Satellites de télédétection océanique : protéger la source de la vie sur Terre

satellite de télédétection océanique

Les satellites de télédétection marine sont des satellites spécialisés utilisés pour la détection des éléments et de l'environnement marins. Ils contribuent à des domaines tels que le développement et l'utilisation des ressources biologiques marines, la surveillance et la prévention de la pollution marine, la mise en valeur des ressources des zones côtières et la recherche scientifique marine. Parmi les éléments marins étudiés figurent la couleur de l'océan, la dynamique océanique et les cibles maritimes.

Composition et classification des satellites de télédétection océanique

Les satellites d'observation océanique se composent généralement d'une plateforme et de charges utiles, embarquant typiquement des instruments de télédétection optiques et micro-ondes. Les charges utiles optiques comprennent généralement des instruments de mesure de la couleur et de la température de la mer, des imageurs de zones côtières, etc. Elles sont principalement utilisées pour la détection de la couleur et de la température de la mer et se caractérisent par des bandes spectrales étroites, un rapport signal/bruit élevé, une faible polarisation et un large champ de vision. Les charges utiles micro-ondes comprennent des diffusiomètres, des radiomètres, des altimètres, des radars à synthèse d'ouverture (SAR), etc. Les altimètres offrent une grande précision dans la mesure de l'altitude de la surface de la mer, tandis que les autres charges utiles présentent des caractéristiques telles qu'un large champ de vision et un fonctionnement par tous les temps. Les radars à synthèse d'ouverture (SAR) offrent également une haute résolution spatiale.

Selon leurs fonctions, les satellites de télédétection océanique comprennent généralement des satellites de couleur de l'océan, des satellites de dynamique océanique et des satellites de surveillance des cibles océaniques.

satellite couleur océanDes capteurs multispectraux permettent d'acquérir des signaux provenant de l'eau de mer. La lumière visible et le proche infrarouge servent à déterminer la couleur de l'océan, tandis que la lumière infrarouge permet d'obtenir des informations sur sa température. Cette technologie permet de mesurer la concentration en chlorophylle, la teneur en sédiments en suspension, la teneur en matière organique soluble, la température de l'océan et la présence de glace. Elle peut également être utilisée pour la surveillance de l'environnement marin, le développement et l'exploitation des ressources halieutiques, la surveillance de la pollution marine, l'évaluation de l'environnement marin, la protection des droits maritimes et la recherche sur les changements environnementaux globaux.

satellite dynamique océaniqueEn émettant des signaux radar et en mesurant les échos, on détermine la hauteur de la surface de la mer et le coefficient de rétrodiffusion, et on en déduit la vitesse et la direction du vent en surface. La technologie micro-ondes passive est utilisée pour mesurer la température de rayonnement micro-ondes de la surface de la mer afin d'obtenir sa température, et la vitesse du vent est ensuite calculée à partir de ces données. Ce système est principalement utilisé pour la détection des champs de vent, de température, de hauteur de la surface de la mer, de vagues et de courants marins.

Pour obtenir des données sur le champ vectoriel du vent océanique mondial et les contraintes du vent de surface, ainsi que des données à haute résolution sur la circulation océanique mondiale, le géoïde océanique, le champ de gravité et les calottes glaciaires polaires.

satellite de surveillance des cibles océaniquesLe radar à synthèse d'ouverture (SAR) à micro-ondes permet d'acquérir des informations haute résolution sur les cibles marines, par tous les temps, pour une surveillance en temps réel des infrastructures maritimes et de l'environnement marin. Il peut recueillir des données telles que le champ de vagues, la vitesse du vent en surface, les ondes de tempête, les vagues internes, la banquise et les déversements d'hydrocarbures, offrant ainsi des services de surveillance maritime et de répression des infractions, d'étude des zones côtières, d'inventaire et de développement des ressources marines, de surveillance et de protection de l'environnement marin, ainsi que de sauvegarde des droits maritimes.

Historique du développement des satellites de télédétection marine

Alors que les pays du monde entier accordent une importance croissante à la recherche scientifique marine, les satellites de télédétection marine ont connu trois étapes de développement distinctes, que l'on peut globalement catégoriser comme suit :

1970-1978 – Phase d'explorationL'objectif principal est d'utiliser des engins spatiaux habités pour mener des expériences et d'utiliser des satellites météorologiques et terrestres pour explorer les océans.

1978-1985 – Phase expérimentaleDurant cette période, les États-Unis ont lancé un satellite océanique et le satellite de surveillance des nuages ​​pluviaux-7, tous deux équipés d'un scanner couleur des zones côtières. Il s'agissait de satellites de recherche expérimentaux.

1985-Aujourd'hui - Phase de recherche appliquée et d'utilisation en entrepriseDurant cette période, un grand nombre de satellites océanographiques ont été lancés avec succès. Ces satellites de télédétection océanique, équipés de divers capteurs, recueillent des informations sur l'environnement marin et peuvent être classés, selon leurs fonctions, en satellites d'observation de la couleur de l'océan, de la dynamique océanique et de la topographie océanique.

Au cours de la dernière décennie, les satellites océaniques, conçus spécifiquement pour l'observation des océans, ainsi que ceux dotés de capacités d'observation partielles, ont évolué vers une résolution spatiale, temporelle et spectrale plus élevée, un meilleur rapport signal/bruit et une stabilité accrue. De ce fait, le recours aux satellites océaniques pour la surveillance de l'environnement marin et les applications militaires et civiles n'a cessé de croître.

Les recherches chinoises sur les satellites de télédétection marine ont débuté relativement tard, mais se sont développées rapidement, réalisant des progrès significatifs après plusieurs années de développement. S'appuyant sur la classification fonctionnelle et les capacités de détection des satellites de télédétection marine, le programme de satellites marins chinois est conçu et développé selon trois axes : la coloration des océans, la dynamique de l'environnement marin et la surveillance marine.

Le 15 mai 2002, mon pays a lancé avec succès son premier satellite d'observation de la couleur des océans, Haiyang-1A, marquant une avancée majeure dans mon programme spatial océanographique et améliorant considérablement la qualité des données recueillies. Au cours des vingt années suivantes, mon pays a lancé plusieurs satellites océanographiques, notamment des satellites d'étude de la couleur des océans, de l'environnement dynamique des océans, de surveillance et de contrôle des océans, ainsi que le satellite océanographique franco-chinois. Ces satellites sont équipés de charges utiles de télédétection ultraviolette, visible, infrarouge, micro-ondes actives et passives, ainsi que de charges utiles auxiliaires. Ils permettent d'acquérir rapidement des informations sur les champs de vent, de vagues, de hauteur et de température de la surface de la mer, les composantes de la couleur des océans et l'environnement des îles et des zones côtières. Ils peuvent également recueillir des informations sur l'évolution des calottes glaciaires polaires, de la banquise, des grands fleuves et lacs, de la végétation terrestre et des feux de forêt. Ces satellites présentent un grand potentiel d'application dans des domaines tels que la surveillance des ressources naturelles marines et terrestres et de l'environnement, ainsi que la surveillance des catastrophes naturelles, fournissant un soutien technique à la protection de l'environnement marin de mon pays, au développement des ressources marines, à la gestion de l'utilisation des zones maritimes, à la protection des droits maritimes et à la gestion des régions polaires et océaniques.

satellites de la série Ocean-1

Il est utilisé pour la détection des éléments de couleur des océans à l'échelle mondiale, la mesure de la température de surface de la mer et la surveillance environnementale dynamique des zones côtières. Il est équipé de modules de télédétection optique, principalement destinés à l'observation des océans, mais également des zones terrestres et maritimes. Ces modules présentent des avantages tels que de multiples résolutions spatiales, un rapport signal/bruit élevé, une large gamme dynamique et une large fauchée. La configuration optimale des modules comprend un scanner de couleur et de température de l'eau, un imageur côtier, un imageur ultraviolet, un spectromètre d'étalonnage et un système d'identification automatique des navires.

satellites de la série Ocean-2

Il est utilisé pour la surveillance en toutes circonstances de divers paramètres environnementaux marins dynamiques, tels que le champ de vent de surface global, la hauteur significative des vagues, la hauteur de la surface de la mer et sa température. Il fournit directement des données d'observation par télédétection quasi temps réel pour l'alerte précoce et la prévision des conditions maritimes dangereuses, et apporte un soutien à la prévention et à l'atténuation des catastrophes maritimes, à la protection des droits et intérêts maritimes, au développement des ressources marines, à la protection de l'environnement marin, à la recherche scientifique marine et à la construction de la défense nationale. Sa charge utile comprend un altimètre radar, un diffusiomètre micro-ondes, un radiomètre micro-ondes à balayage et un radiomètre d'étalonnage.

satellites de la série Ocean-3

Utilisé pour la surveillance continue des océans et des terres émergées à l'échelle mondiale, ce système embarque un radar à synthèse d'ouverture (SAR). Ses manœuvres d'orientation latérale lui permettent d'améliorer sa réactivité et d'étendre sa portée d'observation terrestre. Les images SAR multipolarisées en bande C acquises peuvent être utilisées dans de nombreux domaines tels que l'océanographie, la prévention des catastrophes, la gestion de l'eau et la météorologie. Ce système constitue un atout technique majeur pour mon pays, lui permettant de développer le secteur maritime, de surveiller les ressources environnementales terrestres et d'assurer la prévention et l'atténuation des catastrophes.

Satellite océanique sino-français

Le satellite de recherche scientifique international sino-français a pour mission principale d'acquérir des informations sur les spectres des vagues de surface, les champs de vent en surface et la banquise polaire à l'échelle mondiale, afin d'approfondir la compréhension scientifique de l'évolution de la dynamique marine ; d'améliorer la précision et la rapidité des prévisions concernant les phénomènes maritimes dangereux tels que les vagues géantes, les tempêtes tropicales et les ondes de tempête ; et d'acquérir des données relatives aux calottes glaciaires polaires pour fournir des informations fondamentales à la recherche sur le changement climatique mondial. Le satellite utilise un diffusiomètre fourni par la Chine et un spectromètre fourni par la France. Les deux pays ont mis en place leurs propres systèmes au sol, mais partagent leurs données, illustrant pleinement les principes de consultation, de construction et de partage conjoints, ainsi que les cinq grands axes de développement que sont l'innovation, la coordination, le développement durable, l'ouverture et le partage.

applications satellitaires de télédétection océanique

La télédétection marine est principalement utilisée pour étudier et surveiller la circulation océanique, les courants côtiers, la banquise, les champs de courants de surface, la qualité des eaux portuaires, les aménagements côtiers, les sédiments en suspension, la topographie des eaux peu profondes, la concentration de chlorophylle en surface et d'autres aspects hydrologiques, météorologiques, biologiques, physiques et hydrodynamiques marins, ainsi que la pollution marine et les travaux d'aménagement côtiers. Elle est devenue une méthode de surveillance et une source d'information majeures pour les océans et les zones côtières. Grâce à l'exploitation des données de télédétection marine, il est possible d'effectuer des observations de la dynamique marine, des géoïdes océaniques, de la topographie et de la profondeur des eaux peu profondes, de la couleur de l'océan, de la pollution marine et de la banquise.

Avec l'expansion continue des applications de la télédétection satellitaire marine, ces dernières inaugureront l'ère du Big Data. Les données issues de la télédétection satellitaire marine deviendront un support essentiel à la construction d'un océan intelligent, d'un océan numérique, d'un océan transparent, d'une Chine numérique et d'une puissance maritime.

Tendances de développement des satellites de télédétection marine:Améliorer la précision des observations et la résolution spatio-temporelle

La précision et la résolution spatio-temporelle des observations satellitaires sont des indicateurs essentiels pour évaluer les capacités d'observation et d'application des satellites. Avec la sophistication croissante de la recherche et des applications marines, les exigences en matière de précision et de résolution spatio-temporelle des observations satellitaires marines s'accroissent. Les progrès des technologies de télédétection marine et de traitement des données permettront d'améliorer continuellement ces indicateurs afin de répondre aux besoins des applications. Par exemple, l'élargissement du spectre d'observation des télédétections améliore la résolution spatiale et la sensibilité de détection, renforçant ainsi la précision des données. L'extension de la zone d'observation et l'utilisation de constellations de satellites permettent d'améliorer la résolution temporelle de la couverture mondiale de télédétection marine jusqu'à l'échelle horaire, tandis que les satellites marins en orbite haute permettent d'améliorer la résolution des observations régionales jusqu'à la minute.

La télédétection quantitative est la tendance de développement des satellites océaniques.

Les applications quantitatives sont une caractéristique essentielle des applications des données satellitaires marines. Les produits de télédétection issus de ces données, tels que la chlorophylle, les sédiments en suspension, la température et la hauteur de la surface de la mer, le champ de vent et le champ de vagues, relèvent tous de la catégorie des applications d'inversion quantitative. Des techniques d'étalonnage et des méthodes de vérification fiables et complètes sont indispensables pour garantir la haute qualité des produits de données satellitaires marines.

Par conséquent, à l'échelle internationale, des domaines d'étalonnage et de vérification ont été mis en place pour les satellites océaniques, spécifiquement dédiés à l'étalonnage des charges utiles de télédétection océanique et à la vérification de l'authenticité des données produites. Parallèlement, les unités d'étalonnage embarquées des charges utiles de télédétection se perfectionnent, les technologies d'étalonnage externe gagnent en maturité et la précision de l'étalonnage s'améliore constamment, permettant ainsi aux applications quantitatives des satellites océaniques de répondre à la demande croissante.

La technologie de traitement autonome des données embarquées orientée application est en constante amélioration.

Le fort dynamisme des océans et la faible densité des objets en surface impliquent que ces objets ne peuvent recevoir de services via des centres de données, contrairement aux objets terrestres. Pour assurer des services de télédétection océanique en temps réel, la réception directe, par les objets en surface, des données traitées par satellite constituera un axe de développement majeur pour les satellites océaniques.

Développer activement de nouveaux types de charges utiles de télédétection marine

Actuellement, les pays du monde entier développent activement des technologies de télédétection marine, ce qui permet d'accroître constamment le nombre d'éléments observables et d'améliorer la précision des mesures effectuées par les satellites sous-marins. Il en résulte un élargissement des domaines d'application des satellites et une nette amélioration de leurs capacités globales. L'émergence de nouvelles charges utiles de télédétection marine permettra d'améliorer considérablement les capacités d'observation des cibles marines, en s'adaptant pleinement aux besoins futurs des applications.

Aujourd'hui, le système de satellites marins de mon pays est quasiment achevé et la télédétection marine par satellite est entrée dans l'ère du Big Data. On estime qu'avec le développement rapide des technologies de télédétection et le lancement continu de satellites, la télédétection marine par satellite jouera un rôle essentiel dans la recherche sur le changement climatique mondial, les océans tropicaux et polaires, la banquise, la productivité et les écosystèmes marins, les interactions air-mer, la prévision des catastrophes maritimes, la pêche et la gestion des zones côtières, tout en bénéficiant d'un potentiel de développement accru et en permettant des applications plus significatives.

Certains éléments de cet article proviennent de sources telles que :

Intelligence artificielle et apprentissage profond, Réseau chinois de vulgarisation des sciences aérospatiales, Exposition chinoise de vulgarisation scientifique

Lin Mingsen, Zhang Youguang, Yuan Xinzhe : Histoire du développement et perspectives d’avenir des satellites de télédétection marine

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