中国航天日 | 卫星微波遥感技术新进展

王振占 徐曦煜 李 东 朱 迪 何杰颖

中国科学院微波遥感技术重点实验室

中国科学院国家空间科学中心

高

技

术

发

展

报

告

微波遥感技术是一种利用微波技术接收来自目标或者场景的电磁波的遥感技术手段。微波遥感通常分为主动微波遥感和被动微波遥感。主动微波遥感又称雷达遥感，通过接收遥感器发射的电磁波信号来实现目标探测，主要包括微波高度计、微波散射计和合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）三类遥感器。被动微波遥感又称微波辐射计遥感，通过直接接收目标的自然微波辐射来提取目标信息。近年来，卫星微波遥感技术发展非常迅速，主要体现在遥感器的种类、光谱/ 频谱分辨率和空间分辨率的进展上，出现了一些新的微波遥感手段，如微波波谱仪、微波波浪计、扇形波束微波散射计、综合孔径微波辐射计等。下面按照卫星微波遥感技术的主要种类，简要介绍国内外最新进展及发展趋势。

一、国际重大进展

1. 被动微波遥感技术

微波遥感已成为气象卫星的主载荷，在数值天气预报和气候研究中发挥着越来越重要的作用。微波载荷进展最大的是欧洲、美国和俄罗斯的气象卫星系列。

欧洲气象卫星系列微波载荷

正在进行中的欧洲气象卫星包括两个系列：Metop 系列和Metop-SG 系列。Metop 系列全称是业务气象卫星，包括3 颗卫星，其中Metop-A 于2006 年发射，Metop-B 于2012 年发射，Metop-C 于2018 年发射。该系列卫星都搭载了两个微波载荷：一个是微波湿度计（microwave humidity sounder，MHS），包括89 吉赫、157吉赫、（183±1）吉赫、（183±3）吉赫和190.31 吉赫5 个通道；另一个是延用NOAA 卫星系列的载荷AMSU-A，有15 个通道，频率为23.8 ～ 89 吉赫。此外，卫星还搭载一台先进的C 波段（5.255 吉赫）微波散射计（advanced scatterometer，ASCAT），用于测量海面风矢量，以及大尺度陆地土壤湿度。

Metop 第二代气象卫星系列为Metop-SG，包括A 系列和B 系列，每个系列各有3 颗微波系列卫星。Metop-SG-A 系列卫星都携带一台微波探测仪（microwave sounder，MWS）和一台无线电掩星探测仪（radio occultation，RO）。微波探测仪有24 个通道，频率为23 ～ 229 吉赫，覆盖50 ～ 60 吉赫的氧气吸收峰和183 吉赫的水汽吸收峰。无线电掩星探测仪兼容GPS、北斗系列、GLONASS、伽利略系列导航卫星。Metop-SG-B 系列卫星都携带四种微波载荷：微波成像仪（microwave imager，MWI）、冰云成像仪（ice cloud imager，ICI）、RO 和微波散射计（scatterometer，SCA）。其中MWI 是一台成像微波辐射计，有18 个频率，26 个通道，频率范围为18.7 ～ 183吉赫，主要用于测量降水和温湿度廓线，以及海面风速、海冰和冰云总量。ICI 是一台亚毫米波冰云成像仪，频率范围为183 ～ 664 吉赫，用于测量大气的冰云分布和比湿。RO 与Metop-SG-A 系列卫星上的RO 相同。SCA 是一台散射计，频率为C 波段（5.3 吉赫），是Metop 系列卫星散射计的升级版。

美国气象卫星的微波载荷

JPSS 是美国新一代极轨业务环境卫星系统，于2011 年在国家极轨业务环境卫星系统（NPOESS）的基础上组建的。JPSS 卫星计划截止时间为2038 年。JPSS 包括5 颗卫星系列：SNPP（2011 ～ 2019 年，已结束任务）、NOAA20（2017 ～ 2024 年）、JPSS-2（2022 ～ 2029 年）、JPSS-3（2026 ～ 2033 年）、JPSS-4（2031 ～ 2038 年）。这5 颗卫星各携带一台重要的微波载荷——先进的微波探测仪（advanced technology microwave sounder，ATMS）。ATMS 是NOAA 15 ～ 19 卫星的AMSU-A 和NOAA15 ～ 17 卫星的AMSU-B 的结合，频率范围为23.8 ～ 183 吉赫，有22 个通道，同时覆盖50 ～ 60 吉赫的氧气吸收峰和183 吉赫的水汽吸收峰。先进的微波探测仪与Metop-SG-A 的微波探测仪较为类似，只是缺少最高频率229 吉赫，可以实现近全天候的大气温度、湿度廓线测量，还可以测量降水，用于业务天气预报和气候应用。

美国还在积极发展小卫星微波辐射计载荷的研制和卫星试验。其小卫星计划以微波（包括毫米波、亚毫米波）和红外谱仪为主。主要计划包括：美国国家航空航天局支持的立方星创新发射计划（CubeSat Launch Initiative，CSLI），美国国家航空航天局地球科学技术办公室（NASA Earth Science Technology Office，NASA/ESTO）支持的高空单片微波集成电路探测辐射计（High-Altitude MMIC Sounding Radiometer，HAMSR）项目，以及美国国家海洋和大气管理局支持的研制低轨卫星（LEO）的载荷（ATMS）与静止轨道卫星（GEO）的载荷（GOES）的项目。

俄罗斯卫星微波遥感技术

俄罗斯业务气象卫星系列计划有9 颗卫星， 包括1颗试验星Meteor-3M（2001 ～ 2006 年），5 颗Meteor-M 系列和3 颗Meteor-MP 系列（2001～ 2030 年）。其试验星Meteor-3M 携带一台微波辐射计——成像探测微波辐射计（MTVZA），包括20 个频率26 个通道圆锥扫描的全功率型辐射计，可用于大气温度和湿度廓线的探测，以及表面参数和降雨的测量。

Meteor-3M 以后正式的业务星包括：Meteor-M N1（2009 ～ 2019 年，已经结束任务）、Meteor-M N2（2014 ～2019 年，已经结束任务）、Meteor-M N3（2021 ～ 2026年）。此外，N2 系列还包括6 颗星，其中第一颗星Meteor-M N2-1 于2017 发射成功，第二颗星Meteor-M N2-2 于2019 年发射成功。该系列卫星都有一台基于MTVZA 的改进版辐射计MTVZA-GY，这台辐射计有21 个频率、29 个通道，增加了10.6 吉赫双极化辐射计，用于海表温度和风的测量。N2-3、N2-4、N2-5、N2-6、N3 五颗卫星，各携带一台X 波段（9.623 吉赫）的气象合成孔径雷达。在海洋卫星N3 上还有一台Ku 频段（13.4 吉赫）的微波散射计，用于海面风场测量。

Meteor-MP 系列卫星增加了陆地和空间科学方面的观测目标，携带一台专门的微波辐射计MTVZA-GY-MP，有21 个频率、29 个通道，其中42 吉赫和48 吉赫更改为52.3 吉赫，另外增加了6.9 吉赫的海面温度和土壤湿度探测频率。

2. 主动微波遥感技术

星载雷达高度计是最重要的海洋微波遥感器之一。近年来，国际上提出了一些性能更好的新体制高度计。欧洲航天局于2016 年和2018 年发射的哨兵3 号（Sentinel-3）系列卫星（A 星和B 星），是首颗在全球海洋进行合成孔径测高的卫星，大大提高了测量的精度和近岸地区的分辨率。美国和欧洲将于2020 年后联合发射Sentinel-6/Jason-CS 卫星，将引入新的信号处理技术，以获得更好的测量性能。传统高度计实现的是星下点单点测量，对于时间和空间分辨率难以兼顾，限制了其在中尺度、高动态遥感方面的应用。Rodriguez 等提出宽刈幅高度计的构想，利用双天线获得干涉相位测量，从而精确地反演100 千米左右刈幅的高度场。美国和法国将于2021 年左右联合发射“地表水和海洋地形卫星”（Surface Water and Ocean Topography，SWOT），用来进行海洋、内湖和湿地的遥感观测。该卫星发射后，将在20 天左右实现全球覆盖、分辨率为100 米左右的全球海洋和内陆水域高度场监测，填补数字高程模型在水域上的空白，监测海洋中尺度涡、近岸流、高分辨率潮汐、湖泊水量变化和河流径流等全球水循环过程中的重要因素。

在散射计技术方面，近年来的发展主要体现在以下几个方面：①探测要素多样化。利用散射计可进行宽刈幅流场探测、海面气压探测、云雨探测、极冰及高原冰川探测，覆盖了大气、海洋及陆地探测。②高空间分辨率、大幅宽。目前，美国预研的日本航天局全球变化观测卫星系列——水循环卫星的第二颗星［JAXA’s Global Change Observation Mission（GCOM）satellite series：the second water cycle series，GCOM-W2］的双频散射计（dual frequency scatterometer，DFS），工作在Ku 和C 双频段，分辨率5 千米×1 千米，测量幅宽1800 千米，风速测量范围2 ～ 70 米/ 秒，风速精度为±1.5 米/ 秒，风向精度为±15°。③大气海洋一体化探测。2010 年，由美国国家航空航天局等联合设计的双频段、双波束的高空机载风雨成像廓线仪（highaltitude imaging wind and rain airborne profiler，HIWRAP）雷达，实现了对流层、大气层和海面风的一体化探测，推进了台风等强对流天气测量技术的发展。④高灵敏度多频多极化。美国国家航空航天局与日本航天局联合，发射了全球降水测量计划（Global Precipitation Measurement，GPM）卫星，其主要载荷为双频降水测量雷达（dual-frequency precipitation radar，DPR），降水探测灵敏度可达0.2 毫米/ 时。欧洲航天局在研的多普勒测云雷达，其测量灵敏度达36dBz。

SAR 能全天时、全天候地获取地物目标高分辨率图像，具有极高的应用价值。截至2019 年1 月，在轨SAR 卫星数量已达30 多颗。若现在各国SAR 任务规划都得以顺利实施，那么未来5 年全球将新增15 颗SAR 卫星，全球商业SAR 市场到2022年将有望达到42.1 亿美元。这些极大地推动了SAR 技术的快速发展。灾害监测和海事服务等应用对SAR 卫星覆盖范围和回访周期提出了全新要求，SAR 星座成为流行配置：加拿大MDA 公司到2019 年6 月已成功实施由3 颗C 波段SAR 卫星构成的RADARSAT 星座任务（RADARSAT Constellation Mission，RCM）；2018 年发射的西班牙PAZ 卫星与德国TerraSAR-X 组成X 波段SAR 双星观测（TSX/PAZ）；意大利COSMO-SkyMed SAR 星座（4 颗卫星）也将于2020 年底前与阿根廷SAOCOM的2 颗卫星融合，进一步形成星座观测；欧洲航天局下一代Sentinel-1 任务也将有望出现C 波段SAR 星座观测。为降低SAR 成本和体积，以及考虑到小卫星和无人机等全新观测平台，各种微小型SAR 系统和设计方案先后提出，具代表性的有：荷兰初创公司ICEYE 于2018 年发射的世界首颗微型SAR 卫星ICEYE-X1、美国国家航空航天局的CIRES、美国ARTEMIS 公司的SlimSAR、德国宇航中心（DLR）的MirrorSAR、英国萨里卫星公司的NIASAR等。各种先进小卫星组网和星座观测方案也先后出现，如美国国家航空航天局的CubeSa、美国Capella 空间公司的Capella 星座、德国宇航中心的Dispersed SAR 和Swarm SAR等。除传统C、L、X 和Ku 波段SAR 外，P 和S 波段SAR 卫星计划也在持续深入：欧洲航天局预计于2021 年发射的BIOMASS 将有望成为全球第一个P 波段SAR 卫星；美国国家航空航天局的SESAR 系统致力于利用P 波段全极化SAR 技术，实现对月球、火星和小行星探测；英国萨里卫星公司2018 年发射的NovaSAR-S 卫星工作于S 波段；美国国家航空航天局和印度空间研究组织的NISAR 卫星将同时具有S和L 波段SAR 成像能力。SAR 凝视成像模式有望在NISAR 以及德国宇航中心下一代Tandem-L 任务中得以应用。简缩极化、全极化和（或）极化干涉测量，已成为当前大多数SAR 系统标准配置。SAR 系统分辨率越来越高，星载SAR 实现1 米分辨率已是常事。星载SAR 观测刈幅越来越宽，数字波束形成（digital beamforming，DBF）加相控阵技术，已成为星载SAR 扩大观测刈幅和实现高增益的流行方法。海洋遥感成为SAR 全新应用方向，美国国家航空航天局计划于2021 年发射的SWOT任务，以及德国宇航中心和欧洲航天局提出的CoSAR 和SEASTAR计划，将推进SAR 海洋遥感至全新水平。

二、国内研发情况

国内微波遥感包括两个主要卫星系列：FY-3 卫星和HY-2 卫星系列。此外，还包括中法海洋卫星、HY-3 卫星、云海卫星、水资源卫星等微波遥感器系列。

1. FY-3 卫星系列微波辐射计

FY-3 卫星系列包括已经发射的FY-3A～FY-3D 卫星，其中FY-3D 卫星于2017 年发射。目前，除了FY-3A 卫星已结束任务外，其他三颗卫星在轨正常运行。后续还包括FY-3E、FY-3F、FY-3G 卫星，其中FY-3E 卫星计划2020 年发射。此外，还包括两颗降雨星FY-3RM-1 和FY-3RM-2，第一颗星计划在2020 年以后发射。

FY-3A 和FY-3B 卫星的微波载荷包括：4 频段5 通道的微波湿度计（150 ～ 191吉赫）、4 频段4 通道的微波温度计（50 ～ 57 吉赫）和5 频率10 通道的微波成像仪（MWRI，10～ 89 吉赫）。在FY-3C 和FY-3D 卫星上，性能得到提升的微波湿度计和微波温度计，分别命名为微波温湿度计（MWHTS 或者MWHS- Ⅱ）和微波温度计二型（MWTS- Ⅱ）。微波湿度计的频点和通道都变为15 个，首次把118 吉赫附近的氧气吸收峰用于大气的温度探测。微波温度计V 波段的频点和通道都变为13 个，提高了大气温度廓线的探测能力。

FY-3F 和FY-3G 卫星沿用FY-3D 卫星的微波湿温度计和微波成像仪，微波温度计升级为微波温度计Ⅲ型（MWTS- Ⅲ）。FY-3E 和FY-3H 卫星没有微波成像仪，只有与FY-3D 卫星一致的微波湿温度计和微波温度计Ⅱ型。FY-3E 和FY-3H 卫星还搭载一台测风雷达（WindRAD），用于测量海面风和土壤湿度，工作在C 波段（5.3 吉赫）和Ku 波段（13.265 吉赫）。该雷达采用双波段、扇形波束圆锥扫描体制，空间分辨率高：10 千米（Ku）、25 千米（C）；风场测量范围大：3 ～ 50 米/ 秒；测风精度高：风速1.5 米/ 秒，风向±15°。

“风云四号”微波星属于中国第二代静止轨道气象卫星系列，主要科学与应用目的为气象预报、气候监测和环境监测。“风云四号”微波星装载的主要仪器为微波探测仪。由于静止轨道较高，要获得一定的分辨率，必须采用较高频段进行探测。2016年底发射的FY-4A 卫星搭载一台辐射计，覆盖到太赫频段（183 吉赫、425 吉赫），进行静止轨道微波载荷试验验证。2018 年，“十二五”国家高技术研究发展计划（简称863 计划）重点项目静止轨道干涉式毫米波探测仪（geostationary interferometric microwave sounder，GIMS）完成测试验收，为静止轨道大气微波探测奠定了坚实的技术基础。GIMS 工作于50 ～ 56 吉赫和183 吉赫，用于静止轨道大气温度和湿度垂直分布探测。它采用70 个天线单元组成的稀疏圆环天线阵列，利用圆环匀速自旋，实现空间频率域采样，最长基线预计超过3.5 米，以实现高于50 千米的空间分辨率。

2. 海洋卫星系列

HY-2 卫星系列是微波载荷系列卫星，主要有效载荷为雷达高度计、微波散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计，可以全天候探测海面高、海浪高、海面风场、海面温度、天底方向水汽含量等。目前，计划的HY-2 卫星系列包括2A～2H 八颗卫星。其中，HY-2A、HY-2B、HY-2E 和HY-2H 卫星为极轨卫星，均搭载两台被动微波载荷（扫描微波辐射计和大气校正辐射计）和两台主动微波载荷。HY-2C、HY-2D、HY-2F和HY-2G 卫星为倾斜轨道卫星，每颗卫星主要搭载雷达高度计、微波散射计和一台为高度计定标的大气校正辐射计。微波扫描辐射计为5 频率（范围6.6 ～ 37 吉赫）9通道的全功率辐射计。校正辐射计为3 频率（18.7～ 37 吉赫）3 通道全功率辐射计。雷达高度计是一台C 和Ku 波段的雷达，主要用于海面高、风速和有效波高的测量。微波散射计是一台圆锥扫描的Ku 波段的散射计，主要用于海面风场测量。

HY-2B 卫星已于2018 年10 月25 日发射，其主载荷之一的微波高度计的探测精度较HY-2A 卫星有显著提升，和国外公认最先进的Jason-3 卫星高度计测量精度相当。后续的HY-2C 和HY-2D 卫星也将于2020 年以后发射。目前，HY-2A 卫星工作于漂移轨道，HY-2B 和HY-2C/D 卫星也配置了互补的回归轨道，国内的测高卫星已形成星座，为多种前沿应用研究的开展提供了便利。

HY-3 卫星系列是SAR 卫星，主要载荷为W-SAR，工作在X 波段（9.5 吉赫），进行海洋的全天候观测。HY-4 卫星系列是微波盐度计卫星，首颗星计划于2021 年以后发射。

中法海洋卫星于2018 年10 月发射，其搭载的微波散射计成为国际上首个扇形波束旋转扫描体制散射计。微波散射计的主要功能是测量海洋表面后向散射系数，能够实现在1 ～ 2 天对全球90% 以上洋面的实时检测，获得全球海洋表面风场信息，为灾害性海洋预报和监测、海洋气候研究提供信息。

3. SAR 卫星

高分三号是中国C 波段星载SAR 卫星，于2016 年8 月发射升空。SAR 系统由中国科学院电子学研究所研制，是目前世界上成像模式最多的SAR 卫星，具有12种成像模式。该卫星具有高分辨率、大成像刈幅、多成像模式、长运行寿命等特点，主要技术指标达到或超过国际同类卫星水平，最高分辨率可达1 米，最大观测刈幅可达650 千米，具有先进的全极化成像能力。

静止轨道SAR（GEO SAR）致力于将SAR 观测提升至更高的地球同步轨道，这对于感兴趣区域的遥感监测具有极大的帮助，但也带来了轨道设计、测绘方式、成像算法、数据处理和目标解译等一系列挑战。这些挑战是下一代星载SAR 发展的核心研究。北京理工大学和中国科学院电子学研究所近年在这方面做了大量工作，走在世界前列。在GEO SAR 的基础上，中国科学院电子学研究所进一步提出GEO SAR 星座计划，以实现对中纬度地区的连续观测。遥感和对地观测应用对成像分辨率要求越来越高，下一代SAR 须具有同时跨越大频谱范围、收发和处理大时长与大带宽信号的能力。中国科学院电子学研究所于2017 年成功研制出国内第一台基于微波光子技术的雷达样机，并进行了外场非合作目标逆SAR 成像测试，获得了国内第一幅微波光子雷达成像图样。同期，南京航空航天大学联合南京电子工程研究所，研制出可实现小目标实时成像的微波光子雷达验证系统。

4. 其他卫星的微波载荷

天宫二号三维成像微波高度计由中国科学院国家空间科学中心研制，2016 年9 月随天宫二号空间实验室发射升空，是国际上第一个宽刈幅雷达高度计，也是国际上第三个星载双天线干涉雷达，工作于Ku 波段。它利用国内先进的小角度干涉成像技术，突破传统星载高度计只能进行星下点沿飞行方向一维线观测、刈幅只有数千米的局限，使单侧幅宽达到数十千米、海平面高度相对测量精度达到厘米级、绝对测量精度达到分米级。它可在宽刈幅测高的同时对海面三维形态、海洋内波、风速、有效波和波向进行测量，使中国海洋雷达成像测高技术走在世界前列。此外，中国近年来发射或者正在研制的微波辐射计卫星主要有云海卫星和水资源卫星。其中，云海卫星携带一台6 ～ 89 吉赫的6 个频率20 个通道的极化微波辐射计，用于海洋和大气参数测量。

三、发展趋势

基于以上对卫星微波遥感技术新进展的介绍，结合未来可能的需求，卫星微波遥感技术将呈现出以下发展趋势。

1. 新技术体制的不断涌现

一系列遥感机理的研究将催生更多的新型微波遥感系统。新型微波遥感系统未来的发展会集中在多波段﹑高灵敏度﹑多种微波遥感系统联合工作和轻小型化等方面。微波遥感载荷总体是向多要素、多频段、多极化、高分辨率、宽刈幅方向发展，并通过干涉、分布式、星座组网，实现高重访观测。

近年来，出现了很多新体制微波高度计，如合成孔径雷达高度计、Ka 波段高度计、宽刈幅三维成像高度计、星载GNSS-R 测高、次表层探测高度计等。近三年还出现了全聚焦合成孔径高度计、通信卫星机会信号无源雷达高度计等新概念的研究。P 波段、S 波段甚至太赫SAR 系统将进一步增多。多频段、多角度、多极化、多站SAR 融合观测不再困难。数字波束形成和微波光子技术将极大地提高SAR 成像分辨率、观测刈幅和带宽等。简缩极化、全极化和极化干涉等测量方式将成为SAR 系统标配。MIMO SAR 及其所带来的同时极化SAR 成像将激发全新研究热点。SAR 卫星不再只局限于低轨，中轨和地球同步轨道将SAR 观测提升至全新高度，感兴趣区域的高分辨宽刈幅凝视成像成为可能。SAR 在生态系统和全球碳循环遥感等方面的应用能力将进一步加强。海洋遥感和海事应用将成为SAR 的另一个重要应用方向，进一步带动SAR 技术的创新发展。中国SAR 技术将继续走在世界前列，相关技术和应用将引领未来发展。

被动遥感器的探测频率不断提升，从最早的微波毫米波向更高的太赫低端发展，主要用于大气成分和参数的探测，以提高对中高层大气的探测能力。欧洲气象卫星的冰云成像仪（ice cloud imager，ICI），频率已达到664 吉赫。日本计划在2023 年在空间站发射的SMILES-2 探测仪拥有的频率范围为485 ～ 529 吉赫和623 ～ 652 吉赫；携带一个2.06 太赫和一个1.8 太赫的接收机，用于测量氧原子、上层大气温度和风，以及OH、HO、O 等成分。瑞典正在研究的平流层小卫星测风仪器（SIW），携带一台用于测风的亚毫米波辐射计SMM，可测量30 ～ 80 千米的水平风；SMM 包括两个边带：625 吉赫和655 吉赫频段。随着太赫遥感系统研究的日益成熟，未来必将出现更多的空间太赫遥感系统的研究和应用。

被动微波遥感器的空间分辨率不断提高。传统辐射计为提高分辨率，一般需要增加天线的尺寸。综合孔径辐射计技术用多个小天线（阵元）等效替代一台大天线，天线不再需要扫描，从而减小了转动惯量。综合孔径辐射计技术可用于电磁波波长较长（如L 波段海洋盐度遥感）或卫星轨道较高（如地球同步遥感探测）的场合。第一台星载综合孔径微波辐射计是欧洲航天局（ESA）的土壤湿度和海水盐度计划（SMOS）的主载荷，其天线有3 条4 米×0.25 米的Y 型臂，能以30 ～ 90 千米的地面分辨率实现对全球土壤湿度和海洋盐度的观测。

2. 微波载荷能力的综合化

高空间分辨率、大幅宽、高灵敏度、多参数一体化探测，代表了微波辐射计、微波散射计技术的发展方向，已在风场测量、降水等要素的定量测量方面走向应用，相关产品具有较高的稳定性和可靠性。

微波辐射计遥感技术的综合能力不断提升。单一载荷如果能够集总多参数的探测功能，就可以提高观测的一致性和应用能力。对于大气探测仪类型的微波辐射计（如微波温度计、微波湿度计）而言，其频段不但包含从V 波段、D 波段到G 波段等毫米波范围的大气温度和湿度探测通道，还包括Ku、Ka、W、D 等波段的窗区通道。这些通道的集总测量，减小了面元匹配的时空误差，增加了对大气廓线和降水的探测功能，提高了对大气和地球表面的综合观测能力。对于圆锥扫描成像仪类型的探测载荷，同样需要拓展频率覆盖范围，把以前只包含窗区通道的成像仪，换成包含大气温度和湿度探测通道的成像仪，从而提高了对大气的探测能力。

综合能力的发展还体现在一颗卫星上可以同时携带多种微波载荷。例如，欧洲和俄罗斯气象卫星增加了微波散射计；中国的风云卫星在研制双频段的微波散射计，以提高海洋测风能力以及对陆地土壤和极区冰雪的观测能力。俄罗斯的Meteor-3M 系列卫星后续的业务星，携带一台X 波段（9.623 吉赫）的气象合成孔径雷达。海洋卫星N3 携带一台Ku 波段（13.4 吉赫）的微波散射计，可用于海面风场测量。此外，下一代Meteor-MP 系列卫星增加了陆地和空间科学方面的观测目标。

3.微波遥感的应用场景不断拓展

利用散射计可进行宽刈幅流场探测、海面气压探测、云雨探测、极冰及高原冰川探测，其应用覆盖了大气、海洋及陆地探测。传统高度计的应用局限于开阔的深海，随着高度计测量能力的提升和新体制高度计的提出，其应用场景已拓展至近岸海域、内陆水域、极冰、海冰、沙漠、植被、降水测量等方面，并已用于深空探测。

太赫技术已在天文探测、气象遥感、深空探测、高分辨率成像和物质成分分析等方面获得了大量应用，并凸显优势，同时在电子、信息﹑生命﹑国防和航天等领域也蕴含着巨大的应用前景。空间太赫技术以其独特的优势，将在空间应用中获得快速发展。微波辐射计的应用已从地球海洋、大气和陆地拓展到行星及天体遥感，如对火星、木星及其卫星、金星等的大气临边探测和表面探测等。

4. 智能化和组网观测技术

为了缩短重复观测目标的时间，即提高观测的时间分辨率，缩短重复观测的周期，以满足获取目标的时效性上的要求，科学家提出发展卫星星座及组网技术。利用多颗卫星组成星座，可提高对特定地区的重访能力，大大缩短重访时间，实现对移动目标的近连续跟踪观测。美国和欧洲已发射多个微小卫星，搭载微波辐射计，进行大气参数的组网观测。

宽覆盖范围和短回访周期的应用，要求SAR 星座继续保持快速的发展趋势。大数据技术的发展，也将进一步加快不同SAR 平台之间的联合组网。小卫星、无人机等新型观测平台，将驱使SAR 成本和体积进一步缩减。SAR 将不再独属于世界各强国航天部门，而成为一种普通国家可负担起费用的遥感工具，造福于各国人民。小卫星技术的发展，使得微波遥感的商业化成为一种必然，各种应用场景将不断开拓。

【参考文献】略

本文摘编自《2019 高技术发展报告》（中国科学院编. 北京：科学出版社，2020.1）一书，标题为编者所加。

中国科学院年度报告系列

《2019 高技术发展报告》

中国科学院 编

北京：科学出版社，2020.1

ISBN 978-7-03-064290-5

《2019高技术发展报告》的主题是航空航天和海洋技术。报告综述了2018年高技术发展动态，着重介绍了航空航天和海洋技术领域技术及其产业化新进展，分析了中国高技术产业国际竞争力和创新能力，探讨了高技术与社会等社会普遍关注的重大问题，提出了世界科学、技术、工业革命趋势，人 工智能产业发展前景，“十四五”战略性新兴产业发展，知识互联网发展，新一轮科技革命和产业变革趋势与影响等若干战略思考。报告有助于政府部门和社会公众了解高技术， 特别是航空航天和海洋技术发展及产业化动态，理解高技术对社会的影响。

本报告是中国科学院发布的年度系列报告《科学发展报告》的第22部,旨在全面综述和分析2018年度国际科学研究前沿进展动态,研判和展望国际重要科学领域研究发展趋势,揭示和洞察科技创新突破及快速应用的重大经济社会影响,报道和介绍我国科学家具有代表性的重要科学研究成果,观察和综述国际主要科技领域科学研究进展及科技战略规划与研究布局,概括和介绍我国科学研究整体发展状况,并向国家决策部门提出有关中国科学的发展战略和科技政策咨询建议,为国家促进科学发展的宏观决策提供重要依据本报告对国家各级科技决策部门科研管理部门等具有连续的重要学术参考价值,可供国家各级科技决策和科研管理人员科研院所科技研究人员大专院校师生以及社会公众阅读和参考

（本文编辑：刘四旦）