對(duì)地觀測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全球環(huán)境及動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的重要途徑。
星載合成孔徑雷達(dá)（SAR）以衛(wèi)星等空間飛行器為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，具有全天時(shí)、全天候、全球觀測(cè)能力，已成為一種不可或缺的對(duì)地觀測(cè)手段。
與光學(xué)遙感衛(wèi)星以圖譜遙感測(cè)量為主要內(nèi)容不同的是，SAR等微波遙感更具三維結(jié)合要素觀測(cè)特點(diǎn)，由此構(gòu)成了地物“圖像、光譜、形態(tài)、形變”的多要素遙感觀測(cè)能力。
SAR星座建設(shè)的必要性
近些年，國(guó)際知名航天機(jī)構(gòu)競(jìng)相發(fā)展全球環(huán)境觀測(cè)的SAR衛(wèi)星計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)廣域高效能對(duì)地監(jiān)測(cè)。從衛(wèi)星設(shè)計(jì)角度，面向全球環(huán)境觀測(cè)的SAR衛(wèi)星計(jì)劃有兩種實(shí)現(xiàn)途徑：
一是發(fā)展高分辨率寬幅的“大衛(wèi)星”，以新的觀測(cè)體制和成像方式提高觀測(cè)能力；二是發(fā)展多星組網(wǎng)的“小衛(wèi)星”，提高觀測(cè)效能。
我國(guó)SAR面臨著衛(wèi)星通用性、應(yīng)用維度與深度以及廣域觀測(cè)效能等局限性，缺少面向全球并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高性能環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的衛(wèi)星系統(tǒng)。
隨著國(guó)際環(huán)境日趨復(fù)雜，我國(guó)亟需發(fā)展面向全球動(dòng)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的SAR衛(wèi)星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大范圍、高重訪、長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高精度的對(duì)地觀測(cè)，占領(lǐng)國(guó)際技術(shù)前沿、增加國(guó)際話語權(quán)，支撐國(guó)家重大工程、自然資源監(jiān)測(cè)、災(zāi)害應(yīng)急管理、“兩新一重”監(jiān)測(cè)以及地球科學(xué)研究等多方面的需求，進(jìn)而形成全球化共享的遙感產(chǎn)品體系，實(shí)現(xiàn)全球狀態(tài)的周/月/年更新，監(jiān)測(cè)地球動(dòng)態(tài)變化、理解地表變化規(guī)律、探索人類環(huán)境變化。
See-Earth星座高頻次時(shí)序多維監(jiān)測(cè)地球環(huán)境
面向當(dāng)前的應(yīng)用需求，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院航天微波遙感團(tuán)隊(duì)提出了建設(shè)高頻次時(shí)序多維地球環(huán)境監(jiān)測(cè)SAR星座的計(jì)劃，
其英文簡(jiǎn)稱為“See-Earth”計(jì)劃 (SAR Constellation with Dense Time-SEries for Multi-Dimensional Environmental Monitoring of the Earth)，其概念示意圖如圖1所示。
圖1 See-Earth概念示意圖
該星座由4顆L波段高性能全極化SAR衛(wèi)星組成，它們均勻分布于同一軌道面。利用多星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)快速重訪和高頻次全球覆蓋，為我國(guó)基礎(chǔ)戰(zhàn)略性地理信息資源獲取提供長(zhǎng)期、穩(wěn)定、自主可控的數(shù)據(jù)支撐。
其可實(shí)現(xiàn)在每8天的軌道回歸周期中，能夠以相同的軌道方向、相同的視向、相同的入射角，4次重復(fù)獲取干涉數(shù)據(jù)，具有很強(qiáng)的干涉測(cè)量能力，進(jìn)而具備地球表面的動(dòng)態(tài)變化過程監(jiān)測(cè)的能力。
每顆See-Earth衛(wèi)星SAR系統(tǒng)采用有源相控陣天線，采用方位向多通道和俯仰向中頻數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨率寬幅成像，最大品質(zhì)因數(shù)可達(dá)120。
通過繼承陸地探測(cè)一號(hào)(LT-1) SAR衛(wèi)星的混合極化體制，可以同時(shí)或者分時(shí)發(fā)射H和V極化信號(hào)，不僅可以實(shí)現(xiàn)交替線極化，還可以實(shí)現(xiàn)圓極化、橢圓極化、簡(jiǎn)縮極化和基于編碼的混合極化。
See-Earth衛(wèi)星SAR系統(tǒng)同時(shí)具備左右側(cè)視成像和多模式極化工作能力，如圖2所示。
圖2 See-Earth觀測(cè)模式示意圖
結(jié)合軌道與系統(tǒng)工作模式設(shè)計(jì)，See-Earth星座的最小重復(fù)觀測(cè)間隔為26分鐘，最大重復(fù)觀測(cè)間隔約為12小時(shí)，全球多數(shù)區(qū)域平均重訪時(shí)間小于4小時(shí)，12天可實(shí)現(xiàn)全球范圍的高分辨率覆蓋。該性能在全球衛(wèi)星觀測(cè)計(jì)劃中同樣占優(yōu)。
See-Earth星座應(yīng)用價(jià)值大
See-Earth計(jì)劃以提供長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高頻次、高性能的SAR觀測(cè)數(shù)據(jù)為目標(biāo)，可以為國(guó)家、行業(yè)、科學(xué)等多領(lǐng)域的應(yīng)用帶來幫助。
下表從具體的應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，介紹See-Earth衛(wèi)星計(jì)劃的應(yīng)用潛力。
表1 See-Earth產(chǎn)品觀測(cè)性能
在此基礎(chǔ)上，是否可以利用See-Earth計(jì)劃的衛(wèi)星系統(tǒng)，擴(kuò)展新的工作體制，延伸其科學(xué)價(jià)值是值得進(jìn)一步探討的問題。
