中國科學院微波遙感技術重點實驗室：聚焦科技前沿、面向重大需求，矢志微波遙感技術創新

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國慶將至，可中國科學院國家空間科學中心副主任、中科院微波遙感技術重點實驗室主任董曉龍還是那麼忙。

董曉龍是中法海洋衛星海面風場微波散射計分系統的主任設計師，而下個月，這顆中國與發達國家首次合作開發的航天遙感衛星就要上天了。此前，中國的航天微波遙感技術一直處於跟蹤仿製階段，中法海洋衛星的研發將突破這一局面。

自上世紀70年代我國率先開展微波遙感技術研究開始，40餘年間，中科院微波遙感技術重點實驗室填補了多項國內空白，從載人航天、探月工程到氣象衛星、海洋衛星，實驗室在微波遙感有效載荷與定量信息技術研究方面取得了一系列重要突破。

拿董曉龍的話說：「不創新，就沒有出路。」

開創微波遙感事業

我國的微波遙感研究起步於上世紀70年代初。

1970年4月24日，中國第一顆人造衛星「東方紅一號」發射成功。衛星上天以後，就要解決對地球的認識問題，沒有遙感技術，就無法實現對地觀測，對遙感技術的需求因此產生。

微波遙感具有全天候、全天時的工作能力，並且對地物目標具有一定的穿透力，因此受到了普遍重視並得到飛速發展。

經過863計劃多年的預研，1992年，中國工程院院士姜景山等提出，在神舟四號飛船上裝載多模態微波遙感器進行空間在軌試驗，並獲得立項。我國航天微波遙感研究自此起步。

多模態微波遙感器是一部對地觀測微波遙感綜合系統，包括高度模態、散射模態和輻射模態三種微波遙感工作模態，經過集中統一控制有機組合成多種複合工作模式，利用空間微波遙感技術進行試驗和驗證工作。

經過近10年的努力，多模態微波遙感器按計劃於2002年12月30日由神舟四號飛船成功送入軌道。高度、散射、輻射三個模態都獲取了有效數據並進行反演，使我國首次在衛星平台上得到了衛星到海平面高度、海洋有效波高、海面風速以及溫度等信息，驗證了三個模態的技術體制及多模態運行功能和輻射計、高度計、散射計各自的功能，驗證了雙拋物面天線掃描型風場測量機理及技術，驗證了四頻道共饋天線技術。

董曉龍回憶，多模態微波遙感器是中國第一次研製星載微波遙感器，這讓當時剛剛博士畢業的他非常神往。加入姜景山團隊後，他接到的第一個活兒就是「定標」。

「這是微波遙感器設計當中非常基礎和重要的環節，『標』就是『標準』，相當於刻度。沒有定標，就無法對觀測對象進行定量測量。」董曉龍介紹說，「定量微波遙感技術是我們實驗室的特點，我們是我國定量微波遙感有效載荷與信息技術領域唯一的重點實驗室。」

神舟四號多模態微波遙感器實現了我國星載微波遙感零的突破，實現和驗證了星載雷達高度計、微波散射計和多頻微波輻射計有效載荷和數據處理技術，為我國後續氣象衛星、海洋衛星及其他微波遙感衛星的研製，打下了堅實的基礎。

風雲三號微波濕度計

滿足國家重大需求

中科院微波遙感技術重點實驗室的定位，是面向國家對微波遙感的重大應用需求以及地球與空間前沿科學研究對微波遙感的探測需求。

在這一需求目標的引領下，實驗室先後承擔了國家重大科技攻關計劃、863計劃、載人航天、探月工程、氣象衛星、海洋衛星等重大任務微波遙感技術研究和微波遙感器的研製工作，實現了多個「首次」。

2007年、2010年發射的嫦娥一號、嫦娥二號微波探測儀，在國際上首次實現了全月微波探測，首次獲取了全月亮度溫度分布，以此建立的「微波月亮」為月球科學研究、月球資源研究及應用、未來月球基地的建立等帶來了全新的數據資源，成為國際探月研究中的一大亮點。

在嫦娥一號衛星微波探測儀繞月之前，國際上還沒有從月球軌道對全月球進行微波探測的活動，主要還是利用電磁波進行月球探測。也就是只有「可見月亮」和「紅外月亮」的數據資源，唯獨缺少「微波月亮」數據。而紅外、可見光主要針對錶面探測，微波則由於波長較長，可以深入厚度進行次表層探測、厚度探測、撞擊坑結構探測等研究。

「我們的微波遙感技術也使氣象探測如虎添翼。」董曉龍自豪地說。

微波濕度計是風雲三號衛星中一個非常重要的有效載荷，工作在短毫米波段，可以全天時、全天候地探測全球大氣濕度的垂直分布、水汽含量和降雨量等空間氣象資料，為颱風、暴雨等災害性天氣現象預報、監測提供重要數據。

特別是在2008年「海鷗」「鳳凰」和「森拉克」等颱風侵襲的過程中，微波濕度計發揮了重大監測作用，為研究和預測及提高數值預報天氣的準確性，降低國民生命和經濟財產損失提供了有利依據，也為2008年北京奧運會提供了有力的氣象服務保障。微波濕度計實現了我國短毫米波輻射計頻率的爬升，使我國氣象衛星大氣濕度探測與國際水平接軌。

董曉龍告訴記者，風雲三號B、C星微波濕度計數據在歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）和中國氣象局業務系統中得到穩定、可靠的應用，實現了我國星載定量微波遙感技術的重要突破。

在此之前，我國氣象預報所用的大氣濕度探測數據，主要依靠國外氣象衛星的探測數據，可以說，微波濕度計的出現填補了國內星載大氣微波探測的空白，提高了我國在國際氣象組織中的話語權。

海洋二號星載雷達高度計

從實驗走向應用

2011年，中國第一顆以微波遙感為主要探測手段的海洋動力環境監測衛星海洋二號衛星發射升空。

該衛星以神舟四號多模態微波遙感器體制及機理為依據，充分繼承和發展「多模態」的成果，集主、被動微波遙感器於一體，裝載雷達高度計、微波散射計、掃描微波輻射計和校正微波輻射計4個微波載荷，聯合起來監測和調查海洋動力環境。

「海洋二號雷達高度計和校正輻射計，經過國內外用戶測試驗證海面高度測量精度達到5厘米量級，標誌我國星載海洋動力環境衛星達到國際先進水平。」董曉龍說，「它還帶動了相關單機技術和可靠性技術的發展，並為其他相關微波載荷的研製提供了成功的經驗。在此技術上，也為下一代精度更高的合成孔徑雷達高度計奠定了基礎。」

2016年發射的天宮二號三維成像微波高度計，是國際上首個星載寬刈幅雷達高度計，其實現了海陸兼容的高精度水體高度測量，並可對陸地表面進行三維成像，是國際海洋衛星遙感技術的重大突破。

在姜景山看來，我國航天微波遙感技術的發展已形成包括前沿理論與方法研究、工程技術發展與實踐等在內的完整科學技術體系，為國家經濟社會發展和保障國家安全提供了先進的科技手段。

如今，中國的航天微波遙感事業正從試驗走嚮應用，從模仿走向創新。

中法海洋衛星是由中國和法國聯合研製的一顆用于海洋動力環境觀測的小衛星。衛星共有兩個海洋遙感有效載荷，一個是法國航天中心提供的用于海洋波浪譜測量的散射計；另一個則是中科院微波遙感技術重點實驗室負責研製的用于海面風場測量的散射計，該散射計在國際上首次採用扇形波束掃描體制的微波散射計系統方案。

這顆衛星研製成功後，將能提供更精準的海洋災害預報監測，為海洋科學研究、全球氣候變化提供實測數據和積累長時間序列歷史數據。

承擔這個任務，董曉龍還是非常有底氣的。

「目前，我們能在海洋衛星、氣象衛星、科學衛星上發揮作用，得益於我們是一個『全鏈條』的團隊，從探測的基本概念出發到把儀器做出來、處理數據的技術突破，是我們最主要的特點，也是我們的競爭力。」他說。

隨著中法海洋衛星的發射，微波散射計作為中國研製的唯一遙感載荷，將第一次與航天發達國家的遙感設備同星競技，體現中國人在微波遙感技術領域的實力。

2012 年研製出的國際首個靜止軌道大氣 微波探測儀全尺寸樣機

文章來源：《科學新聞》雜誌

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