云与气溶胶光学遥感仪器发展现状及趋势

张军强; 薛闯; 高志良; 颜昌翔

doi:10.3788/CO.20150805.0699

云与气溶胶光学遥感仪器发展现状及趋势

doi: 10.3788/CO.20150805.0699

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林长春 130033

基金项目: 国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(No.2011AA12A103);中科院长春光机所航天航空技术领域2014年度创新资助项目(No.2014ciomp001)

详细信息

通讯作者:
张军强(1981—),男,江苏泰兴人,博士,副研究员,2004年、2007年于吉林大学分别获得学士、硕士学位,2012年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事航空航天光学遥感仪器研制、光机系统整体性能评价等方面的研究。E-mail:zhangjq@ciomp.ac.cn

中图分类号: P407.1;P407.4;P412.27
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出版历程
- 收稿日期: 2015-07-12
- 录用日期: 2015-09-19
- 刊出日期: 2015-01-25

Optical remote sensor for cloud and aerosol from space:past, present and future

Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China

摘要

摘要: 气溶胶是影响地球气候和环境的不确定因素之一,星载被动光学遥感具有大视场、宽波段、高时空分辨率等优势,已成为云与气溶胶探测的有效手段之一。本文简述了云与气溶胶光学遥感探测的必要性和可行性,详细介绍了国内外典型云与气溶胶光学遥感仪器的系统组成、主要技术参数和方案特点,并基于现有仪器的不足和气溶胶反演需求,指出了云与气溶胶光学遥感仪器的发展趋势,给出了新一代云与气溶胶光学遥感仪器的方案设计结果。集成大视场、中等分辨率、多角度、多光谱、宽谱段、长寿命的高精度偏振测量是新一代星载云与气溶胶光学遥感探测仪的首选方案和发展趋势。
- 大气探测 /
- 被动式遥感 /
- 云与气溶胶 /
- 多角度 /
- 多光谱 /
- 偏振
Abstract: Aerosol is considered to be one of many uncertainties which affect the Earth's climates and environments. Space-borne passive optical remote sensor with large field of view, wide-band and high spatial resolution has become an effective means to realize cloud and aerosol detection from space. After summarizing necessities and feasibilities of optical sensor for cloud and aerosol remote sensing, system components, technical parameters and characteristics of typical optical sensors for cloud and aerosol remote sensing are introduced in detail. Deficiencies of current instruments and real needs of aerosol retrieval are analyzed, and the development tendency of instruments for cloud and aerosol remote sensing from space is indicated. Finally, a new cloud and aerosol remote sensing instrument architecture is envisioned. Integration of large field, medium-resolution, multi-angle, multi-spectral, wide-spectrum and high accuracy polarimetric sensing approaches into a single instrument with long life would be the best choice for new generation optical remote sensor for cloud and aerosol from space.
- atmospheric sounding and observing /
- passive remote sensing /
- cloud and aerosol /
- multi-angle /
- multi-spectral /
- polarization

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图 1 TOMS光路简图

Figure 1. Optical schematic of TOMS

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图 2 OMI光路简图

Figure 2. Optical schematic of OMI

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图 3 OMI偏振扰频器图示

Figure 3. Drawing of OMI polarization scrambler

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图 4 AVHRR 1、2通道光学构成

Figure 4. AVHRR optical configurations(channels 1 and 2)

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图 5 MODIS仪器组成

Figure 5. Structure of MODIS instrument

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图 6 MODIS光学系统

Figure 6. Optical system of MODIS

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图 7 CAI结构图及仪器照片

Figure 7. Schematic view and photograph of proto-flight modelof CAI

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图 8 MSI的仪器组成及分光方式

Figure 8. Instrument structure and beam splitter of MSI

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图 9 MISR的观测模式

Figure 9. Measurement concept of MISR

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图 10 MISR的光学镜头

Figure 10. Lens of MISR

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图 11 AATSR、SLSTR的观测模式和光学系统

Figure 11. Observation and telescope principle of AATSRand SLSTR

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图 12 POLDER的光机结构布局

Figure 12. Opto-mechanical design of POLDER

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图 13 POLDER的观测模式

Figure 13. Observation pattern of POLDER

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图 14 POLDER某一偏振通道的滤光片轮

Figure 14. Wheel elements included in one channel

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图 15 OSIRIS的系统布局

Figure 15. Camera system and optical design of OSIRIS

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图 16 MAUVE/SWIPE的系统布局及光学系统

Figure 16. Camera system and optical design of MAUVE/SWIPE

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图 17 APS的发展历程

Figure 17. Timeline of legacy polarimeters leading up to the 2008 launch of APS

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图 18 APS的仪器组成

Figure 18. Instrument structure of APS

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图 19 APS的光学系统

Figure 19. Optical configurations of APS

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图 20 POLDER与APS组合方案

Figure 20. Aerosol detecting system with combination of POLDER and APS

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图 21 MMPI的信息流及接口关系

Figure 21. Information flow and interfaces of MMPI

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图 22 MMPI的系统组成

Figure 22. Configuration of MMPI

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表 1 典型云与气溶胶光学遥感仪器参数对比

Table 1. Parameter contrast of main cloud and aerosol remote sensing instruments

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表 2 OMI仪器技术参数

Table 2. Technical parameters of OMI instrument

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表 3 AVHRR/3光谱通道参数

Table 3. Summary of AVHRR/3 spectral channel characteristics

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表 4 MODIS光谱特性

Table 4. Spectral properties of MODIS

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表 5 CAI四个波段选择说明

Table 5. Spectral band choice illumination

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表 6 MSI主要技术指标

Table 6. Instrument properties of MSI

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表 7 POLDER波段设置

Table 7. Spectral properties of POLDER

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表 8 APS主要技术指标

Table 8. Instrument properties of APS

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