高分三号卫星图像质量指标设计与验证

图像质量指标是衡量合成孔径雷达(SAR)卫星成像能力及定量化应用水平的重要指标。在进行高分三号(GF-3)卫星总体设计时,根据海洋、减灾、水利、气象等应用领域的需求,提出了能够兼顾各行业用户典型应用及定量化反演的图像性能要求,确定了几何质量指标和辐射质量指标2类共13项图像质量指标,分析了卫星平台、SAR载荷、空间传输、地面定标及处理等各项因素对图像质量指标的影响,总结了通过卫星总体设计保证各项图像质量指标的方法及手段。GF-3卫星的在轨测试及业务化运行,验证了图像质量指标的符合性,可为后续SAR卫星的研制提供设计参考。     

高分三号卫星控制分系统设计与在轨验证

高分三号(GF-3)卫星是国内首颗设计寿命8年且转动惯量最大的低轨遥感卫星。与以往同类卫星相比,文章针对GF-3卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度姿态全零多普勒导引技术、高精度高稳定度姿态控制技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

复杂约束条件下的高分三号卫星系统设计

高分三号(GF-3)卫星是中国首颗民用平面相控阵SAR卫星,配置一套大型平面相控阵雷达天线,由于载荷尺寸大、质量大、功耗大、热耗大和电磁复杂特点,在卫星系统设计过程中采用了面向复杂约束条件下的系统综合设计方法。文章在梳理GF-3卫星载荷约束的基础上,提出了SAR卫星系统设计思路,详细介绍了围绕SAR载荷开展的面向机、电、热、磁等方面系统设计方案的选择与优化过程,并重点在SAR天线体制、结构形式、热控方案、机构要求,以及供配电状态和太阳翼方案等方面,给出了系统综合设计结果。     

高分三号卫星测控分系统设计与验证

高分三号(GF-3)卫星具有大角度快速机动及复杂电磁环境的特点,测控分系统常规设计难以满足卫星需求。文章提出射频设备的抗干扰设计及验证方法,介绍了GF-3测控分系统的设计、技术特点,并给出了地面试验及在轨运行验证结果,实现了测控分系统高灵敏度接收与大功率合成孔径雷达(SAR)之间复杂环境的电磁兼容性,同时首次采用高精度实时快速导航定位算法和自主健康管理方法,实现了导航子系统快速连续定位。     

"高分三号"卫星图像干涉测量试验

由于自然或人工建造引起的形变可能引发灾难,对其进行形变量监测非常必要,合成孔径雷达(SAR)技术与传统监测技术相比,可以实现全天候对地观测,并监测地表的形变。"高分三号"(GF-3)卫星作为中国国首颗SAR卫星,是否具有干涉测量的能力以及精度尚待验证,为此文章利用GF-3卫星SAR数据对河南省登封市周边地区进行二轨差分干涉处理,获取了该地区的地表形变图。结果表明地表相对沉降量为±0.03m,验证了GF-3卫星作为SAR卫星具有了干涉测量(InSAR)的能力。针对GF-3卫星数据由于轨道误差引起的平行条纹导致相位解缠效果不好的问题,提出利用SRTM(Shuttle Radar Topograpty Mision)DEM高程作为所选样本点的高程,选取5个地面控制点,消除了由于轨道误差引起的平行条纹,提高了反演的形变量精度;GF-3卫星与技术成熟的"哨兵一号"卫星同一测区数据对比,形变信息大致相同。GF-3卫星作为一颗SAR新星具有干涉测量的能力,同时精度上也满足监测的需求。     

高分三号卫星C频段多极化有源相控阵天线系统设计

高分三号(GF-3)卫星SAR载荷天线是中国首副成功在轨应用的C频段多极化天线,其采用有源相控阵体制,多极化共孔径设计,波束控制灵活,能够实现12种常规工作模式及多种扩展模式。GF-3卫星C频段多极化有源相控阵天线(简称SAR天线)质量占到卫星总质量的46%,工作时最大功耗占卫星能源功耗的60%以上,而其发射功率、带宽特性、方向图等都对成像性能有着至关重要的影响。文章针对GF-3卫星SAR天线C频段、多极化、大带宽、高功耗、高精度、大尺寸、轻量化等特点,介绍了天线系统设计的内容及主要性能结果,可为中国后续SAR卫星有源相控阵天线的研制提供参考。     

“高分二号”卫星遥感技术

"高分二号"(GF-2)卫星是高分辨率对地观测系统重大专项中为满足应用亟需和替代进口而规划的遥感卫星,也是中国第一颗目标定位精度要求达到50m、寿命要求达到5~8年、迄今为止中国研制的空间分辨率最高的民用低轨遥感卫星。文章分析了GF-2卫星高分辨率、高定位精度等任务的特点,以及高精度图像保障、扰振抑制设计、长寿命设计等技术创新点,并介绍了其在轨评价及应用情况,为后续高分辨率对地观测卫星提供了参考。     

高分三号卫星太阳电池阵设计与验证

通过分析高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达(SAR)载荷多模式的成像任务规划、大型展开式桁架构型设计、高低压双母线电源设计等特点,识别出LEO轨道静电放电对高压太阳电池阵设计的影响,卫星左侧视成像和右侧视成像下大型SAR天线遮挡及卫星8年长寿命期间电缆频繁扭转对传输性能的影响,提出了一种适用于复杂遮挡情况下高低压双母线电源系统的太阳电池阵设计思路,完成了太阳电池阵设计、遮挡仿真分析、静电放电试验、电缆扭转试验和在轨数据分析,验证了太阳电池阵设计的正确性,可以为中国后续大功率SAR卫星太阳电池阵设计提供参考。     

高分三号卫星飞行程序设计与在轨验证

高分三号(GF-3)装载有大型合成孔径雷达(SAR)天线及大型太阳翼,因此在其飞行程序设计中要重点考虑太阳翼和SAR天线的展开设计,以及它们的展开对卫星的扰动力矩和姿态的影响。通过分析显示:太阳翼展开对卫星姿态角和姿态角速度影响较大,为此对几种太阳翼展开未锁定的情况作出故障预案;通过分析SAR天线展开的动力学特性,以及SAR天线展开对卫星姿态的影响,进行相应设计,并为实现SAR天线展开可控,采取相应措施。GF-3卫星在轨验证结果表明:太阳翼和SAR天线展开结果良好,飞行程序设计合理有效。     

“高分四号”卫星影像辐射与几何精度评价

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率静止轨道面阵凝视光学遥感卫星,载荷首次采用面阵CMOS探测器在36 000km高轨成像、基于面阵成像构建在轨相对辐射校正模型、面阵相机光学畸变在轨检校。文章首先分析了影响GF-4卫星影像辐射质量(quality,以下同)与几何精度的关键因素,然后介绍了高轨面阵成像处理模型的构建技术,最后分析评价了GF-4卫星影像的辐射质量、几何质量和处理精度。结果表明:GF-4号卫星全色多光谱影像的平均行标准差、平均标准差和广义噪声等相对辐射精度指标均优于3%,典型地物信噪比平均优于40d B。影像内部畸变在垂轨和沿轨方向均优于0.8个像素。