环境卫星超成像仪

由中科院西安光机所研制的“HJ-1-A卫星超光谱成像仪”填补了我国在航天超光谱遥感领域的空白，达到国际当前先进水平。记者昨日获悉，这一重大自主创新科研成果已通过项目鉴定。 　　西安光机所为我国“HJ-1-A卫星”研制的我国第一台星载超光谱成像仪，主要承担环境与灾害的监测、评估及定量化分析等任务，广泛应用于土地沙化、盐碱化、石漠化监测，冰雪灾害与森林、草原火灾探测，国土资源及广域土地分类调查，植被分类、植树造林及退耕还林效果评估，农业估产、病虫害监测及生态环境破坏等领域；为我国环境与灾害监测预报小卫星提供及时、可靠和科学的信息支持。 　　截至目前,“HJ-1-A卫星”超光谱成像仪顺利随卫星在轨运行一年多，设备性能稳定、运行正常、数据可靠；经民政部、环保部、农业部、中科院等70余家用户单位使用，已经在灾害监测、环境评估、资源调查、土地分类、农业林业等诸多领域发挥了重要作用，并取得良好的应用效果和经济效益。 　　鉴定委员会成员一致认为，该项成果既有理论突破和技术发明，又有集成创新和成功应用，国内领先、达到国际当前先进水平，有力促进了我国光谱成像及相关技术的发展，填补了我国在航天超光谱遥感领域的空白，具有重大意义。

2022年11月21日下午，“夸父一号”（ASO-S）载荷“硬X射线成像仪”（HXI）首图发布会在中国科学院紫金山天文台举行，会议同时向全国太阳物理同行网络直播。“夸父一号”卫星的全称为“先进天基太阳天文台”（ASO-S），于2022年10月9日在酒泉卫星中心成功发射。作为中国首颗综合性太阳探测卫星，“夸父一号”卫星的科学目标瞄准“一磁两暴”，即同时观测太阳磁场及太阳上两类最剧烈的爆发现象―耀斑和日冕物质抛射，研究它们的形成、演化、相互作用和彼此关联，同时为空间天气预报提供支持。作为卫星三大载荷之一的“硬X射线成像仪”，由中国科学院紫金山天文台牵头负责研制，承担着“一磁两暴”中观测太阳耀斑非热辐射的任务。ASO-S卫星工程首席科学家甘为群主持了发布会。在发布会上，HXI载荷主任设计师张哲首先介绍了ASO-S卫星和HXI载荷的设计、研制、发射及在轨早期梗概，然后详细展示了卫星入轨一个多月以来HXI载荷开展的各项在轨测试和定标工作，结果表明HXI载荷状态正常，各项功能性能均满足设计指标要求，已顺利投入科学观测活动，后续将继续配合科学需求，做好仪器功能性能的进一步优化。图 1. HXI观测到的一个太阳耀斑，是一个较小的C级耀斑，发生在2022年10月22日。此图为HXI分析软件测试版中的耀斑光变。图 2. 左图展示了2022年11月11日01时发生的一个耀斑图像，背景是SDO卫星拍摄的AIA 1700 Å图像，叠加的等值线为HXI两个能段的成像（25-30和30-35 keV，注意这里的图像尚未进行光栅定标，位置为平移对齐，但图像和太阳自转轴的倾角以及平台抖动带来的影响均已修正），可以看出经典的双足点源结构，且其中一个在高能具有精细的双源结构；右图显示了该耀斑在全日面图像上的位置。图 3. HXI观测到的2022年11月11日03时耀斑的光变（左）及成像（右）。左图分别展示了全开探测器、背景探测器的光变和10-300 keV的动态能谱图，右图为峰值期间AIA 1700 Å图像和叠加的HXI 25-30 keV的硬X射线源。两者的一致性充分说明HXI优异的成像性能和成像算法的正确性。随后，HXI载荷数据科学家苏杨就HXI在轨观测数据及结果进行了详细解读。首先介绍了HXI的科学目标、性能参数、数据特点，科学团队在发射前、后的一系列数据、软件、算法、模拟方面的准备工作，然后重点介绍了HXI开机以来数据的处理分析和成像结果。通过对比11月11日爆发的“双十一”系列耀斑的HXI数据和SDO/AIA图像，表明HXI各项功能指标达到预期目标，准直器性能、对齐精度、指向镜数据、探测器性能、成像算法、修正算法、能量定标算法均达到理想的效果。更重要的是，在准直器前后1.2米距离上最难对齐的36微米节距光栅子准直器（最高分辨率达到3.2角秒）在成像中也表现突出，这是很难得的一点。这说明在尚未进行光栅定标的情况下成像的优越性能已经超过HXI团队的预期，未来在进行详细的光栅子准直器定标后预计会达到更好的成像质量。卫星工程首席科学家甘为群总结，卫星发射才42天，HXI开机不足34天，其硬件团队就完成了绝大部分的在轨测试工作，证明了HXI在轨性能几乎完美地达到了预期的各项技术指标，为科学团队出成果创造了绝佳条件。HXI科学团队这段时间夜以继日，加班加点，由于准备充分，在HXI开机的第20天逮到第一个M级耀斑的当晚就获得了首幅太阳硬X射线图像。经过多方比对并经后续观测反复确认，这是我国首次获得太阳硬X射线图像，也是当下国际上地球视角唯一的太阳硬X射线像，其图像质量达到了国际先进水平。硬X射线成像原理与普通光学成像不同，除了精密的“光学系统”，还需要后端的成像算法等一系列的处理。今天的结果展示，虽然只有几张图，但却代表着0到1质的提升。尤其是HXI硬件团队与科学团队的紧密合作，堪称ASO-S卫星工程的楷模。甘为群希望，在接下来的ASO-S卫星另两个载荷FMG和LST首图发布中能有新的惊喜。ASO-S科学应用系统指挥（代理）、中科院紫金山天文台副台长范一中最后代表台领导对HXI团队取得的成就表示热烈祝贺，也衷心感谢在长达数年的HXI载荷研制过程中，团队成员的辛勤付出和忘我的工作精神，希望在接下来的在轨测试优化和科学观测中继续发扬团结协作传统，精心策划，争取早出成果、出好成果、出大成果。

1月14日，中共中央、国务院在北京人民大会堂隆重举行2010年度国家科学技术奖励大会，党和国家领导人胡锦涛、温家宝、李长春、习近平、李克强等出席大会。胡锦涛等党和国家领导人向获国家科学技术奖的代表颁奖。中科院西安光学精密机械研究所“环境与灾害监测预报小卫星超光谱成像仪项目”荣获国家科学技术进步奖二等奖。 　　超光谱成像仪具有“图谱合一”的宽谱段(0.45～0.95mm)和精细光谱(5nm)的探测能力，其在轨获取的干涉图经滤波、相位修正、辐射度修正、光谱反演、光谱修正后，得到每一个像元的超光谱图(曲线)。把每一个像元复原光谱图中具有同一波长的相对应的光谱强度值(光谱辐射功率密度)集合在一起，并以二维空间排序，即可重构超光谱图像序列，即每个谱段的准单色图。再进一步可以合成色彩非常丰富的真彩色图像。 　　西安光机所研制的超光谱成像仪装载在HJ-1-A卫星上。它是国内首先采用静态干涉型成像光谱技术新原理，研制的一种新型有效载荷。超光谱成像仪在环境与灾害监测预报中发挥特有的作用。它可以监测土地的沙化、盐碱化、石漠化 探测冰雪灾害与森林、草原火灾 调查国土资源及广域土地分类 进行植被分类、植树造林及退耕还林效果评估以及发现森林砍伐与破坏 服务于农业估产、监测病虫害以及生态环境破坏等。对自然灾害、环境污染、危及人类的危险事故等的发生、定量化分析、评估等将起着重要作用。 　　2008年9月6日，我国在太原卫星发射中心通过一箭双星方式将首颗环境卫星(也称为环境与灾害监测预报小卫星星座)A、B卫星成功送入太空。2009年3月30日，国家国防科技工业局在京组织环境与灾害监测预报小卫星A、B星在轨交付仪式。中国航天科技集团公司和中国卫星发射测控系统部将卫星正式交付给民政部和环境保护部投入使用。