大气环境监测卫星方案设计与技术特点

大气环境监测卫星(DQ-1)是国家民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星，其运行于705 km高度的太阳同步轨道，装载大气探测激光雷达(ACDL)、高精度偏振扫描仪(POSP)、多角度偏振成像仪(DPC)、紫外高光谱大气成分探测仪(EMI)及宽幅成像光谱仪(WSI)等5台遥感仪器，通过主动激光与被动高光谱、多光谱、多角度、偏振等手段结合，实现对大气CO2、细颗粒物、污染气体、云和气溶胶等要素，以及对大气环境、水环境和生态环境等进行大范围、连续、动态、全天时的综合监测;卫星CO2柱浓度探测精度优于1 ppm，为国际最高。卫星入轨后各分系统工作正常，在轨测试结果均满足要求，能够进一步提升我国大气环境综合监测、全球气候变化和农作物估产、农业灾害等应对能力，推动生态环境、气象、农业农村等领域遥感应用。本文概述了DQ-1卫星的总体设计方案，总结了卫星的主要技术特点及创新点，介绍了卫星系统在轨测试情况，并对卫星的应用前景进行了展望。     

高分一号卫星环境遥感监测应用示范研究

高分一号卫星成功发射以来,在大气环境、水环境和生态环境中的精细化和定量化遥感监测方面发挥了积极作用。作为高分一号卫星的主要用户,环境保护部卫星环境应用中心利用高分一号卫星数据开展了大量应用示范工作,本文以其对气溶胶光学厚度、水华、水质、自然保护区人类活动等遥感监测和评价内容为例,介绍了高分一号卫星在环保领域中的应用示范情况。     

大气环境监测卫星校飞试验设计与验证

针对大气环境监测卫星上国际首次采用主被动结合探测体制的效能,在卫星研制初样阶段开展了多载荷综合探测航空校飞试验,验证了大气探测激光雷达(ACDL)探测性能以及双偏振载荷匹配探测原理,并为地面应用系统提供真实遥感数据源,验证数据处理方法的正确性。详细介绍了大气环境监测卫星校飞试验的总体设计方案,系统阐述了试验目的、系统构成、试验过程,对试验结果进行了详细分析,为卫星发射入轨后应用效能保证奠定了基础,同时为后续校飞试验积累了经验。     

大气环境监测卫星姿轨控分系统设计与在轨验证

大气环境监测卫星是我国首颗大气环境综合探测卫星。本文介绍了大气环境监测卫星的姿轨控分系统(AOCS)设计，包括体系结构、高精度姿态测量设计和稳态飞轮控制方案等，重点论述了姿态补偿方法和在轨验证情况。在轨数据表明，卫星的姿态测量精度、指向精度和姿态稳定度均满足指标要求。     

大气环境监测卫星星载激光雷达二氧化碳遥感反演方法及精度验证

目前卫星被动遥感二氧化碳存在空间覆盖不足、时空分辨率不够、地球两极和夜间缺少数据等问题，对二氧化碳的源汇研究带来很大的不确定度，同时也制约着利用卫星遥感温室气体探究全球变化。2022年4月我国发射了全球首颗搭载主动激光雷达探测二氧化碳的卫星-大气环境卫星。其上搭载了的气溶胶和碳探测激光雷达(ACDL)，利用1 572 nm的两束激光，可以反演干空气中加权平均的二氧化碳柱浓度。初步与香河站(全球碳柱总量观测网)站点比对的平均偏差为0.48 ppm，Sodankyla(全球碳柱总量观测网)站点的比对的平均偏差为0.8 ppm，精度超过被动遥感卫星。     

大气环境监测卫星宽幅成像仪高性能碲镉汞红外探测芯片

宽幅成像仪(WSI)是大气环境监测卫星中的主要载荷之一,可以提供从可见光到长波红外的地球环境成像遥感数据。宽幅成像仪中搭载了从1.3~12.5 μm红外波段进行探测的8个波段碲镉汞红外探测器,各波段采用窄带滤光片进行分光,8个波段的碲镉汞探测器封装在短波、中波和长波3个组件中。本文中对8个波段的碲镉汞红外探测器进行了概述,内容涵盖了探测器的设计思想、制备工艺和测试方法,最后给出了目前在轨运行的高性能探测器组件的探测率性能和响应光谱,同时与各波段器件的探测率指标进行了对比。     

卫星遥感在森林资源与环境监测中的应用

介绍了林业系统在过去２０多年里利用卫星遥感手段进行森林资源调查和动态监测，森林火灾探测和灾情评估，森林生态环境和荒漠化监测中的应用；提出了利用资源一号卫星进行全国森林资源监测、森林灾害监测及损失评估和全国荒漠化监测等７项应用计划；建议建立国家森林资源和生态环境综合监测与评价体系，并对“资源一号”后续卫星的技术指标和性能改进提出了几点要求。     

FY-3卫星应用和发展

回顾了风云三号(FY-3)卫星的应用和发展历程。介绍了FY-3卫星装载的成像、大气探测、辐射收支探测、大气成分监测和空间环境监测器5类仪器包,可实现从紫外、可见光、近红外、中红外、热红外到微波的多种电磁波谱段的遥感和探测。给出了地面应用系统生成的大气、陆地、海洋和空间天气等科学和应用领域的卫星遥感信息产品及其分辨率与精度。列举了部分典型的FY-3卫星数据在数值天气预报、臭氧和二氧化碳等大气成分和气候监测、生态环境和灾害监测等领域的应用结果。展望了未来FY-3卫星的发展,其中包含的4颗卫星,按晨昏、上午、下午近极地太阳同步轨道卫星3颗和倾斜轨道降水测量卫星1颗布局安排,组网完整的FY-3业务卫星的综合观测能力将有极大的提高,带动我国气象卫星应用进入成熟发展阶段。     

环境遥感技术研究与应用进展

针对我国环境保护工作的实际，阐述了当前环境遥感技术的研究和应用的现状，介绍了国内外大气环境遥感监测、水环境遥感监测、城市环境遥感监测和自然生态遥感监测等方面的技术发展及其成果，并分析了环境遥感技术的特点和技术发展的趋势。     

星载激光雷达高精高稳探测卫星系统保证技术

激光雷达探测精度高,具备全天时工作和垂直探测能力,在大气环境天基遥感领域应用广泛。基于CO_2柱线浓度激光遥感探测原理,分析了积分路径差分吸收星载激光雷达测量系统的激光波长、能量精度和稳定性及光轴指向精度等关键指标要求和功能模块配置,重点开展了星载激光雷达光机头部稳定安装、良好机热环境保障及星敏载荷一体化布局等整星层面系统设计保证,仿真结果初步表明设计方案可行。同时,提出了激光雷达波长、能量精度及稳定性实时监测、卫星对地光轴指向高精度测定和星地载荷光轴指向测量误差标定的地面试验验证要求,以确保系统设计的有效性,为激光雷达遥感卫星的研制提供了技术参考。     

路径积分差分吸收激光雷达反演模型设计与测试

激光雷达作为主动探测手段,能够较好地弥补被动卫星(如OCO-2/3、GOSAT-1/2和Tan Sat等)的不足,实现高精度、全天候和全天时的观测。中国在2022年4月16日成功发射世界首颗基于主动理论探测二氧化碳柱浓度(XCO2)的激光雷达卫星。本文基于前期在秦皇岛的缩比飞行试验数据,围绕优化积分权重函数和优化差分吸收光学厚度两大核心要素,提出了基于光谱能量模型的算法框架。该框架旨在提高基于主动理论的星载激光雷达探测XCO2反演的精度。评估获得光谱能量模型在海上、陆地上的测距精度分别为0.74和6.20 m。论文的工作在10 s滑动平均值下,海洋、城市和山区的平均XCO2值分别为411.07、425.71、417.87 ppm,标准差分别为1.93、0.85、0.96 ppm。综上所述,光谱能量模型对我国发展基于差分吸收激光雷达的二氧化碳浓度算法具有重要的参考意义。     

面向有效载荷的准实时在轨健康评估系统

卫星遥测数据通常有2种手段获得，一种是卫星经过地面测控站下传的实时遥测和延时遥测;另一种手段是通过数传分系统下传的全球遥测。全球遥测作为监视卫星载荷健康状态的主要手段，存在数据量大、文件数量较多、人工处理和判读工作量大等问题。针对该情况，提出准实时在轨健康监视系统的设计方案。该系统具备遥测源码定时获取、有效载荷遥测数据提取和解析、遥测数据存储、遥测数据自动判读和特征统计、超限报警、曲线显示和数据输出等功能，可对卫星有效载荷的健康状态进行准实时、自动化的监视和评估。     

发展小型空间环境模拟设备是未来的一种趋势

大型空间环境模拟设备已成系列化,完全能满足大型航天器发展的需要。航天器小型化将是一种发展趋势,空间环境模拟设备必须适应这种发展要求。小型空间环境模拟设备除了能保证微小型航天器的试验需要外,在开展空间环境影响机理的研究、预先研究和降低试验成本上有其优势。     

海洋动力环境卫星数据处理方法

对其海洋动力环境卫星数据处理流程和处理算法进行了研究,重点对三类微波遥感器数据处理内容和流程、数据事后反演算法进行了详细阐述,最后还对数据地面定标和真实性验证进行了分析。鉴于海洋用的微波遥感器在我国首次使用,文章的研究结果可对海洋动力环境卫星科学数据处理方法提供借鉴作用。     

GNSS地基集成测试与开发环境

GNSS地基集成测试与开发环境可测试和监测GPS,GLONASS,GALI-LEO等多种导航星座的空间信号,更重要的是测试和认证各种新型接收机和应用产品的性能和指标。同时为新的GNSS系统投入运行前进行必要的信号结构试验、接收机试验等。本文从集成测试与开发环境建立动机和目标入手,重点阐述了其运行模式、系统结构、测试区域选择标准,并进行了逼真度分析以及系统规划。以期对我国自主研发GNSS集成测试与开发环境做些探索性工作。     

星用外露电缆线环境应力筛选(ESS)试验技术

为考察航天器外露电缆能否承受低于-140 ℃的温度,特别是温差近200 ℃的温度冲击,进行了星用外露电缆线的环境应力筛选（ESS）试验工作。针对此次试验任务紧的特点研制了功能齐全的具有温度冷、热冲击的基本功能、并可实现温度测量和数据采集自动控制、具备报警功能的专用设备。试验结果表明:该设备运行可靠,并且节省了70%的试验时间和80%的试验费用。     

小卫星随机振动特性分析与试验验证方法探讨

通过试验数据分析了小卫星随机振动响应特性,探讨了组件质量与小卫星随机响应的变化关系,并提出了地面随机振动响应与板面密度关系的一个经验公式。针对某小卫星发射过程中测量得到的主动段振动数据,分析总结了小卫星的主动段振动特性,着重探讨了小卫星主动段振动特性与地面试验的振动特性差异,给出了修正地面试验验证的一些建议。     

一箭多星发射的卫星振动环境分析与验证

某卫星采用一箭多星方式直接发射入轨,在星箭耦合分析中发现星箭界面部分频点振动环境明显高于原设计要求,导致卫星可能需要采取改进设计以满足该变化。为进一步明确卫星的环境适应性,文章首先针对超限频点开展刚度匹配分析和响应分析,识别可能存在的风险,并对识别出的服务舱+Y板采取改进措施;其次,开展整星动力学分析、星箭耦合分析,分析验证卫星及其组件的适应性,并提出了改进的地面试验条件,结果表明地面试验能够包络星箭耦合分析结果,试验是充分的;最后,通过飞行试验验证,证明地面试验能够包络在轨飞行振动环境,采取的分析验证和试验验证是可行的。该研究方法及所取得的结论可为解决后续卫星研制过程中类似问题提供参考。