高分三号卫星SAR工作模式与载荷设计

高分三号(GF-3)卫星为满足多样化的用户需求,其合成孔径雷达(SAR)载荷具有高分辨率、宽覆盖、多极化、多工作模式、高图像质量等特点,设计难度大。文章进行了任务需求分析,确定了SAR载荷总体实现方案,给出了SAR各工作模式的设计。在此基础上,进一步给出了SAR载荷的设计,即采用大规模有源相控阵天线技术,并结合灵活的中央电子设备,使其能够实现复杂工作模式下的高质量成像,满足任务需求。     

高分三号卫星总体设计验证

高分三号(GF-3)卫星是我国民用"高分辨率对地观测系统重大专项"中唯一一颗微波成像卫星,也是我国第1颗1m分辨率C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星,其定量化指标要求高,同时具有雷达天线质量、尺寸大,热控要求高,脉冲功率大,构型布局复杂等技术特点和难点。文章围绕GF-3卫星技术难点,系统阐述了卫星高定量化、高扩展性等总体设计特点及设计验证方法,并采用系统建模、模拟分析、地面试验和在轨测试等多种措施,确保卫星优良的图像质量和定量化应用能力,使其具备一定的在轨扩展能力。GF-3卫星设计和研制过程中采用的验证方法,可为后续SAR卫星的总体设计提供参考。     

高分三号卫星在台风监测中的应用

高分三号(GF-3)卫星具有的全天时、全天候、多模式观测能力,既能够采用宽幅成像模式获取台风风场、台风路径的信息,也能够采用高分辨率模式在极端气候条件下对台风登陆区域进行精细观测,可以为台风监测、预报及台风灾害评估提供有效数据支撑。文章介绍了2017年7月以来,国家卫星海洋应用中心首次利用高分三号卫星对中国附近海域台风进行监测情况。论述了台风监测流程及台风监测专题产品生产方法,可为今后雷达卫星台风监测提供参考。     

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。     

高分三号卫星项目管理实践经验

为确保高分三号(GF-3)卫星项目的圆满成功,深入剖析了卫星研制目标和项目管理特点,运用项目管理理论,从组织、计划、质量、物资、风险等各方面进行系统策划,综合管控。通过建立项目管理组织结构、加强项目队伍建设,提升能力;通过优化和细化流程、加强关键和短线项目管控、提前落实保障条件,保证进度;通过实施基于时间、要素和程序3个维度的全面产品保证,确保质量;通过采用集约化及专题管理机制,保证元器件配套;通过系统论证、专项管理和高效沟通,保证8年设计寿命专项工作实施;通过全面动态持续的风险管理,确保风险识别充分、控制有效。项目管理的实施,有效保证了高分三号卫星研制的成功。     

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。     

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。     

高分三号卫星中央单元多分区引导的设计与验证

针对某遥感卫星静态随机存取存储器(SRAM)芯片故障导致中央单元(CTU)主机无法启动的问题,高分三号(GF-3)卫星数管CTU软件设计了一种静态随机存取存储器(SRAM)芯片故障模式下的多分区引导方法。通过在可编程只读存储器(PROM)中增加一个应急故障处理软件分区,在SRAM芯片部分故障情况下,CTU软件能够从正常CTU软件分区跳转到应急故障处理软件分区,并引导CTU软件进入应急故障处理模式。在该模式下执行SRAM芯片故障检测和正常CTU软件在轨注入,使CTU使用SRAM芯片无故障区域运行正常CTU软件。在GF-3卫星中,对该方法进行了软件实现和验证,结果表明:此方法可在中央处理单元SRAM芯片部分故障情况下,提供一种挽救方案,从而避免采取单一的切换备机处理措施导致CTU主机彻底不能使用的问题,提高了数管分系统的可靠性。     

高分三号卫星自主任务规划设计与在轨验证

对高分三号(GF-3)卫星的工作模式以及地面操作指令形式进行介绍,在此基础上设计了自主任务规划,提出单次记录、单天线单站边记边放、单天线双站边记边放等9种自主任务规划编排指令模板。自主任务规划设计在GF-3卫星常规执行任务中的应用结果表明:设计合理、操作便捷,能有效地提高GF-3卫星的好用易用性,可为后续SAR卫星设计提供参考。     

数字化技术在高分三号卫星总装设计中的应用

针对高分三号(GF-3)卫星大型相控阵天线精准总装技术、大型相控阵天线质量特性精确计算技术、星罩对接后星表插头操作空间的人机工程模拟技术和天线随整星一体化运输设计技术4项设计问题,通过数字化技术,分别应用数学建模、Pro/E质量特性计算、CATIA人机工程模拟和有限元分析等方法,对上述设计问题进行了分析,体现了数字化技术在卫星总装设计与实施过程中的应用,结果表明:试验数据满足且优于指标要求,实践效果良好。对于大型有效载荷卫星的总装设计技术具有一定的借鉴意义。     

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。     

GF-3 Satellite Put into Operation

<正>GF-3,China’s first C-band Synthetic Aperture Radar(SAR)satellite with multiple polarizations,has been put into use from January 23.The SAR-C satellite has a 1 m resolution.CNSA Deputy Director WU Yanhua and CASC Vice President YANG Baohua attended the ceremony for the commencement of formal operation of GF-3.GF-3 is the first LEO remote sens-