我国极轨气象卫星的发展

介绍了我国极轨气象卫星的现况。提出了由风云三号(FY-3)上午星、下午星和降水测量卫星组成的我国极轨气象卫星对地观测网构想,给出了三种卫星的主要仪器性能指标。讨论了多载荷综合观测,利用微波波段实现全天候探测,提高光谱分辨率,提高空间分辨率,提高仪器的灵敏度、定标精度,发展无线电(GPS)掩星探测,以及发展主动遥感等极轨气象卫星发展趋势。对我国极轨气象卫星的发展给出了气象卫星向对地综合观测发展、遥感探测技术向"四高两全一多"发展、探测方式向主动与被动结合方向发展、遥感应用向高精度定量化发展、发展专用卫星或小卫星阵列等建议。分析了转动部件与太阳阵耦合抑制、高指向精度高稳定度姿态控制、高数据率数据传输、颤振对高光谱成像质量的影响分析及减振、主动微波及可见、红外、紫外谱段高精度地面及在轨定标等实现我国极轨气象卫星发展的关键技术。     

科技成果

航天科工集团星载降水雷达填补国内空白 据国资委网站2011年10月26日报道，中国航天科工集团公司二院25所作为总体单位承担的民用航天预先研究项目——星载降水雷达项目通过国防科工局的评审验收，这标志着我国在星载主动式气象遥感仪器技术领域取得重大突破。     

微波无源遥感有效载荷现状与发展

针对微波无源遥感有效载荷这一卫星有效载荷中发展最早、最成熟的子领域,对从20世纪60年代至今,世界范围内在轨与在研共17个具有代表性的载荷产品进行了研究。综合分析了微波无源遥感载荷在气象、海洋、陆地、大气环境及深空微波遥感等应用领域的发展现状,归纳出无源微波遥感有效载荷向定量应用、功能复合、主被动一体、体制混合、太赫兹探测等方向的发展趋势。总结了我国与欧美发达国家在系统应用水平、反演处理能力、关键部组件性能、研发条件等方面存在的差距,提出了后续发展静止轨道毫米波亚毫米波探测仪、一体化微波成像探测仪、太赫兹冰云探测仪、L波段土壤湿度微波探测仪、亚毫米波临边探测仪、行星探测仪等载荷的设想。     

星载微波探测仪探测头部热设计及验证

星载微波探测仪采用主被动一体化探测方法,以提高探测精度和空间分辨率,是土壤水探测卫星的主载荷,探测仪的探测头部主要由主动单机和被动单机等组成,其中主动单机中的发送/接收(T/R)组件数量多、功耗大、阵面布局长达7 m,被动单机中的接收机对温度波动敏感,同时探测头部构型复杂且各散热面外热流环境恶劣。针对探测头部热控难点及要求,开展了包括轨道外热流分析、散热面和传热路径的设计、热管网络布局,关键单机的精细化控温等工作,并结合热平衡试验结果对热设计方案进行了有效验证。仿真及试验结果表明:探测头部的温度水平、关键单机的温度梯度及每轨温度波动均满足要求,其中T/R组件温度梯度控制在≤12℃,被动接收机温度波动控制在±1℃/轨。该设计解决了大功耗T/R组件短时开机导致单机之间温差大、瞬时温升速率快,接收机温度波动大等技术难点,突破了高功率密度T/R组件全阵面热设计关键技术和被动接收机的高稳定度控温关键技术,实现了探测头部在轨全周期高精度、高稳定度热控,可为星载微波探测仪类载荷的热设计提供借鉴。     

星载主动遥感气溶胶-云参数技术需求与进展

面对越来越迫切的气象和气候预测及大气环境监测需求，利用主动星载仪器在全球范围内探测云和气溶胶参数成为快速发展的研究领域。相比被动遥感仪器，主动仪器可以获取云和气溶胶参数的垂直分布信息，这将在天气气候模式的改进方面发挥重要作用。通过云和气溶胶遥感需求分析，从雷达数据应用角度，首先介绍了数值模式对云和气溶胶的科学参数需求和定量需求，进一步分析了云和气溶胶联合观测的需求，以及星载微波激光雷达的探测特点；然后对国内外正在规划的星载云和气溶胶微波激光雷达探测任务进行了综述，包括仪器指标和数据产品设计；最后展望这一领域的应用前景。     

全数字化星载信号处理载荷架构设计

面对商业航天新业态的迅猛发展,围绕高可靠、高效率、高效益的航天发展目标,针对卫星有效载荷的载荷核心——星载信号处理载荷部分,参考美国国家航空航天局的空间无线电通信体制设计思路,以硬件平台化、功能软件化、软件构件化为特征基础,通过对软硬件体系、载荷时频、重构方式、资源共享等多元化的设计,构建了一种灵活、通用、易扩展、需求适应强的全数字化星载信号处理载荷架构。相比于传统星载信号处理载荷,采用该架构设计的星载信号处理载荷可以广泛适应各类星载信号处理的需求,极大地提升有效载荷的信号处理能力及可靠性,降低载荷的研制周期与成本,为未来卫星有效载荷的软件化、网络化、智能化发展提供技术支撑。     

用于遥感卫星数传的新型波导阵列组合天线

从新的设计理念出发，提出一种新型的波导十字阵列组合辐射天线替代了赋形反射面天线，用于低轨遥感卫星的数传系统。文中论述了该天线的设计思路、设计过程，并列出了天线的主要性能。最后还简述了该天线在国内卫星上的应用及我国未来低轨遥感卫星数传天线的发展趋势。该天线已在我国多个卫星上成功应用。这种波导阵列组合天线结构紧凑、尺寸小，具有与国外通用的赋形反射面天线基本类似的性能，可达到星载数传天线的预定要求，而且为星载遥感器及其他载荷留出了更大的对地安装空间。     

微波辐射计静止轨道遥感试验技术

在地球静止轨道上对大气进行微波遥感探测尚无先例。为验证静止轨道微波探测仪器关键技术,研究高轨微波辐射传输特性并积累遥感数据,研制了微波探测试验载荷,搭载于风云四号A星进行在轨试验。微波探测载荷采用真实孔径圆周扫描体系,配置双频段(183,425 GHz)五通道。载荷在轨试验中,各项指标正常,183GHz频段灵敏度优于0.5K,425GHz灵敏度优于1.9K,性能稳定并超过3个月考核寿命。对微波探测载荷183GHz与极轨载荷先进技术微波辐射计(advanced technology microwave sounder,ATMS)进行亮温交叉比对的结果显示,两者亮温相近,变化趋势一致,验证了探测数据的有效性。载荷还在静止轨道获取了极轨无法探知的3K/h量级亮温变化,并在风云四号A星姿态调整期间完成了静止轨道微波遥感成像。验证了在静止轨道上进行真实孔径体制微波遥感探测的有效性。     

DORIS星载实时定轨算法仿真及DSP实现

针对我国高分辨率空间对地观测专项的发展需求,文章在星载多普勒无线电定轨定位（Doppler Orbitography and Radio-positioning Intergrated by Satellite,DORIS）系统的实时定轨算法和流程验证基础上,进行了应用背景限制下的模型简化研究,用数字信号处理器（DSP）实现并验证了其星载实现的可行性和有效性。首先介绍法国星载实时定轨软件（DORIS Immediate Orbit Determination by Embarked,DIODE）及定轨原理,给出星载实时定轨算法的流程。通过网站下载的DORIS接收机搭载星数据,对星载多普勒实时定轨算法的观测量修正部分和卡尔曼滤波定轨算法进行验证。针对星载实现的计算简化要求,对算法中计算量较大的地球非球形引力摄动和章动模型进行研究,对比不同模型复杂度对定轨结果的影响,为定轨算法模型的选取提供依据。最后将移植到DSP的程序运行结果与个人计算机下的仿真结果进行了对比,验证其星载实现满足精度要求,同时运行时间满足实时性要求。对如何提高实时定轨算法的性能,文章给出了后续应用的改进方向。     

星载微波散射计定标技术研究

定标是星载遥感设备的重要组成部分。文章介绍了我国海洋卫星星载微波散射计的定标概念、主要误差来源及拟采用的定标策略与方案。重点提出内定标信号源的两种实现方法，并通过比较的方法介绍了两种定标信号源的特点。     

用于海洋盐度观测的主被动联合遥感器

海洋盐度是研究海洋环流、全球水循环以及气候变化的重要参数之一。L波段主被动联合遥感器可以有效精确地进行海洋盐度的观测。文章简要介绍了L波段主被动联合遥感器用于海水盐度遥感的应用机理与需求,对NASA正在研制的星载L波段主被动联合遥感器——Aquarius进行了重点描述,最后对我国星载主被动联合遥感器的研究提出了一些建议。     

一种低轨遥感卫星自主轨道控制方法

针对低轨遥感卫星轨道控制操作繁琐、执行效率较低、影响载荷任务编排等缺点,提出一种无需地面站支持的自主轨道控制方法。利用在轨实时计算得到的轨道偏差作为触发条件,在偏差超出阈值时,卫星根据轨道外推结果、剩余燃料质量、发动机推力等参数自主计算轨控时间,并在不与载荷任务冲突的前提下,实施发动机点火,实现卫星轨道误差的在轨自主补偿。经高分七号卫星(GF-7)验证,能够有效降低卫星的地面运控成本,大幅提升卫星的自主管理、自主运行能力,可为我国后续低轨遥感卫星设计提供参考。     

卫星厘米级定轨的实施建议

对我国实现卫星厘米级定轨的技术途径 ,提出了下列建议 :利用我国在国外的卫星观测站和在国内的 IGS跟踪站 ,建立 GPS国际基准观测网 ,进行星载 GPS双频动态载波相位测量定轨 ;注重大气阻力摄动对低轨卫星定轨的精度损失 ,不仅要安装性能优良的星载 GPS双频接收机 ,而且要装备卫星加速度计 ;采用星载 GPS信号接收机 /激光后向反射镜阵列协同定轨法 ,确保卫星定轨测量的径向误差达到厘米级     

航天器舱外载荷适配器技术综述

航天器舱外载荷适配器是一种轻小型空间对接机构,根据操作方式分为被动式和主动式两大类。文章介绍了日本设备调换装置(EEU)、美国飞行可释放连接机械装置(FRAM)等国内外舱外载荷适配器,总结了其引导定位、机械锁紧和电连接的功能实现方式。针对空间机械臂操作、人机工效学存在的无法精确定位和驱动力不足的问题,分析了舱外载荷适配器的工作模式、关键部件、地面试验等关键技术和解决措施。针对未来我国先进载荷任务需求,提出了开展功能强大、承载能力强的主动式适配器研究建议;针对大型高轨航天器,提出了开展被动式适配器技术研究建议。     

一体化微波成像探测技术发展和展望

介绍了微波成像探测技术的发展历程及趋势。阐述了将多种遥感目的和功能集于一体微波成像探测的优势和必要性。通过多频点大口径天馈、高灵敏度多通道接收及高稳定度长寿命转动机构等关键技术的突破,研制了一体化微波成像探测样机。与目前在轨的风云三号(FY-3)卫星微波成像仪相比,最高测量频段提高、细分通道数目增多、探测灵敏度及辐射测量精度提升,实现了大气温度廓线、大气湿度廓线和地表成像的一体化同源观测,在增强数据同化能力的同时提高了卫星的载荷效率,可同时获得全天时、全天候的海面风场,海面温度,海冰分布和雪覆盖,大气温湿度廓线,大气水汽和液态水分布等全球性气象资料。对一体化微波成像探测技术的高分辨率、高频率接收和全极化探测等发展方向进行了展望。     

星载遥感高光谱成像仪电子学抗辐照设计

高光谱成像载荷在高空间分辨率、光谱分辨率及大幅宽等方面指标需求不断提升,使得星载遥感的抗辐照设计问题愈发明显,文章提出了针对任务需求从器件级、电路级以及载荷分系统级分层设计兼顾成本的设计方法,以增强高光谱成像仪抗辐照能力。该方法依据分系统各层级、各功能模块抗辐照能力水平高低,从器件选用把控、电路应用加固到整个载荷的整体屏蔽优化的具体实际应用,对应用情况进行分析计算及优化迭代、等效测试试验验证,实现了抗辐照能力和研发成本合理平衡。通过在多个遥感系列卫星高分辨率高光谱成像仪上的成功应用,结果表明：该高光谱成像仪的抗辐照设计方法具有科学性和稳健性,有效提升了卫星载荷的可靠性和研制效率。     

FY—1C卫星的应用与展望

介绍了我国独立自主研制的第一代太阳同步轨道气象卫星－FY－1的性能和主要功能，着重介绍了FY－1C星在气象遥感、海洋遥感、空间环境研究、地球环境监测、抗灾救灾和国民经济建设中的应用，以及对国际气象业务的贡献，并展望了我国下一代极轨气象卫星的发展。     

可重构多维度探测微波光子雷达

随着“太空经济”时代的到来,大国间的太空竞争也愈发激烈,对星载雷达探测系统的测量精度和多维度目标参数测量提出了更高要求。现有的星载雷达系统主要采用传统微波技术实现,面临电子器件速率低、工作带宽小、可重构性差等问题,这些问题越来越成为限制星载雷达系统进一步发展的瓶颈。将微波光子技术引入雷达系统可利用光子技术高频率、大带宽、可重构的特点有效克服电子技术的局限性,突破雷达技术瓶颈。阐述了可重构多维度目标探测微波光子雷达的特点和基本结构,介绍了多维度目标参数测量和雷达波形可重构的原理与方法,并对星载微波光子雷达的发展趋势和特殊应用环境需要考虑的问题进行了论述。随着微波光子雷达技术研究的不断深入和光电集成技术的迅速发展,微波光子雷达有望在未来星载雷达系统中得到大规模应用。     

星载高光谱成像系统发展综述

高光谱遥感技术通过记录地表物体在多个连续波段下的光谱信息,实现高精度的地球观测与分析。为了获取更多地物目标的细节信息,研究人员提出了对高光谱成像系统各项参数指标的新要求,国内外开展了大量相关研究。随着卫星技术的成熟,高光谱遥感平台从最初的机载平台逐渐发展到星载平台,促进了高光谱遥感图像在地质、农林业、环境监测等领域的广泛应用。目前,多数光谱成像系统选用传统的光学器件来实现分光,将计算光学与高光谱遥感结合,有利于集成更紧凑便捷的成像系统。文章首先介绍了高光谱成像系统的主要类型和原理,随后对近30年来典型的星载高光谱成像系统及载荷进行了综述,梳理了典型国内外星载高光谱成像系统的发展现状,并对不同国家成像系统的性能指标进行了对比分析,总结了相应的发展历程,并对未来星载高光谱成像系统的发展作出了展望。     

基于TLK2711的遥感卫星高速串行载荷数据接口设计

高分辨率遥感卫星星上载荷原始数据率不断提高,如何将高速载荷数据传输至后端数据处理设备已成为遥感卫星载荷接口设计的关键。在研究高速串行/解串(SerDes)收发器件TLK2711工作原理的基础上,提出了高速串行载荷数据传输接口的设计方案。通过在某卫星星载数据传输系统中的首次应用,实现了星上2Gbit/s的高速串行数据传输,工程试验和在轨验证表明了接口设计的正确性和可靠性,可为其它星载高速数据传输接口设计提供借鉴。