加拿大“雷達衛星星座任務”及應用領域

李意 徐冰 （ 中國空間技術研究院， 北京空間科技信息研究所）

2019年6月12日，加拿大的下一代雷達成像衛星星座――“雷達衛星星座任務”（RCM）的3顆衛星搭乘獵鷹―9（Falcon―9）火箭發射升空。RCM星座是中分辨率衛星任務，主要用于對加拿大廣闊國土和海域進行定期監測。中分辨率數據和高分辨率數據結合使用，將極大增強加拿大資源管理和環境監測能力。

1 衛星概況

RCM是雷達衛星-2（RadarSat-2）的后續任務，于2004年正式立項，主承包商是加拿大麥克唐納·迪特維利聯合有限公司[MDA，已于2017年更名為麥克薩技術公司（Maxar Technologies）]，負責衛星設計、建造和測試。RCM項目共有來自加拿大7個省的125家供應商參與。發射后，RCM星座進入試運行階段，通過3～6個月的在軌測試確保星座能夠按照設計目標和指標要求正常運行。2019年秋，RCM星座將開始正式業務運行。

RCM星座采用多顆小衛星組網協同運行的方式，與單個大衛星相比，RCM擁有一個更穩健、更靈活的系統，發射和運行成本也更低。通過星座組網配置實現更快速重訪和動態監測，能夠滿足加拿大特有的對海上、國土、北極等區域的監視需求。

RCM星座由3顆構型完全相同的衛星組成，在軌協同工作，每顆衛星質量1400kg，長1.7m，寬1.1m，高3.6m（天線展開后跨度6.98m），設計壽命7年，運行于高度約600km、傾角98°的太陽同步軌道，三星運行于同一軌道面，等間距分布，相鄰兩顆衛星的時距為32min。

RCM星座地面段主要基于現有雷達衛星地面段進行升級改造，以滿足RCM星座的運行需求。加拿大航天局（CSA）的任務運行中心（MOC）主要負責任務規劃、衛星運管、圖像質量評估、數據分發等。RCM圖像數據通過加拿大自然資源部（NRCan）開發的新的對地觀測數據管理系統向加拿大政府相關用戶進行分發，確保在10～30min內提供數據。加拿大航天局將免費公開RCM獲取的大氣科學、空間氣象和行星探測等數據。加拿大自然資源部下屬的制圖與對地觀測中心（CCMEO）通過對地觀測數據管理系統進行SAR數據長期存檔管理。

2 衛星平臺

RCM衛星呈長方體，帶有單邊太陽翼，采用加拿大布里斯托爾宇航公司（Bristol Aerospace）的加拿大小衛星平臺（SmallSat，也稱為MAC-200平臺），三軸穩定控制方式，包括姿態確定與控制分系統，指令與數管分系統，電源分系統，推進分系統，遙控、遙測、通信分系統等。遙控遙測采用S頻段，上行速率4kbit/s，下行速率最高為4Mbit/s。數傳采用X頻段，數據率為2×150Mbit/s，星上數據存儲容量500Gbit（壽命末期）。

3 有效載荷

RCM衛星載有C頻段合成孔徑雷達（SAR）和“船舶自動識別系統”（AIS）。SAR載荷由天線、支撐結構、平臺安裝部件等組成。SAR天線技術源于雷達衛星-2，天線展開后入射角為37.5°。RCM衛星具有低分辨率、中分辨率、高分辨率、低噪聲、聚束、全極化等多種成像模式，最高分辨率為1m×3m，RCM星座還具有單軌干涉測量（InSAR）能力。聚束模式適用于小區域高分辨率成像，寬幅成像模式幅寬高達500km，適用于廣域監視。船只探測模式幅寬350km，RCM每天可實現對距離加拿大海岸2000km的所有海域、長25m船只的精確探測。RCM每星每軌平均成像時間15min，最長25min，連續成像時間12.5min。

RCM衛星結構

RCM衛星成像模式

RCM衛星成像模式

“船舶自動識別系統”作為次級有效載荷，可獨立或與SAR載荷結合使用。AIS主要用于監測加拿大海上交通，工作在VHF頻段（162MHz），幅寬800km，船只探測精度優于90%，可向其他船只以及岸上傳送船只類型、長度、位置、航向、吃水量和危險貨物等信息。

4 加拿大雷達衛星指標對比

與雷達衛星-2相比，RCM衛星有很多改進，包括增加了AIS載荷，改進對船只的探測和跟蹤能力；采用了新的緊湊極化模式；星座設計提高重訪能力，精確重訪時間從雷達衛星-2衛星的24天縮短到4天（星座）；數據獲取能力更強，據估計，加拿大政府每年大約使用25萬幅RCM圖像數據（是第一代雷達衛星的50倍以上）。但是，與雷達衛星-2不同，RCM數據并不對外商業銷售。

加拿大雷達衛星指標對比

雷達衛星―2（上圖）與RCM星座（下圖）覆蓋能力對比

5 應用領域

RCM星座接替雷達衛星提供連續的雷達數據服務，主要在以下三大關鍵領域為加拿大提供有效的解決方案和一流的快速響應。

1）海洋監測（海冰、海風、溢油、船舶）。對加拿大領海和附近海域實現平均每日覆蓋。

2）災害管理（減緩、預警、救援、重建）。能夠定期監測加拿大減災情況，評估風險并確定易受損害區域。

3）生態系統監測（農業、濕地、林業和海岸變化監測）。定期（特殊時期可實現每周數次）覆蓋加拿大陸地和內陸水域。

應用領域不同，對RCM星座的及時性和數據延遲（從數據采集到分發）要求也不同。海洋監測和災害管理時效性要求高，船舶探測應用要求10min內完成從數據采集到分發；其他海洋監測應用要求30min；災害管理應用要求2h；生態監測應用要求24h。

RCM星座可每天重訪加拿大國土和附近海域，能夠每天實現對全球90%區域的覆蓋，對北極地區每天重訪多達4次，在氣候變化、土地利用演變、海岸變化、城市沉降，甚至是人類對環境造成的影響等動態監測領域都將發揮重要作用。

RCM星座可實現對給定目標的四天精確重訪（雷達衛星-1、2的精確重訪時間都是24天，RCM單星重復周期12天），利用InSAR模式可實現相干變化檢測（CCD）。利用干涉測量技術發現多幅圖像間的厘米級變化，有利于監測地面沉降、土地利用變化等微小運動。在多個成像模式下，RCM都可以實現平均每天全球重訪，滿足大多數應用要求（相干變化檢測應用要求每周精確重訪1～2次）。