欧洲“哥白尼”计划的首颗卫星哨兵-1A入轨

龚燃（北京空间科技信息研究所）

2014年4月3日，哨兵-1A（Sen tine l-1）卫星从法属圭亚那发射场由联盟-ST火箭发射升空。该卫星是欧洲“哥白尼”计划[Copernicus Programm e，原名“全球环境与安全监测”（GMES）计划]专用卫星的首颗星，由欧洲航天局（ESA）设计和研制，欧洲委员会（EC）投资。“哥白尼”计划共规划了哨兵-1A和1B两颗完全相同的卫星，卫星装载C频段合成孔径雷达，以接替欧洲刚刚失效的“环境卫星”（Envisat），保持高分辨率雷达成像观测数据的连续性。

1 卫星概况

哨兵-1A运行在太阳同步轨道上，轨道周期99m in，重复周期12天。该卫星采用意大利泰雷兹-阿莱尼亚空间公司的“意大利多用途可重构卫星平台”（PRIMA），姿控系统采用三轴稳定方式，轨道确定采用GPS，定轨精度每轴10m。电源分系统（EPS）采用2副太阳电池翼，每副太阳电池翼由5块夹板组成，采用三结砷化镓电池。

哨兵-1A的数据存储容量为900Gb it（寿命末期）。其测控链路采用S频段，上行链路数据传输率为4k b it/s，下行数据传输速率分别可采用16k b it/s、128k b it/s和512kb it/s；数据传输采用X频段，速率为600M b it/s。此外，哨兵-1还装载了一台激光通信终端（LCT），为光学低轨-静止轨道通信链路。激光通信终端基于“X频段陆地合成孔径雷达”（TerraSAR-X）卫星的设计，功率2.2W，望远镜孔径135mm，通过“欧洲数据中继卫星”（EDRS）下行传输记录数据。

哨兵-1A基本参数

2 有效载荷

哨兵-1A携带的C频段合成孔径雷达由阿斯特留姆公司研制，它继承了“欧洲遥感卫星”（ERS）和“环境卫星”上合成孔径雷达的优点，具有全天候成像能力，能提供高分辨率和中分辨率陆地、沿海和冰的测量数据。同时，这种全天候成像能力与雷达干涉测量能力相结合，能探测到毫米级或亚毫米级的地层运动。该载荷具有如下几个特点：

1）有源相控阵天线在仰角向和方位向提供快速扫描；

2）双通道收发模块和水平/垂直（H/V）双极化裂缝波导；

3）内部校准系统，其中发射信号被发送到接收机用于监测幅度和相位，实现高辐射稳定性；

4）镀金属碳纤维增强塑料辐射波导，确保具有良好的辐射稳定性；

5）采用数字线性调频脉冲发生器和可选的接收滤波器带宽，可有效利用星上存储容量；

6）模块化自适应量化，能有效利用星上存储器并最小化下行传输时间，从而减少对图像噪声的影响。

“环境卫星”在轨飞行示意图

成像模式

哨兵-1A星上合成孔径雷达有4种成像模式：

1）条带模式（SM）：幅宽80km，空间分辨率5m×5m，6个重复的测量带能覆盖所要求的375km的范围。

2）干涉测量宽幅模式（IWS）：幅宽250km，空间分辨率5m×20m，通过充分交叠多普勒频谱（方位范围）和波束频谱（仰角范围）来确保干涉测量。该模式为陆地观测的标准模式，可满足大部分当前未知的服务需求，避免冲突和保持重访能力，提供服务鲁棒性和可靠性，简化任务规划，降低运行成本，并建立长期存档，满足未来的数据需求。

3）超宽幅模式（EWS）：分辨率25m×100m（三视角），低分辨率（20m×40m）下的幅宽为400km。

4）波模式（W V）：由各个条带工作组成，具有交替的仰角波束和固定的开关占空因子。分辨率5m×5m。沿轨每间隔100km采样图像大小为20km×20km。

除了波模式为单极化模式（HH或VV）外，其他工作模式均支持双极化（HH-HV，VV-VH）运行，对于H和V极化，需要使用一个发射通道（从H转化为V）和2个并行的接收通道来实现。根据天线的灵活性，这4种不同成像模式的特殊要求需要采用有源相控阵天线来实现。

哨兵-1A卫星C频段孔径雷达参数性能

结构与构成

哨兵-1A的合成孔径雷达有效载荷主要由2个分系统组成：天线分系统（SAS）和电子设备分系统（SES）。

哨兵-1A合成孔径雷达成像模式

C频段合成孔径雷达成像模式

天线分系统展开与折叠构型图

天线分系统是一个可展开的平面相控阵天线，尺寸为12.3m×0.84m，含280个单元，其中仰角向20列，方位向14列。天线分系统的主要功能包括：发射与接收信号、对发射进行功率放大、对接收信号采用低噪声放大器（LNA）进行保护、信号与功率分配、相位与幅度控制等。天线分系统由1个中央天线面板和2个天线边翼组成。中央天线面板安装在卫星顶部，有2个瓦片（tile）组成，2个天线边翼安装在卫星两侧，每个边翼的3个天线面板由3个瓦片组成，即总共由14个瓦片组成。其中，每个合成孔径雷达瓦片的组成部分包括：20个双极化裂缝波导辐射器、10个双极化电子设备前端（EFE）、1个内冗余瓦片控制器装置（TCU）、2个瓦片电源装置（TPSU）、1个仰角向平面分配网络（EPDN）、2个冷冗余瓦片放大器、电源线束和数字信号线束、热硬件等。所有天线分系统安装在辐射器后侧或附在交叉加劲肋的内侧。

天线分系统负责提供雷达控制、信号生成和接收数据处理，主要功能包括：雷达指挥与控制、定时控制、冗余控制；发射线性调频脉冲信号生成；频率产生、变频、调制解调、滤波；数字化、数据压缩、格式化等。电子设备分系统在信号发射和接收时采用通道化结构，并以模块化方法生成和接收宽带信号，管理多极化模式。

电子设备分系统的核心部分为控制电子设备单元（ICE），由阿斯特留姆英国公司研制，用于提供雷达的核心性能、控制和监控。

3 应用

哨兵-1A任务将促进新型应用的发展，并满足“哥白尼”计划的进一步需求。欧盟用户咨询工作小组定义该任务具有3个优先服务领域：海上核心服务、陆地监测以及紧急服务，主要覆盖以下几个应用领域：①监测海冰区域和北极环境；②海洋环境监视；③陆地表面运动风险监测；④陆地表面制图：森林、水和土壤、农业；⑤危机事件中支持人道主义救援服务。

今年，欧洲还将发射功能不同的哨兵-2A、3A。