2025-01-19
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在介紹遙感衛(wèi)星之前,先講講衛(wèi)星遙感系統(tǒng)。衛(wèi)星遙感系統(tǒng)由空間段 的遙感衛(wèi)星、地面段的地面系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)組成(如圖1所示)。遙感衛(wèi) 星主要由遙感器和衛(wèi)星平臺(tái)兩大部分組成,遙感器直接執(zhí)行特定的遙感任 務(wù),衛(wèi)星平臺(tái)為遙感器的正常工作提供必要保障(如所需的能源、溫度和 力學(xué)環(huán)境等),存儲(chǔ)和向地面?zhèn)鬏斶b感數(shù)據(jù)。地面系統(tǒng)負(fù)責(zé)遙感數(shù)據(jù)的接 收和處理,以及任務(wù)的運(yùn)行管理。應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)責(zé)遙感信息提取和生成遙感 信息產(chǎn)品。
遙感衛(wèi)星需要運(yùn)載火箭在發(fā)射場將其發(fā)射升空并進(jìn)入運(yùn)行軌道,還需要 測控系統(tǒng)測量衛(wèi)星軌道了解衛(wèi)星每時(shí)每刻的位置、接收遙測數(shù)據(jù)了解衛(wèi)星的 工作狀態(tài)、發(fā)送遙控指令指揮衛(wèi)星進(jìn)行有關(guān)操作。運(yùn)載火箭、發(fā)射場和測控 系統(tǒng)對于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙感任務(wù)非常重要,屬于衛(wèi)星工程支持設(shè)施系統(tǒng),不是衛(wèi) 星遙感系統(tǒng)的組成部分。
空間段(遙感衛(wèi)星)是衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的核心,由若干分系統(tǒng)組成,按照基本功能可劃分為遙感器和衛(wèi)星平臺(tái)兩大部分(如圖2所示)。遙感器是直 接執(zhí)行特定遙感任務(wù)的分系統(tǒng),它是遙感衛(wèi)星的核心部分,是決定衛(wèi)星的性質(zhì)、 功能和用途的主要因素,不同用途衛(wèi)星的主要區(qū)別在于安裝有不同的遙感器。 衛(wèi)星平臺(tái)是為遙感器正常工作提供支持和保障的各分系統(tǒng)的總稱。
因?yàn)閼?yīng)用方向不同和實(shí)現(xiàn)技術(shù)途徑差異大,遙感器的種類繁多,按照遙 感器工作電磁譜段,可以分為光學(xué)遙感器和微波遙感器。一部分遙感器工作 在光學(xué)譜段,主要有紫外成像儀、可見光相機(jī)、多光譜掃描儀、成像光譜儀、 紅外相機(jī)、激光雷達(dá)等。一部分遙感器工作在微波譜段,主要有微波輻射計(jì)、 微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)和合成孔徑雷達(dá)等。按照遙感器是否成像,分為成 像遙感器和非成像遙感器。典型成像遙感器包括可見光相機(jī)、紅外相機(jī)、成 像光譜儀和合成孔徑雷達(dá)等,典型非成像遙感器包括高度計(jì)以及探測大氣溫 度、濕度和成份的探測儀等。
衛(wèi)星平臺(tái)是指為遙感器正常工作提供支持、控制、指令、管理和保障服 務(wù)的各分系統(tǒng)的總稱,可以支持一種遙感器或者幾種遙感器的組合體。遙感 衛(wèi)星平臺(tái)組成與其他類型衛(wèi)星平臺(tái)大致相同,按照各自服務(wù)功能不同,主要 包括結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控、電源、姿態(tài)與軌道控制、推進(jìn)、測控、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸、總體電路等分系統(tǒng),返回式遙感衛(wèi)星還包括返回分系統(tǒng)。為保障 遙感器在軌的工作性能,對遙感衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)指向控制、穩(wěn)定性和高頻顫 振等往往有很高的要求。
結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng):用于支撐、固定衛(wèi)星上各種儀器設(shè)備,傳遞和承受 載荷,并能保持衛(wèi)星完備性及完成各種規(guī)定動(dòng)作。主要包括衛(wèi)星(承力)結(jié)構(gòu)、 總裝直屬件、衛(wèi)星機(jī)構(gòu)等。一般遙感衛(wèi)星多采用分艙模塊化設(shè)計(jì),如分為有 效載荷艙和服務(wù)艙,對于返回式衛(wèi)星還有返回艙。微小衛(wèi)星的有效載荷與平 臺(tái)往往采用一體化設(shè)計(jì)。
熱控分系統(tǒng):用于控制衛(wèi)星內(nèi)外的熱交換過程,使星上設(shè)備和結(jié)構(gòu)部件 的溫度處于要求的范圍內(nèi)。衛(wèi)星熱控分為被動(dòng)熱控和主動(dòng)熱控兩類。
電源分系統(tǒng):用于產(chǎn)生、存儲(chǔ)、變換電能的分系統(tǒng),遙感衛(wèi)星上的發(fā)電 設(shè)備主要是太陽電池陣,儲(chǔ)能設(shè)備則是蓄電池,電源管理器負(fù)責(zé)電源系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)、控制和保護(hù),配電器和電纜網(wǎng)共同實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備安全可靠的配電控制。
姿軌控分系統(tǒng):是姿態(tài)控制分系統(tǒng)和軌道控制分系統(tǒng)的總稱。衛(wèi)星姿態(tài) 控制包括姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)機(jī)動(dòng)兩部分,遙感衛(wèi)星主要采用三軸姿態(tài)穩(wěn)定方式, 姿態(tài)機(jī)動(dòng)是為了改變遙感器的指向,以便擴(kuò)大遙感數(shù)據(jù)獲取的范圍。衛(wèi)星軌 道控制主要包括軌道保持和變軌控制,變軌是為了改變衛(wèi)星軌道高度,以便 改變衛(wèi)星回歸周期和遙感器成像的地面分辨率。衛(wèi)星軌道控制還要實(shí)現(xiàn)返回 式衛(wèi)星的返回控制。
推進(jìn)分系統(tǒng):為姿態(tài)控制和軌道控制提供所需動(dòng)力的分系統(tǒng)。遙感衛(wèi)星 多采用雙組元推進(jìn)技術(shù)。
測控分系統(tǒng):是遙測、遙控和跟蹤測軌分系統(tǒng)的總稱。遙測分系統(tǒng)用于 釆集星上各種儀器設(shè)備的工作參數(shù),并實(shí)時(shí)或延時(shí)發(fā)送給地面測控站,實(shí)現(xiàn) 地面對衛(wèi)星工作的監(jiān)視。遙控分系統(tǒng)用于接收地面遙控指令,直接或者經(jīng)數(shù) 據(jù)管理分系統(tǒng)傳送給星上有關(guān)儀器設(shè)備并加以執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)地面對衛(wèi)星的控制。 跟蹤測軌分系統(tǒng)用于測定衛(wèi)星運(yùn)行的軌道參數(shù),以提供地面系統(tǒng)和遙感衛(wèi)星 用戶使用。
數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng):用于存儲(chǔ)各種程序,采集、處理數(shù)據(jù)以及協(xié)調(diào)管理衛(wèi) 星各分系統(tǒng)工作的分系統(tǒng),簡稱數(shù)管分系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng):用于對遙感數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)姆窒到y(tǒng)。對于包 含冗余信息的遙感數(shù)據(jù),往往需要經(jīng)過壓縮,遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制和放大,由 天線發(fā)送到地面。遙感數(shù)據(jù)還可以經(jīng)由數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星傳送至地面。
總體電路分系統(tǒng):用于整星供配電、信號(hào)轉(zhuǎn)換、火工裝置管理和設(shè)備間 電連接的分系統(tǒng)。
返回分系統(tǒng):是返回式遙感衛(wèi)星特有的一個(gè)分系統(tǒng),其任務(wù)是確保將攜 帶有遙感數(shù)據(jù)的返回艙安全準(zhǔn)確地返回地球指定地點(diǎn)。
各種各樣的遙感器裝載于適宜的衛(wèi)星平臺(tái)上構(gòu)成了不同種類的遙感衛(wèi)星, 用于實(shí)現(xiàn)所需要的各類衛(wèi)星遙感任務(wù)。遙感衛(wèi)星有各種不同的分類,按照用 戶群體可以分為民用遙感衛(wèi)星和軍用遙感衛(wèi)星。民用涉及資源環(huán)境和災(zāi)害監(jiān) 測等,軍用涉及目標(biāo)偵察、預(yù)警、空間目標(biāo)監(jiān)視和戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)視等。
按照觀測對象和任務(wù)的不同,遙感衛(wèi)星可以分為三大類:對地觀測遙感 衛(wèi)星、空間環(huán)境觀測衛(wèi)星和天文觀測衛(wèi)星(如圖3所示)。
對地觀測是指對地球的觀測,包括對地球大氣圈、水圈、碧時(shí)餘和崟笑 圈的觀測,也可以概括為對大氣、海洋和陸地的觀測。對尢氣觀測的內(nèi)容至要包括大氣溫度和水汽廓線、云圖、風(fēng)場、降水、閃電、中上層大氣成分、 臭氧含量及分布、氣溶膠光學(xué)厚度、地球大氣系統(tǒng)的輻射收支等,大氣觀測 衛(wèi)星廣泛用于氣象預(yù)報(bào)、臺(tái)風(fēng)形成和運(yùn)動(dòng)過程監(jiān)測、霧霾監(jiān)測等;對海洋觀 測的內(nèi)容主要包括流域形狀和面積、水色、水溫、水中葉綠素、灘涂、泥沙、 水下地形、海流、大洋環(huán)流、波高、波譜、水面風(fēng)場、冰雪、海面高度和拓?fù)涞龋?海洋觀測衛(wèi)星廣泛用于海水資源、海洋浮冰、海風(fēng)海浪、海洋鹽度的動(dòng)態(tài)監(jiān) 測等;對陸地觀測的內(nèi)容主要包括地質(zhì)、地貌、水文、土壤、植被和人工目 標(biāo)等土地覆蓋內(nèi)容,涉及農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水文、地質(zhì)、礦產(chǎn)、生態(tài)、城市等領(lǐng)域, 陸地觀測衛(wèi)星廣泛用于土地森林和水資源調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、礦產(chǎn)和石油勘探、 海岸勘察、地質(zhì)與測繪、自然災(zāi)害監(jiān)視、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、重大工程建設(shè)的前期調(diào) 查工作以及對環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測等。
空間環(huán)境觀測是指對地球稠密大氣層之外的地球空間環(huán)境、深空環(huán)境及 太陽系以外的宇宙空間環(huán)境的觀測。觀測要素主要包括地球輻射帶、宇宙射線、 磁層、電離層等。
天文觀測是對宇宙天體和其他空間物質(zhì)的觀測,在距離地面數(shù)百千米或 更高的軌道上觀測,可以不受地球大氣層的影響,直接接收宇宙天體輻射的 電磁波,包括可見光、紅外、紫外、X射線射線等。