歐洲“哥白尼”計劃的首顆衛星哨兵-1A入軌

龔燃（北京空間科技信息研究所）

2014年4月3日，哨兵-1A（Sen tine l-1）衛星從法屬圭亞那發射場由聯盟-ST火箭發射升空。該衛星是歐洲“哥白尼”計劃[Copernicus Programm e，原名“全球環境與安全監測”（GMES）計劃]專用衛星的首顆星，由歐洲航天局（ESA）設計和研制，歐洲委員會（EC）投資。“哥白尼”計劃共規劃了哨兵-1A和1B兩顆完全相同的衛星，衛星裝載C頻段合成孔徑雷達，以接替歐洲剛剛失效的“環境衛星”（Envisat），保持高分辨率雷達成像觀測數據的連續性。

1 衛星概況

哨兵-1A運行在太陽同步軌道上，軌道周期99m in，重復周期12天。該衛星采用意大利泰雷茲-阿萊尼亞空間公司的“意大利多用途可重構衛星平臺”（PRIMA），姿控系統采用三軸穩定方式，軌道確定采用GPS，定軌精度每軸10m。電源分系統（EPS）采用2副太陽電池翼，每副太陽電池翼由5塊夾板組成，采用三結砷化鎵電池。

哨兵-1A的數據存儲容量為900Gb it（壽命末期）。其測控鏈路采用S頻段，上行鏈路數據傳輸率為4k b it/s，下行數據傳輸速率分別可采用16k b it/s、128k b it/s和512kb it/s；數據傳輸采用X頻段，速率為600M b it/s。此外，哨兵-1還裝載了一臺激光通信終端（LCT），為光學低軌-靜止軌道通信鏈路。激光通信終端基于“X頻段陸地合成孔徑雷達”（TerraSAR-X）衛星的設計，功率2.2W，望遠鏡孔徑135mm，通過“歐洲數據中繼衛星”（EDRS）下行傳輸記錄數據。

哨兵-1A基本參數

2 有效載荷

哨兵-1A攜帶的C頻段合成孔徑雷達由阿斯特留姆公司研制，它繼承了“歐洲遙感衛星”（ERS）和“環境衛星”上合成孔徑雷達的優點，具有全天候成像能力，能提供高分辨率和中分辨率陸地、沿海和冰的測量數據。同時，這種全天候成像能力與雷達干涉測量能力相結合，能探測到毫米級或亞毫米級的地層運動。該載荷具有如下幾個特點：

1）有源相控陣天線在仰角向和方位向提供快速掃描；

2）雙通道收發模塊和水平/垂直（H/V）雙極化裂縫波導；

3）內部校準系統，其中發射信號被發送到接收機用于監測幅度和相位，實現高輻射穩定性；

4）鍍金屬碳纖維增強塑料輻射波導，確保具有良好的輻射穩定性；

5）采用數字線性調頻脈沖發生器和可選的接收濾波器帶寬，可有效利用星上存儲容量；

6）模塊化自適應量化，能有效利用星上存儲器并最小化下行傳輸時間，從而減少對圖像噪聲的影響。

“環境衛星”在軌飛行示意圖

成像模式

哨兵-1A星上合成孔徑雷達有4種成像模式：

1）條帶模式（SM）：幅寬80km，空間分辨率5m×5m，6個重復的測量帶能覆蓋所要求的375km的范圍。

2）干涉測量寬幅模式（IWS）：幅寬250km，空間分辨率5m×20m，通過充分交疊多普勒頻譜（方位范圍）和波束頻譜（仰角范圍）來確保干涉測量。該模式為陸地觀測的標準模式，可滿足大部分當前未知的服務需求，避免沖突和保持重訪能力，提供服務魯棒性和可靠性，簡化任務規劃，降低運行成本，并建立長期存檔，滿足未來的數據需求。

3）超寬幅模式（EWS）：分辨率25m×100m（三視角），低分辨率（20m×40m）下的幅寬為400km。

4）波模式（W V）：由各個條帶工作組成，具有交替的仰角波束和固定的開關占空因子。分辨率5m×5m。沿軌每間隔100km采樣圖像大小為20km×20km。

除了波模式為單極化模式（HH或VV）外，其他工作模式均支持雙極化（HH-HV，VV-VH）運行，對于H和V極化，需要使用一個發射通道（從H轉化為V）和2個并行的接收通道來實現。根據天線的靈活性，這4種不同成像模式的特殊要求需要采用有源相控陣天線來實現。

哨兵-1A衛星C頻段孔徑雷達參數性能

結構與構成

哨兵-1A的合成孔徑雷達有效載荷主要由2個分系統組成：天線分系統（SAS）和電子設備分系統（SES）。

哨兵-1A合成孔徑雷達成像模式

C頻段合成孔徑雷達成像模式

天線分系統展開與折疊構型圖

天線分系統是一個可展開的平面相控陣天線，尺寸為12.3m×0.84m，含280個單元，其中仰角向20列，方位向14列。天線分系統的主要功能包括：發射與接收信號、對發射進行功率放大、對接收信號采用低噪聲放大器（LNA）進行保護、信號與功率分配、相位與幅度控制等。天線分系統由1個中央天線面板和2個天線邊翼組成。中央天線面板安裝在衛星頂部，有2個瓦片（tile）組成，2個天線邊翼安裝在衛星兩側，每個邊翼的3個天線面板由3個瓦片組成，即總共由14個瓦片組成。其中，每個合成孔徑雷達瓦片的組成部分包括：20個雙極化裂縫波導輻射器、10個雙極化電子設備前端（EFE）、1個內冗余瓦片控制器裝置（TCU）、2個瓦片電源裝置（TPSU）、1個仰角向平面分配網絡（EPDN）、2個冷冗余瓦片放大器、電源線束和數字信號線束、熱硬件等。所有天線分系統安裝在輻射器后側或附在交叉加勁肋的內側。

天線分系統負責提供雷達控制、信號生成和接收數據處理，主要功能包括：雷達指揮與控制、定時控制、冗余控制；發射線性調頻脈沖信號生成；頻率產生、變頻、調制解調、濾波；數字化、數據壓縮、格式化等。電子設備分系統在信號發射和接收時采用通道化結構，并以模塊化方法生成和接收寬帶信號，管理多極化模式。

電子設備分系統的核心部分為控制電子設備單元（ICE），由阿斯特留姆英國公司研制，用于提供雷達的核心性能、控制和監控。

3 應用

哨兵-1A任務將促進新型應用的發展，并滿足“哥白尼”計劃的進一步需求。歐盟用戶咨詢工作小組定義該任務具有3個優先服務領域：海上核心服務、陸地監測以及緊急服務，主要覆蓋以下幾個應用領域：①監測海冰區域和北極環境；②海洋環境監視；③陸地表面運動風險監測；④陸地表面制圖：森林、水和土壤、農業；⑤危機事件中支持人道主義救援服務。

今年，歐洲還將發射功能不同的哨兵-2A、3A。