對地觀測技術(shù)是實現(xiàn)全球環(huán)境及動態(tài)變化監(jiān)測的重要途徑。
星載合成孔徑雷達(dá)（SAR）以衛(wèi)星等空間飛行器為運動平臺，具有全天時、全天候、全球觀測能力，已成為一種不可或缺的對地觀測手段。
與光學(xué)遙感衛(wèi)星以圖譜遙感測量為主要內(nèi)容不同的是，SAR等微波遙感更具三維結(jié)合要素觀測特點，由此構(gòu)成了地物“圖像、光譜、形態(tài)、形變”的多要素遙感觀測能力。
SAR星座建設(shè)的必要性
近些年，國際知名航天機(jī)構(gòu)競相發(fā)展全球環(huán)境觀測的SAR衛(wèi)星計劃，以實現(xiàn)廣域高效能對地監(jiān)測。從衛(wèi)星設(shè)計角度，面向全球環(huán)境觀測的SAR衛(wèi)星計劃有兩種實現(xiàn)途徑：
一是發(fā)展高分辨率寬幅的“大衛(wèi)星”，以新的觀測體制和成像方式提高觀測能力；二是發(fā)展多星組網(wǎng)的“小衛(wèi)星”，提高觀測效能。
我國SAR面臨著衛(wèi)星通用性、應(yīng)用維度與深度以及廣域觀測效能等局限性，缺少面向全球并實現(xiàn)長期、穩(wěn)定、高性能環(huán)境動態(tài)監(jiān)測的衛(wèi)星系統(tǒng)。
隨著國際環(huán)境日趨復(fù)雜，我國亟需發(fā)展面向全球動態(tài)環(huán)境監(jiān)測的SAR衛(wèi)星系統(tǒng)，實現(xiàn)大范圍、高重訪、長期、穩(wěn)定、高精度的對地觀測，占領(lǐng)國際技術(shù)前沿、增加國際話語權(quán)，支撐國家重大工程、自然資源監(jiān)測、災(zāi)害應(yīng)急管理、“兩新一重”監(jiān)測以及地球科學(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，實現(xiàn)全球狀態(tài)的周/月/年更新，監(jiān)測地球動態(tài)變化、理解地表變化規(guī)律、探索人類環(huán)境變化。
See-Earth星座高頻次時序多維監(jiān)測地球環(huán)境
面向當(dāng)前的應(yīng)用需求，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院航天微波遙感團(tuán)隊提出了建設(shè)高頻次時序多維地球環(huán)境監(jiān)測SAR星座的計劃，
其英文簡稱為“See-Earth”計劃 (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)實現(xiàn)快速重訪和高頻次全球覆蓋，為我國基礎(chǔ)戰(zhàn)略性地理信息資源獲取提供長期、穩(wěn)定、自主可控的數(shù)據(jù)支撐。
其可實現(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)的干涉測量能力，進(jìn)而具備地球表面的動態(tài)變化過程監(jiān)測的能力。
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。
通過繼承陸地探測一號(LT-1) SAR衛(wèi)星的混合極化體制，可以同時或者分時發(fā)射H和V極化信號，不僅可以實現(xiàn)交替線極化，還可以實現(xiàn)圓極化、橢圓極化、簡縮極化和基于編碼的混合極化。
See-Earth衛(wèi)星SAR系統(tǒng)同時具備左右側(cè)視成像和多模式極化工作能力，如圖2所示。
圖2 See-Earth觀測模式示意圖
結(jié)合軌道與系統(tǒng)工作模式設(shè)計，See-Earth星座的最小重復(fù)觀測間隔為26分鐘，最大重復(fù)觀測間隔約為12小時，全球多數(shù)區(qū)域平均重訪時間小于4小時，12天可實現(xiàn)全球范圍的高分辨率覆蓋。該性能在全球衛(wèi)星觀測計劃中同樣占優(yōu)。
See-Earth星座應(yīng)用價值大
See-Earth計劃以提供長期、穩(wěn)定、高頻次、高性能的SAR觀測數(shù)據(jù)為目標(biāo)，可以為國家、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)星計劃的應(yīng)用潛力。
表1 See-Earth產(chǎn)品觀測性能
在此基礎(chǔ)上，是否可以利用See-Earth計劃的衛(wèi)星系統(tǒng)，擴(kuò)展新的工作體制，延伸其科學(xué)價值是值得進(jìn)一步探討的問題。
