[科普中国]-先进陆地观测卫星

简介

日本地球观测卫星计划主要包括2个系列：大气和海洋观测系列以及陆地观测系列。ALOS卫星是JERS和ADEOS的后继星，也是全球最大的地球观测卫星之一。该卫星采用先进的陆地观测技术，能够获取全球高分率陆地观测数据，广泛用于测绘、区域观测、灾难监测和资源勘探等领域。卫星将在2006年年初用H一2A火箭从日本种子岛发射2。

ALOS卫星载有3台遥感器：①全色立体测绘仪(PRISM)，主要用于数字高程测绘；②先进可见光与近红外辐射计一2(AVNIR一2)，用于精确陆地观测；③相控阵L频段合成孔径雷达(PALSAR)，用于全天时全天候陆地观测。为了充分发挥这3台遥感器的性能，ALOS卫星采用了2项先进技术：高速大容量数据处理技术；卫星精确定位和姿态控制技术2。

ALOS-2卫星将用于勘测自然灾害的影响和热带雨林的变化，卫星可以实现高精度的地球观测，确保及时、准确地提供对灾害监测所需的各种信息；卫星可以全天时、全天候执行监测任务，在夜间或恶劣气象条件下，甚至可以穿透植被观测地球表面3。

背景介绍截止至2005年12月，日本已发射的陆地卫星包括“日本地球资源卫星”(JERS)和“先进地球观测卫星”(ADEOS)系列，它们都具有较高的技术性能。但遗憾的是，ADEOS - 1卫星因太阳电池翼故障而完全失效，在轨寿命不到1年；ADEOS一2卫星于2002年12月发射，但在2003年10月24日突然与地面站失去了联系，这对日本的地球观测计划可谓是雪上加霜。祸不单行，日本内阁卫星情报中心( CSIC)寄予厚望的2颗“情报收集卫星”(IGS)在2003年11月29日发射时，由于火箭故障导致星箭俱损。因此，“先进陆地观测卫星”(ALOS)就成了关注的焦点2。

东京时间4月22日清晨7时30分左右，日本宇航探索局(JAXA) “先进陆地观测卫星”(ALOS)卫星将运行模式转为低负载模式(以最小的输出功率维持卫星运行)，由于功率下降，星上所有观测仪器关闭。这次异常是通过KODAMA数据中继试验卫星中继的数据发现的。

之后ALOS输出功率快速降低，遥测系统显示22日晚些时候卫星失去动力。JAXA正在检查问题原因，并进行必要的测量。JAXA并没有公布此次动力系统的故障部位，也没有说明功率下降是否由其他部位的故障导致。在过去15年中，日本还有两颗观测卫星因动力系统问题失效。

日本的ALOS卫星是世界上最重要的遥感平台之一，按照JAXA的说法，此次故障很可能导致卫星对地观测和地图绘制任务的结束。按照设计卫星在寿命终结时输出功率至少4干瓦4。

为使对地观测卫星尽快进入市场，赢得更多用户，经一系列研究和调整，日本最后决定研制并计划于2014年和2015年初先后发射ALOS一2雷达卫星和ALOS一3光学卫星5。2016年 5月24，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和三菱重工公司在位于鹿儿岛县的种子岛宇宙中心用H-2A火箭成功发射了先进陆地观测卫星一2 ( ALOS-2 )雷达卫星，又称为大地2号，是已退役的ALOS卫星的后继任务3。

卫星基本参数ALOS卫星基本参数项目 参数

卫星质量//kg 约4000

卫星功率//kW 约7(寿命末期)

卫星设计寿命//a 3一5

轨道

类型 太阳同步轨道

高度/km 691. 65

倾角/(。) 98. 16

重访周期//d 46

姿态控制精度/(。) 2. 0X 10-4(有地而控制点)

卫星定位精度/m 1

数据率/(Mbit/s) 240(经数据中继卫星)； 120(直接下传)

星载数据存储器 固态存储，90Gbyte

ALOS-2卫星基本参数卫星发射质量约2000kg，轨道高度628km，配备双太阳电池翼，搭载改进的L频段相控阵合成孔径雷达( PALSAR-2 )，中心频率1257.SMHz，轨道回归周期14天。卫星备有3种观测模式一一高分辨率模式、广域观测模式和聚束模式。其中高分辨率观测模式的分辨率为3m x 3m，观测幅宽为50一70km，可实现50min连续摄影；广域观测模式的分辨率为100m，观测幅宽达350km；局部聚束模式的分辨率可达lm x 3m，观测幅宽为25km3。

ALOS-3卫星基本参数发射火箭 H-2A

发射时间 2015年初

发射质量/kg 2000以内

卫星现状 配备对称的双太阳电池翼，全色、多光谱和超光谱遥感器，与数据中继技术卫星通信用和 直接进行数据传输用2种天线的箱型机构

轨道高度 618km的准太阳同步回归轨道

升交点地方时 13:30±15min

轨道回归时间/天 60

控制方式 具备高精度姿态控制和轨道礁定功能的三轴姿态控制方式(与ALOS一2相同)

供电能力/W 不低于5200

有效载荷 全色立体测绘遥感相机、多光谱和超光谱(含可见光与近红外和短波红外)遥感器

设计寿命/年 大于5(目标寿命7年)5

系统技术(1)高速大容量数据处理技术

为了处理P RISM和AVNIR一2获取的大量数据，ALOS卫星具备数据压缩能力。PRISM每台相机获取原始数据的速率为320Mbit /s(也就是说每秒钟有960Mbit的数据被传输到数据压缩装置)，然后采用如JPEG之类的技术压缩成240Mbit /s。这是一种离散余弦变换(DCT)和Huffman编码有损压缩技术，但是，从这些有损压缩数据中提取的数字高程模型与原始数据生成的数字高程模型几乎一样。AVNIR一2获取原始数据的速率为160Mbit /s，采用差分脉冲编码调制(DP CM)技术进行压缩，它是基于AVNIR的一种无损数据压缩。PRISM， AVNIR一2的压缩数据和PALSAR的原始数据都被传输到任务数据编码器(MDC)，用于增加错误修正码，ALOS任务数据的误码率要求控制在1X 10-16。卫星任务数据记录器(MDR)是一个大容量数据存储器，采用固态存储方式，容量为90Gbyte2。

(2)卫星精确定位和姿态控制技术

目前，世界上许多高分辨率遥感卫星提供了很多有用的图像数据，但是这些数据都需要进行地理空间修正，这就要求高度精确的卫星定位和姿态控制技术。ALOS卫星安装了星跟踪器和精确惯性基准部件，用于精确的姿态确定；还装载了GPS接收机，用于精确的位置确定。这些对于21世纪的高分辨率遥感卫星都是十分必要的。

尽管ALOS是1颗民用遥感卫星，但其2. 5 m的全色分辨率所隐藏的军事价值是不言而喻的。多年前，日本就利用其民用遥感卫星监视中国、朝鲜和俄罗斯等国，努力将民用卫星融入其侦察监视网络，这也是日本多年来所实施的“以民掩军”策略的具体体现2。

主要成果日本宇宙副业开发团(NASDA)通过对高分辨率陆地观察的未来需要和用户需求的调查，得出：日本的陆地观测卫星应当用于制图、区域观察、灾害监测、地球资源等方面6。

ALOS-1是日本宇宙航空研究开发机构(JAxA )负责设计、日本电气公司(NEC)为主承包商开发的先进的对地观测卫星，取得了不少的研究、开发和应用成果，为设计和开发其后继星和采用先进的航天观测平台—“具备新系统结构的先进观测卫星”(ASNARO)的系列卫星及制定和完成海洋监视的卫星计划等积累了经验。

JAXA认为，ALOS一1在轨运行期间，充分地验证了地球观测所需的高精度定位、精确姿态确定等多项技术：卫星短期姿态稳定度±0.00002°/0.37 ms，长期姿态稳定度±0.0002° /5s，姿态测量精度±0.00014°，指向测量精度±0.0002°，并确认注重高精度总体轨道控制系统可在ALOS一1的后继星—ALOS一2， 3等卫星上应用，同时也为ASNARO系列卫星和未来开发地球资源、海洋观测监视、灾害预报监测等卫星的设计提供了经验。此外，ALOS一1还取得以下主要应用成果。

1)利用ALOS-1成功地进行了全球观测，5年间共拍摄了650万幅高清晰度的图像[法国的“斯波特” (SPOT)系列的5颗卫星在长达25年间的运行过程中也仪拍摄了约1000万幅这种高清晰度图像。

2)验证并证明了地球观测卫星在灾害预报、防灾、减灾和灾害对策等领域能够发挥重要作用，这些应用手段不仪应该固定化，还必须设法确保常态化，以便进一步拓展地球观测卫星的应用领域，发挥其应有的作用。

3)日本国土地理院利用ALOS-1配置的PRISM获取的大量图像信息，绘制了1：25000的全色立体地图，并及时更新，为亚洲、非洲以及各国绘制高分辨率的全色立体地图提供了技术支持。

4)日本通过相关渠道向联合国提供ALOS - 1获取的分布世界各地与违反国际公约的有关信息，如发生在巴西等国家和地区的乱砍滥伐森林等场景，以及监视气候变化(与世界银行等合作)等有关的信息，对其影响或危害进行分析，为确定处罚尺度和确定对策提供依据，为保护人类赖以生存的地球环境做出了贡献。

ALOS-2采用了经ALOS-1在轨飞行验证的以姿态控制为主，集姿态控制、遥测指令等数据处理和卫星综合管理等多种功能于一体、以星载计算机为核心部件的高精度姿态轨道确定系统，其关键部件是64bit星载计算机，星载计算机最先是在ALOS一1上应用，后经多颗卫星飞行验证，证明其性能强、可靠性高、抗辐射能力强。ALOS一2上采用以这种星载计算机为核心的姿态轨道控制系统，不仪可确保高精度的地球指向控制，实现整个卫星可在士30。范围内进行侧摆，对轨道两侧成像，达到高精度的地球观测，提高分辨率，强化其重访功能，还可以确保及时、准确地提供对地震、海啸、台风、大暴雨等灾害监视所需的各种信息，以及持续提供地球资源勘i}}l和环境监测等所需的数据。采用这种集多种功能于一体的高精度姿态轨道确定方式(仪采用1台星载计算机)，还可以大幅度地减轻卫星公用舱的质量，降低开发成本，提高有效载荷比和系统的可靠性。

ALOS一3上搭载了PRISM以及多光谱和超光谱(含可见光与近红外和短波红外)遥感器，分别由JAXA和经济产业省研制。与ALOS一1相比，ALOS一3上搭载的有效载荷无论是在数据压缩能力、传输能力，还是在可观测范围、分辨率和立体观测水平上都有了大幅度的提高5。