先進陸地觀測衛星

2006年，亞太地區兩顆對地觀測衛星的相繼升空引起了內業人士的關注。1月24日發射的日本先進陸地觀測衛星ALOS（Advance Land Observing Satellite)，ALOS是目前世界上最大級別的陸地觀測衛星之一，重達4噸。

基本介紹

• 中文名：先進陸地觀測衛星
• 外文名：Advance Land Observing Satellite，ALOS
• ALOS發射場：日本種子島
• 承包商：日本電氣公司(NEC)
• 作用：區域觀測、災難監測和資源勘探等
• 觀測時段：全天候

簡介

日本地球觀測衛星計畫主要包括2個系列：大氣和海洋觀測系列以及陸地觀測系列。ALOS衛星是JERS和ADEOS的後繼星，也是全球最大的地球觀測衛星之一。該衛星採用先進的陸地觀測技術，能夠獲取全球高分率陸地觀測數據，廣泛用於測繪、區域觀測、災難監測和資源勘探等領域。衛星將在2006年年初用H一2A火箭從日本種子島發射。

ALOS衛星載有3台遙感器：①全色立體測繪儀(PRISM)，主要用於數字高程測繪；②先進可見光與近紅外輻射計一2(AVNIR一2)，用於精確陸地觀測；③相控陣L頻段合成孔徑雷達(PALSAR)，用於全天時全天候陸地觀測。為了充分發揮這3台遙感器的性能，ALOS衛星採用了2項先進技術：高速大容量數據處理技術；衛星精確定位和姿態控制技術。

ALOS-2衛星將用於勘測自然災害的影響和熱帶雨林的變化，衛星可以實現高精度的地球觀測，確保及時、準確地提供對災害監測所需的各種信息；衛星可以全天時、全天候執行監測任務，在夜間或惡劣氣象條件下，甚至可以穿透植被觀測地球表面。

背景介紹

截止至2005年12月，日本已發射的陸地衛星包括“日本地球資源衛星”(JERS)和“先進地球觀測衛星”(ADEOS)系列，它們都具有較高的技術性能。但遺憾的是，ADEOS - 1衛星因太陽電池翼故障而完全失效，在軌壽命不到1年；ADEOS一2衛星於2002年12月發射，但在2003年10月24日突然與地面站失去了聯繫，這對日本的地球觀測計畫可謂是雪上加霜。禍不單行，日本內閣衛星情報中心( CSIC)寄予厚望的2顆“情報收集衛星”(IGS)在2003年11月29日發射時，由於火箭故障導致星箭俱損。因此，“先進陸地觀測衛星”(ALOS)就成了關注的焦點。

東京時間4月22日清晨7時30分左右，日本宇航探索局(JAXA) “先進陸地觀測衛星”(ALOS)衛星將運行模式轉為低負載模式(以最小的輸出功率維持衛星運行)，由於功率下降，星上所有觀測儀器關閉。這次異常是通過KODAMA數據中繼試驗衛星中繼的數據發現的。

之後ALOS輸出功率快速降低，遙測系統顯示22日晚些時候衛星失去動力。JAXA正在檢查問題原因，並進行必要的測量。JAXA並沒有公布此次動力系統的故障部位，也沒有說明功率下降是否由其他部位的故障導致。在過去15年中，日本還有兩顆觀測衛星因動力系統問題失效。

日本的ALOS衛星是世界上最重要的遙感平台之一，按照JAXA的說法，此次故障很可能導致衛星對地觀測和地圖繪製任務的結束。按照設計衛星在壽命終結時輸出功率至少4千瓦。

為使對地觀測衛星儘快進入市場，贏得更多用戶，經一系列研究和調整，日本最後決定研製並計畫於2014年和2015年初先後發射ALOS一2雷達衛星和ALOS一3光學衛星。2016年 5月24，日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)和三菱重工公司在位於鹿兒島縣的種子島宇宙中心用H-2A火箭成功發射了先進陸地觀測衛星一2 ( ALOS-2 )雷達衛星，又稱為大地2號，是已退役的ALOS衛星的後繼任務。

衛星基本參數

ALOS衛星基本參數

項目 參數

衛星質量//kg 約4000

衛星功率//kW 約7(壽命末期)

衛星設計壽命//a 3一5

軌道

類型 太陽同步軌道

高度/km 691. 65

傾角/(。) 98. 16

重訪周期//d 46

姿態控制精度/(^。) 2. 0X 10^-4(有地而控制點)

衛星定位精度/m 1

數據率/(Mbit/s) 240(經數據中繼衛星)； 120(直接下傳)

星載數據存儲器 固態存儲，90Gbyte

ALOS-2衛星基本參數

衛星發射質量約2000kg，軌道高度628km，配備雙太陽電池翼，搭載改進的L頻段相控陣合成孔徑雷達( PALSAR-2 )，中心頻率1257.SMHz，軌道回歸周期14天。衛星備有3種觀測模式一一高解析度模式、廣域觀測模式和聚束模式。其中高解析度觀測模式的解析度為3m x 3m，觀測幅寬為50一70km，可實現50min連續攝影；廣域觀測模式的解析度為100m，觀測幅寬達350km；局部聚束模式的解析度可達lm x 3m，觀測幅寬為25km。

ALOS-3衛星基本參數

發射火箭 H-2A

發射時間 2015年初

發射質量/kg 2000以內

衛星現狀 配備對稱的雙太陽電池翼，全色、多光譜和超光譜遙感器，與數據中繼技術衛星通信用和 直接進行數據傳輸用2種天線的箱型機構

軌道高度 618km的準太陽同步回歸軌道

升交點地方時 13:30±15min

軌道回歸時間/天 60

控制方式 具備高精度姿態控制和軌道礁定功能的三軸姿態控制方式(與ALOS一2相同)

供電能力/W 不低於5200

有效載荷 全色立體測繪遙感相機、多光譜和超光譜(含可見光與近紅外和短波紅外)遙感器

設計壽命/年 大於5(目標壽命7年)

系統技術

(1)高速大容量數據處理技術

為了處理P RISM和AVNIR一2獲取的大量數據，ALOS衛星具備數據壓縮能力。PRISM每台相機獲取原始數據的速率為320Mbit /s(也就是說每秒鐘有960Mbit的數據被傳輸到數據壓縮裝置)，然後採用如JPEG之類的技術壓縮成240Mbit /s。這是一種離散餘弦變換(DCT)和Huffman編碼有損壓縮技術，但是，從這些有損壓縮數據中提取的數字高程模型與原始數據生成的數字高程模型幾乎一樣。AVNIR一2獲取原始數據的速率為160Mbit /s，採用差分脈衝編碼調製(DP CM)技術進行壓縮，它是基於AVNIR的一種無損數據壓縮。PRISM， AVNIR一2的壓縮數據和PALSAR的原始數據都被傳輸到任務數據編碼器(MDC)，用於增加錯誤修正碼，ALOS任務數據的誤碼率要求控制在1X 10^-16。衛星任務數據記錄器(MDR)是一個大容量數據存儲器，採用固態存儲方式，容量為90Gbyte。

(2)衛星精確定位和姿態控制技術

目前，世界上許多高解析度遙感衛星提供了很多有用的圖像數據，但是這些數據都需要進行地理空間修正，這就要求高度精確的衛星定位和姿態控制技術。ALOS衛星安裝了星跟蹤器和精確慣性基準部件，用於精確的姿態確定；還裝載了GPS接收機，用於精確的位置確定。這些對於21世紀的高解析度遙感衛星都是十分必要的。

儘管ALOS是1顆民用遙感衛星，但其2. 5 m的全色解析度所隱藏的軍事價值是不言而喻的。多年前，日本就利用其民用遙感衛星監視中國、朝鮮和俄羅斯等國，努力將民用衛星融入其偵察監視網路，這也是日本多年來所實施的“以民掩軍”策略的具體體現。

主要成果

日本宇宙副業開發團(NASDA)通過對高解析度陸地觀察的未來需要和用戶需求的調查，得出：日本的陸地觀測衛星應當用於製圖、區域觀察、災害監測、地球資源等方面。

ALOS-1是日本宇宙航空研究開發機構(JAxA )負責設計、日本電氣公司(NEC)為主承包商開發的先進的對地觀測衛星，取得了不少的研究、開發和套用成果，為設計和開發其後繼星和採用先進的航天觀測平台—“具備新系統結構的先進觀測衛星”(ASNARO)的系列衛星及制定和完成海洋監視的衛星計畫等積累了經驗。

JAXA認為，ALOS一1在軌運行期間，充分地驗證了地球觀測所需的高精度定位、精確姿態確定等多項技術：衛星短期姿態穩定度±0.00002^°/0.37 ms，長期姿態穩定度±0.0002^° /5s，姿態測量精度±0.00014^°，指向測量精度±0.0002^°，並確認注重高精度總體軌道控制系統可在ALOS一1的後繼星—ALOS一2， 3等衛星上套用，同時也為ASNARO系列衛星和未來開發地球資源、海洋觀測監視、災害預報監測等衛星的設計提供了經驗。此外，ALOS一1還取得以下主要套用成果。

1)利用ALOS-1成功地進行了全球觀測，5年間共拍攝了650萬幅高清晰度的圖像[法國的“斯波特” (SPOT)系列的5顆衛星在長達25年間的運行過程中也儀拍攝了約1000萬幅這種高清晰度圖像。

2)驗證並證明了地球觀測衛星在災害預報、防災、減災和災害對策等領域能夠發揮重要作用，這些套用手段不儀應該固定化，還必須設法確保常態化，以便進一步拓展地球觀測衛星的套用領域，發揮其應有的作用。

3)日本國土地理院利用ALOS-1配置的PRISM獲取的大量圖像信息，繪製了1：25000的全色立體地圖，並及時更新，為亞洲、非洲以及各國繪製高解析度的全色立體地圖提供了技術支持。

4)日本通過相關渠道向聯合國提供ALOS - 1獲取的分布世界各地與違反國際公約的有關信息，如發生在巴西等國家和地區的亂砍濫伐森林等場景，以及監視氣候變化(與世界銀行等合作)等有關的信息，對其影響或危害進行分析，為確定處罰尺度和確定對策提供依據，為保護人類賴以生存的地球環境做出了貢獻。

ALOS-2採用了經ALOS-1在軌飛行驗證的以姿態控制為主，集姿態控制、遙測指令等數據處理和衛星綜合管理等多種功能於一體、以星載計算機為核心部件的高精度姿態軌道確定系統，其關鍵部件是64bit星載計算機，星載計算機最先是在ALOS一1上套用，後經多顆衛星飛行驗證，證明其性能強、可靠性高、抗輻射能力強。ALOS一2上採用以這種星載計算機為核心的姿態軌道控制系統，不儀可確保高精度的地球指向控制，實現整個衛星可在士30。範圍內進行側擺，對軌道兩側成像，達到高精度的地球觀測，提高解析度，強化其重訪功能，還可以確保及時、準確地提供對地震、海嘯、颱風、大暴雨等災害監視所需的各種信息，以及持續提供地球資源勘i}}l和環境監測等所需的數據。採用這種集多種功能於一體的高精度姿態軌道確定方式(儀採用1台星載計算機)，還可以大幅度地減輕衛星公用艙的質量，降低開發成本，提高有效載荷比和系統的可靠性。

ALOS一3上搭載了PRISM以及多光譜和超光譜(含可見光與近紅外和短波紅外)遙感器，分別由JAXA和經濟產業省研製。與ALOS一1相比，ALOS一3上搭載的有效載荷無論是在數據壓縮能力、傳輸能力，還是在可觀測範圍、解析度和立體觀測水平上都有了大幅度的提高。