加拿大“雷达卫星星座任务”及应用领域

李意 徐冰 （ 中国空间技术研究院， 北京空间科技信息研究所）

2019年6月12日，加拿大的下一代雷达成像卫星星座――“雷达卫星星座任务”（RCM）的3颗卫星搭乘猎鹰―9（Falcon―9）火箭发射升空。RCM星座是中分辨率卫星任务，主要用于对加拿大广阔国土和海域进行定期监测。中分辨率数据和高分辨率数据结合使用，将极大增强加拿大资源管理和环境监测能力。

1 卫星概况

RCM是雷达卫星-2（RadarSat-2）的后续任务，于2004年正式立项，主承包商是加拿大麦克唐纳·迪特维利联合有限公司[MDA，已于2017年更名为麦克萨技术公司（Maxar Technologies）]，负责卫星设计、建造和测试。RCM项目共有来自加拿大7个省的125家供应商参与。发射后，RCM星座进入试运行阶段，通过3～6个月的在轨测试确保星座能够按照设计目标和指标要求正常运行。2019年秋，RCM星座将开始正式业务运行。

RCM星座采用多颗小卫星组网协同运行的方式，与单个大卫星相比，RCM拥有一个更稳健、更灵活的系统，发射和运行成本也更低。通过星座组网配置实现更快速重访和动态监测，能够满足加拿大特有的对海上、国土、北极等区域的监视需求。

RCM星座由3颗构型完全相同的卫星组成，在轨协同工作，每颗卫星质量1400kg，长1.7m，宽1.1m，高3.6m（天线展开后跨度6.98m），设计寿命7年，运行于高度约600km、倾角98°的太阳同步轨道，三星运行于同一轨道面，等间距分布，相邻两颗卫星的时距为32min。

RCM星座地面段主要基于现有雷达卫星地面段进行升级改造，以满足RCM星座的运行需求。加拿大航天局（CSA）的任务运行中心（MOC）主要负责任务规划、卫星运管、图像质量评估、数据分发等。RCM图像数据通过加拿大自然资源部（NRCan）开发的新的对地观测数据管理系统向加拿大政府相关用户进行分发，确保在10～30min内提供数据。加拿大航天局将免费公开RCM获取的大气科学、空间气象和行星探测等数据。加拿大自然资源部下属的制图与对地观测中心（CCMEO）通过对地观测数据管理系统进行SAR数据长期存档管理。

2 卫星平台

RCM卫星呈长方体，带有单边太阳翼，采用加拿大布里斯托尔宇航公司（Bristol Aerospace）的加拿大小卫星平台（SmallSat，也称为MAC-200平台），三轴稳定控制方式，包括姿态确定与控制分系统，指令与数管分系统，电源分系统，推进分系统，遥控、遥测、通信分系统等。遥控遥测采用S频段，上行速率4kbit/s，下行速率最高为4Mbit/s。数传采用X频段，数据率为2×150Mbit/s，星上数据存储容量500Gbit（寿命末期）。

3 有效载荷

RCM卫星载有C频段合成孔径雷达（SAR）和“船舶自动识别系统”（AIS）。SAR载荷由天线、支撑结构、平台安装部件等组成。SAR天线技术源于雷达卫星-2，天线展开后入射角为37.5°。RCM卫星具有低分辨率、中分辨率、高分辨率、低噪声、聚束、全极化等多种成像模式，最高分辨率为1m×3m，RCM星座还具有单轨干涉测量（InSAR）能力。聚束模式适用于小区域高分辨率成像，宽幅成像模式幅宽高达500km，适用于广域监视。船只探测模式幅宽350km，RCM每天可实现对距离加拿大海岸2000km的所有海域、长25m船只的精确探测。RCM每星每轨平均成像时间15min，最长25min，连续成像时间12.5min。

RCM卫星结构

RCM卫星成像模式

RCM卫星成像模式

“船舶自动识别系统”作为次级有效载荷，可独立或与SAR载荷结合使用。AIS主要用于监测加拿大海上交通，工作在VHF频段（162MHz），幅宽800km，船只探测精度优于90%，可向其他船只以及岸上传送船只类型、长度、位置、航向、吃水量和危险货物等信息。

4 加拿大雷达卫星指标对比

与雷达卫星-2相比，RCM卫星有很多改进，包括增加了AIS载荷，改进对船只的探测和跟踪能力；采用了新的紧凑极化模式；星座设计提高重访能力，精确重访时间从雷达卫星-2卫星的24天缩短到4天（星座）；数据获取能力更强，据估计，加拿大政府每年大约使用25万幅RCM图像数据（是第一代雷达卫星的50倍以上）。但是，与雷达卫星-2不同，RCM数据并不对外商业销售。

加拿大雷达卫星指标对比

雷达卫星―2（上图）与RCM星座（下图）覆盖能力对比

5 应用领域

RCM星座接替雷达卫星提供连续的雷达数据服务，主要在以下三大关键领域为加拿大提供有效的解决方案和一流的快速响应。

1）海洋监测（海冰、海风、溢油、船舶）。对加拿大领海和附近海域实现平均每日覆盖。

2）灾害管理（减缓、预警、救援、重建）。能够定期监测加拿大减灾情况，评估风险并确定易受损害区域。

3）生态系统监测（农业、湿地、林业和海岸变化监测）。定期（特殊时期可实现每周数次）覆盖加拿大陆地和内陆水域。

应用领域不同，对RCM星座的及时性和数据延迟（从数据采集到分发）要求也不同。海洋监测和灾害管理时效性要求高，船舶探测应用要求10min内完成从数据采集到分发；其他海洋监测应用要求30min；灾害管理应用要求2h；生态监测应用要求24h。

RCM星座可每天重访加拿大国土和附近海域，能够每天实现对全球90%区域的覆盖，对北极地区每天重访多达4次，在气候变化、土地利用演变、海岸变化、城市沉降，甚至是人类对环境造成的影响等动态监测领域都将发挥重要作用。

RCM星座可实现对给定目标的四天精确重访（雷达卫星-1、2的精确重访时间都是24天，RCM单星重复周期12天），利用InSAR模式可实现相干变化检测（CCD）。利用干涉测量技术发现多幅图像间的厘米级变化，有利于监测地面沉降、土地利用变化等微小运动。在多个成像模式下，RCM都可以实现平均每天全球重访，满足大多数应用要求（相干变化检测应用要求每周精确重访1～2次）。