洋強國戰略目標、“一帶一路”建設目標相匹配，在“十三五”期間我國海洋遙感衛星領域快速發展。不久的將來，我國後續新型海洋遙感衛星將陸續入軌服役，將進一步增強我國海洋水色遙感業務化、連續化能力，提升我國海洋遙感水平發展。
二、海洋水色遙感的特點
自然界中，水體表面反射率水平較低，以最大反射率波段綠光波段為例，一類水體反射率大都小於5%。水體反射太陽輻射後攜帶水體次表層信息，受到大氣的吸收、散射和路徑輻射等影響，進入衛星載荷視場併成為最終遙感器獲取的輻射信息，此時的水體信息夾雜大氣路徑輻射，水體信息較弱，因此海洋水色遙感必須確保良好的成像質量，才能夠滿足定量化應用的需求。海洋水色遙感具有如下的技術特點：
1）高信噪比。由於水體較低的反射率特性，水色載荷必須具備高輻射靈敏度特性，高信噪比特性，才能更為準確地監測出水體輻射能量的變化特性。
2）窄譜段、精準的光譜響應標定。水體光譜曲線特性決定了其特徵峰對應波段寬度較窄，為識別出這些特徵，要求水色載荷的波段設置譜段較窄。因此，在進行水色載荷設置時必須嚴格把控光譜分辨率指標以及波段穩定特性。
3）準確的輻射定標精度。進入海洋水色遙感載荷入瞳處的輻射能量中水體信息只佔到10% 左右，很大一部分來自大氣路徑輻射以及水體輻射經大氣作用後的能量。因此，為避免水體信息淹沒於輻射定標信息誤差中，對輻射定標精度有著嚴格的要求。
4）低偏振靈敏度。太陽輻射經過水體表面鏡
面反射、大氣輻射傳輸路徑中的多次散射，到達水色載荷入瞳處的輻射具備明顯的偏振特性。因此，要求水色載荷偏振靈敏度儘可能低，以避免儀器本身產生的輻射能量誤差。
5）低雜散光影響。水色載荷在進行水體觀測時，在其光路設計中可能會有雜散光進入視場內，這些雜散光會使得載荷觀測輻亮度與實際目標真實輻亮度之間存在差異。因此，相比陸地觀測載荷來說，水色載荷必須做到更低的雜散光值，在設計時需要進行嚴格的雜光抑制設計。
6）高動態範圍，具備飽和恢復能力。為觀測低反射率變化的水體特性，水色載荷通常具備高靈敏度特性，然而受雲、陸地亮目標的影響，高靈敏度的水色載荷在這些地區容易飽和，因此載荷應具較高的動態範圍和快速飽和恢復能力，減少雲層對相鄰水體觀測要素的影響。
7）快速重訪的能力。海洋水體是四維動態變化的被觀測對象，為及時獲取海洋水色、水溫等觀測要素信息，要求水色遙感載荷應通過大幅寬設計滿足快速覆蓋能力，或通過靈活的機動模式實現對某些特定區域的快速重訪能力，同時還應通過組網等方式，實現不同光照條件下的海洋水色數據的獲取能力。
三、國內海洋水色遙感衛星發展回顧
我國海洋水色遙感衛星的發展起步於上世紀90 年代。1997 年6 月，我國第一顆海洋衛星——海洋一號正式立項。該衛星作為試驗型業務衛星，採用了當時較為先進的CAST968 小衛星平臺，有效載荷包括1 臺10 譜段海洋水色掃描儀和1 臺4譜段海岸帶成像儀，其中水色掃描儀採用45°掃描鏡＋ K 鏡消旋＋ 4 元探測器並掃＋機械製冷技術，海岸帶成像儀採用4 譜段分鏡頭方案，衛星運行在798km 的太陽準同步軌道上，可實現全球海洋水色數據3 天獲取的能力，其總體技術指標與當時國際同類水色遙感衛星相當。
2002 年5 月15 日，HY － 1A 衛星順利發射升空，至此結束了中國沒有海洋衛星的歷史。衛星在軌運行685 天，成像約1900 軌。期間獲取的海洋環境數據在海洋資源開發與管理、海洋環境保護與災害預警、海洋科學研究及國際與地區間海洋合作等多個領域取得了可喜的成果。
2005 年7 月，作為HY-1A 的業務星，HY-1B衛星正式立項。
2007 年4 月11 日，HY-1B 衛星成功發射。HY-1B 衛星相對A星將水色儀觀測幅寬增加到3000km，使得衛星重複觀測週期由3 天提升到1 天，海岸帶成像儀光譜分辨率也由80nm 提升至20nm，水色光譜信息更加精細，使得衛星遙感圖像中水色層次更加豐富，成像質量明顯好於A 星。
HY-1B 衛星發射後，我國近10 年來沒有再發射海洋水色遙感領域專用衛星。隨著HY-1B衛星2016 年的退役，我國國產海洋水色遙感業務已經斷檔，且國產化海洋水色遙感數據與目前國際先進海洋遙感產品的水平存在一定差距，新型國產海洋水色衛星的研製勢在必行。為此在“十三五”期間，我國規劃發展了兩型專用海洋水色遙感衛星，一型是為了儘快解決國產海洋遙感業務無星可用處境而研製的後續業務星，另一型是為實現我國國產水色衛星技術性能和應用能力達到國際先進水平而研製的新一代海洋水色觀測衛星。
四、我國海洋遙感衛星發展現狀
HY － 1B 衛星的後續業務星（見圖1），其研製目的有兩個，一是要接替已退役的HY － 1B 衛星，儘快滿足國產化海洋水色遙感業務連續性觀測需求；二是針對業務化和定量化應用進行能力提升。業務衛星採用了CA2000 小衛星平臺，兩顆星上下午組網運行，單顆衛星配置了水色水溫掃描儀、海岸帶成像儀、紫外成像儀和定標光譜儀等4 臺光學載荷和1 臺AIS 接收機載荷。相對HY － 1B 衛星，業務衛星的研製具有如下特點：
1）優化了軌道設計，海岸帶成像儀重訪週期從7 天提高到3 天，採用水色水溫掃描儀全球全天時開機和雙星組網等方式，提升全球覆蓋能力和數據獲取能力；
2）水色水溫掃描儀基本指標不變，但海岸帶成像儀在幅寬增加的同時，分辨率從250m 提升至50m；
3）增加星上定標與紫外成像能力，具備從紫外、可見光到紅外譜段的多光譜成像能力，採用同平臺在軌交叉定標的方式提升載荷定標精度；
4）配置AIS 系統，可提供多方位的海洋監測與管理手段；
5）具備±20°俯仰成像能力，有效減小太陽耀斑的影響；
6）壽命提升到5 年，多種安全模式的設計，保證衛星在軌長期、穩定工作。
HY-1B 衛星的後續業務衛星於2016 年6 月正式立項，目前正在緊張的研製過程當中，計劃2018 年發射。衛星的發射在儘快填補我國國產化海洋水色業務斷檔的同時，衛星成像質量、成像能力相比HY-1B 衛星也將有進一步的提升。
五、我國海洋水色遙感衛星後續發展
為使我國海洋水色綜合探測能力和水色產品應用等方面實現跨越式提升並躋身國際領先水平，2016 年我國正式啟動了新一代海洋水色觀測衛星（見圖2）的論證和預研工作。衛星總體和用戶瞄準國際海洋觀測領域前沿，以IOCCG 推薦觀測指標為藍本，確定了整星工程目標和載荷配置、主要技術指標。衛星配置了新一代望遠系統整體旋轉式水色水溫掃描儀、具備在軌譜段可編程能力的中分可編程成像光譜儀以及分辨率更高的新型海岸帶成像儀，是一顆指標全新定義、設計升級換代、功能全面提升的海洋水色專用遙感衛星，其先進性主要表現在以下幾個方面：
1）水色遙感產品種類更加全面、豐富。衛星可輸出40 餘個不同水色遙感波段，全面覆蓋了從紫外到中/ 長波紅外所有水色遙感相關波段，並增加了熒光峰、分裂窗及多種大氣校正波段；具備在軌譜段編程能力，可獲取全球海洋水體連續光譜信息，同時還可獲得大氣、植被、汙染物等數據產品，探測領域可覆蓋全球各類水體目標，服務用戶從單一海洋用戶拓展到海洋、國土、環保、大氣、交通等多用戶，產品應用廣度和深度跨越式提升。
2）水色遙感產品的質量和數據獲取能力成倍提升。新一代海洋水色觀測衛星載荷採用瞭望遠系統整體旋轉技術、在軌波段可編程技術、低雜光低偏振光學系統、高靈敏度國產化探測器等多項全新的載荷設計技術，衛星的信噪比、偏振靈敏度、雜光抑制、動態範圍等海洋探測的關鍵指標大幅提升，同時首次具備了在軌全光路太陽定標功能，使產品質量達到了國際先進水平。同時探測能力大幅提升，載荷數據下傳量是HY － 1B 衛星的100 倍，海洋一號業務星的3 倍，使我國水色遙感信息獲取能力跨越式提升。
3）綜合技術指標同步國際水平。衛星在譜段配置、載荷信噪比、光譜範圍與光譜分辨率、在軌定標精度等方面與美國國家極軌業務環境衛星系統（NPOESS）、哨兵-A（SENTINEL － 3A）等衛星指標相當，衛星綜合應用能力優於國際同類衛星。
六、結束語
我國海洋水色遙感衛星從無到有，至今已走過近20 年曆程，實現了我國衛星海洋遙感的跨越式發展，走出了具有中國特色的道路。展望未來，隨著後續包括海洋水色在內的多個系列海洋衛星的研製和投入應用，我國海洋衛星技術和海洋衛星應用技術將得到飛速發展，並有望達到國際先進水平，將對實現建設海洋強國目標發揮重大作用。
閱讀更多 手機太空網 的文章
