[科普中国]-旋风卫星导航系统

发展历程

“旋风全球导航卫星系统”（CYGNSS）8星星座的首颗卫星已开始建造。

CYGNSS是NASA第二首席研究员领导的地球科学冒险级任务。该星座计划在2016年底搭载轨道科学公司“飞马座”-XL火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射，并在2017年大西洋飓风季节期间开始科学运行。

CYGNSS星座将在热带风暴和飓风期间、利用GPS直接信号或反射信号测量海洋表面风。任务成本在5年期间将达到1.517亿美元，包括研发、发射、运行和数据分析。每颗CYGNSS卫星尺寸为50厘米×60厘米×30厘米，质量约30千克。

CYGNSS卫星的首席研究员是密歇根大学的克里斯·鲁夫。该项目的合作成员包括：任务集成单位东南研究院，设备载荷提供商美国萨里卫星技术公司，以及内华达山脉公司（航天器）展开模块。2

第一颗CYGNSS微小卫星是从2015年8月14日开始组装的。每颗卫星的体积大致为20x25x11英寸，比标准的随身手提箱略微大一点。等完全组装好以后，每颗卫星的重量约为64磅。如果太阳能板展开的话，每颗微小卫星的翼展将为5.5英尺。

每个微小卫星平台将装载4个经改进后用于接收地面反射信号的GPS接收器。类似的基于GPS的仪器已经在航空和航天平台上做过实验演示。这种微小卫星和GPS接收器一起被称为CYGNSS气象台。每个气象台可以瞬时跟踪来自GPS业务网络中最多4个独立发射器的散射信号。为了优化热带气旋的采样特性，对气象台的数量及轨道倾角进行了选择。选择的结果是覆盖±35°纬度之间重要纬度带的地面上一密集影线的采样点。

通过将GPS信号的全天候性能与一个星座的卫星的采样特性相结合，GYGNSS将可以使飓风观测工作得到改进。预计GYGNSS将于2016年年末发射。1

优势CYGNSS正在采取一种新颖的方法来测量风速。以前的仪器在使用散射测量技术测量风速时需要具备发射和接收两种能力。CYGNSS卫星将只接收由已经在轨的全球定位系统(GPS)发送的从地面散射的信号。使用8颗卫星除了可以增加整个热带地区的时间采样率外，还可以增加空间覆盖率。这些卫星将均匀地分布在一个共同的轨道平面上，这样每隔12 min就可以有一颗卫星从同一个区域上空通过。由于CYGNSS和GPS星座是绕着地球运行的，两种系统的互动使得可以每隔几个小时就产生一幅整个热带地区的新的风速图像，相比之下，如果只采用一颗卫星，则需要每隔几天才能做到这一点。

每个CYGNSS气象台将装备一台延迟多普勒测绘仪器(Delay Doppler Mapping Instrument，DDMI)。DDMI将以低的数据速率连续产生多普勒测绘信号，这样便可以根据海洋波浪的大小来评价洋面的风速(在风速大的时候，海洋的波浪会较大，其产生的散射信号就会与无风时平静洋面所产生的散射信号不同)。在特殊的情况下，比如当穿过一个活动的热带气旋时，该仪器可以原始数据模式工作，从而积累60S时间的原始采样数据。这样，研究人员便可以对采用不同处理方案获取的数据进行充分分析和再分析，以保证标称的DDM操作模式不丢失重要的地理信息。

每个CYGNSS气象台都是独立发挥作用的，所以卫星和仪器的工程调试活动可以交错开展，只要有可能，它们都可以并行实施。在单次通信传递内，所有活动都只能在一个CYGNSS气象台上进行。然而，在一个CYGNSS气象台行进到该星座中的下一个CYGNSS气象台之前，是没有必要在一个CYGNSS气象台上完成所有调试任务
的。同样，也没有必要保证每个CYGNSS气象台都处在一个调试顺序的同一个“步骤”上。当设置调试通过时，这种独立性便使得有可能实现一种灵活的调度方法。如果单颗卫星正在解决偏位问题时需要额外的时间的话，就不会耽搁调试活动的开展。1

发射任务任务包括卫星研发、发射、运行以及数据分析。此次顺利升空后，经过一到两个月的调试，它将在2017年的飓风季节及时投入运行，在热带风暴和飓风到来期间利用GPS系统直接信号或反射信号，测量包括飓风眼壁内部强降雨带，以及飓风眼附近的海洋表面风，而这些数据此前无法从卫星中获得。