高分三号-中国的C波段合成孔径雷达卫星
中国的首颗1米分辨率C波段合成孔径雷达卫星 - 高分三号
高分三号卫星是中国第一颗民用C波段合成孔径雷达成像卫星。 GF-3是中国高分辨率地球观测系统的一部分，旨在提供高分辨率观测和灾害监测，可满足对陆地、海洋、减灾、水利和气象等行业监测，高分三号卫星的主要用户是海洋、气象、民政、水利和国土测绘等部门。 GF-3号卫星于UTC时间2016年8月9日(北京时间8月10日)由长征-4C运载火箭从中国太原卫星发射中心成功发射，高分三号运行轨道为太阳同步轨道，海拔755公里，倾角98.41°。
高分三号主要用户群和应用方向：
海洋部门：海浪，海面风场，内波，锋面，浅海地形，海面溢油，海冰、绿潮、海岸带和海面目标
灾害监测：洪水淹没区、泥石流、滑坡、冰或雪、海冰范围、干旱范围、建筑物、临时住房、交通、农业和土地使用、防洪设施
水利部门：流域系统特征、地表水分布、洪水范围、土壤含水量、土地利用和植被覆盖。地表水指标，湖泊，水库(大坝)，河流，湿地，冰川，雪，其他重要水源、灌区、地下水遥感监测指标、岩溶、潜水、泉水、地质地貌等。
气象部门：高分辨率区域表层土壤湿度监测、暴雨引发的滑坡和泥石流等地质灾害预测和预警
高分三号平台介绍：
GF-3卫星以中国航天技术研究院(CAST)开发的ZY1000B平台为基础，由有效载荷和服务系统两部分组成，有效载荷由合成孔径雷达载荷、数据传输系统、数据传输天线系统组成， 服务系统提供电源、安装、维护和温度测试，包括电源、姿态控制、推进、监控、数据管理、结构和热控制系统。
GF-3卫星是一颗三轴稳定的卫星，发射质量约为2779公斤，设计寿命为8年，高分三号具有高稳定性和高敏捷性的姿态控制系统，采用控制力矩陀螺和动量轮的组合。高分三号卫星在太阳同步轨道上以侧视姿态工作，轨道高度大约755公里。
高分三号卫星采用三轴稳定地面定向控制方式，指向精度优于0.03，稳定性优于5×10-4/s，滚转机动能力为31.5。GF-3卫星采用双独立总线电源配置，一个三结GaAs太阳能电池阵列，一个100 Ah NiCd电池和一个225 Ah锂离子电池，可以满足卫星成像要求。 当平台总线输出功率不足或总线输出异常时，可通过电网控制器将有效载荷高压电源转换为低压电源，用于平台设备。GF-3卫星拥有自主健康管理系统，能够持续监测关键事件，评估产品状态，并提前采取各种有效措施，确保卫星在轨安全。
GF-3与国外C波段雷达卫星的比较
项目
- 轨道
- 轨道高度
- 工作频段
- 重量
- 峰值功率
- 入射角
- 天线尺寸
- 信号带宽
- 极化方式
- 天线系统
- 仰角
- 成像模式
- 空间分辨率
- 条带宽度
- 设计寿命
高分三号卫星
- 太阳同步轨道
- 755 公里
- C-band
- 2779kg
- 1.5kW
- 10°-60°
- 15米x1.5 米
- 0-240 MHz
- 单/双/全
- 波导缝隙
- ±20°
- 12种
- 1-500 米
- 10-650 公里
- 8年
Sentinel-1卫星
- 太阳同步轨道
- 693 公里
- C-band
- 2300kg
- 4.7kW
- 20°-45°
- 12.3米x0.84 米
- 0-100 MHz
- 单/双
- 波导裂缝
- ±11°
- 4种
- 5-20 米
- 20-400 公里
- 7.25年
RADARSAT-2卫星
- 太阳同步轨道
- 798 公里
- C-band
- 2300kg
- 1.27kW
- 20°-60°
- 15米x1.37 米
- 0-100 MHz
- 单/双/全
- 微波传输带
- ±20°
- 10种
- 1-100 米
- 20-500 公里
- 7.25年
高分三号采用多偏振和多成像模式设计，使得GF-3卫星有12种成像模式，包括聚光灯、条带图和扫描，具有四种偏振能力，同时为了实现多极化和多成像模式，采用了以下设计思路:
1)利用极化时分和一个正负调频斜率获得多极化数据，以改善点目标的模糊性。
2)采用有源相控阵天线实现成像模式的灵活控制和波位的灵活切换，利用一个波导缝隙天线，分别设计了H极化波导和V极化波导，可以有效降低两个天线之间的相互耦合，提高天线的端口隔离度，进而提高天线的极化隔离度。
3)系统具有多种LFM(线性调频)信号带宽和时间宽度组合，12种成像模式对应18种LFM信号，在信号路径中使用不同的滤波器，以确保抑制不同带宽的信号。
4)为了实现多波束和多极化，合成孔径雷达具有双接收通道,为了保证双通道幅度和相位的一致性，提出了一种采用中频采样的数字接收机方案。
5)为了实现双孔径和多极化模式，采用接收切换矩阵来切换天线不同孔径的接收回波信号，形成两个接收通道。
高分三号雷达天线特征：
GF-3合成孔径雷达卫星天线具有多极化和多成像模式，采用二维扫描有源相控阵天线系统，可以实现聚束、条带、扫描等成像模式。该天线工作在C波段，具有多极化，提供多种工作模式， 采用扩展的平面二维扫描有源相控阵天线系统。在发射模式下，发射链路放大输入啁啾信号的功率，并将电磁能量辐射到指定空间。在接收模式下，天线阵列接收水平或垂直极化回波信号， 同时也接收双极化回波信号，通过低噪声放大链路发送到合成孔径雷达中央电子设备。为了实现天线性能检测、故障检测和隔离，可以在中央电子设备的控制下对天线进行校准。 天线具有多极化、高极化隔离和块状波束功能，峰值输出功率为15360瓦，采用机械轻质T/R模块和薄壁波导设计技术。
天线展开机构满足折叠、展开和支撑天线阵的功能，阵列热控实现了对合成孔径雷达天线阵列表面的温度控制功能，满足了各单体电气单体设备的使用要求，保证了电气设备的使用寿命。
该天线在传统合成孔径雷达卫星天线设计的基础上进行了优化，主要特点如下:
高极化隔离：通过天线单元、T/R模块通道和电缆电磁屏蔽的隔离，天线可以同时接收极化隔离度较高(> 35 dB)的双极化(H/V)信号。
高能量利用效率和热控制精度：通过保证较高的功率效率，提高微波器件的辐射效率，同时考虑天线阵的热控制，使天线在合理的温度范围内工作，保证波束指向的稳定性。
二维光束的高精度控制：收发信道的幅度和相位稳定性、波束切换响应的速度以及双极化波束控制的可靠性被设计成满足12种模式的要求，并实现灵活的波束扫描和整形。
低质量：天线的低质量设计主要通过两种途径:一是天线选择时的整体合理方案，减少硬件数量和互连复杂度；二是提高设计和技术水平，加大集成设计力度。
高分三号卫星12种成像模式
成像模式
- Spotlight
- Ultra-fine stripmap
- Fine stripmap
- Wide fine stripmap
- Standard stripmap
- Narrow ScanSAR
- Wide ScanSAT
- Global observation
- Quad-pol stripmap
- Wide quad-pol stripmap
- Wave
Expanded incidence angle
入射角(°)
- 20~50
- 20~50
- 19~50
- 19~50
- 17~50
- 17~50
- 17~50
- 17~53
- 20~41
- 20~38
- 20~41
- 10~20
50~60
分辨率(米)
- 1 米
- 3 米
- 5 米
- 10 米
- 25 米
- 50 米
- 100 米
- 500 米
- 8 米
- 25 米
- 10 米
- 25米
25 米
条带宽度(公里)
- 10 公里 * 10 公里
- 30 公里
- 50 公里
- 100 公里
- 130 公里
- 300 公里
- 500 公里
- 650 公里
- 30 公里
- 40 公里
- 5 公里 * 5 公里
- 130公里
80 公里
高分三号卫星介绍资料：
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