哨兵1号(Sentinel-1)SAR卫星介绍
哨兵1号(Sentinel-1)SAR卫星介绍
哨兵1号（Sentinel-1）是欧洲空间局（ESA）哥白尼计划的一部分，是一颗合成孔径雷达（SAR）卫星，主要用于地球观测。本文将详细介绍哨兵1号的技术参数、应用领域以及相关背景信息。
1. 哥白尼计划
说起欧空局的哨兵1号，就不得不先说一下欧空局的“哥白尼计划”。欧空局的哥白尼计划（Copernicus Programme）是欧空局与欧盟合作的一项极其重要的地球观测计划。该计划旨在提供免费开放的、可持续的地球观测数据，以支持土地管理、海洋环境、大气、应急、安全和气候变化多个领域的应用。
哥白尼计划最早的筹备工作始于2001年，但正式启动日期是在2014年。这个计划以尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus）的名字命名，以纪念这位波兰天文学家。自启动以来，哥白尼计划已经不断发展和扩展，为全球提供了重要的地球观测数据。
2. 哨兵系列卫星
哥白尼计划包括一系列卫星，被称为 “ 哥白尼哨兵（Copernicus Sentinel）”。这些卫星搭载不同的传感器，包括SAR、光学和红外传感器，用于监测地球表面、大气和海洋。这些哨兵卫星提供了较高分辨率、多谱段的地球观测数据。
3. 哨兵1号SAR卫星
SENTINEL-1的使命：为需要长时间序列的业务和应用提供更高的重访频率、覆盖范围、及时性和可靠性。并提供业务化的干涉成像能力。
Sentinel-1是由两颗相同的SAR卫星组成的星座。Sentinel-1A于2014年4月3日发射升空，Sentinel-1B于2016年4月25日发射升空。这两颗卫星在同一轨道平面上相距180度，可以实现最佳的全球覆盖和数据传输，可以在六天内对全球进行一次成像。
不过Sentinel-1B星在2021年底因为电源故障无法使用了，目前欧空局准备再发一颗Sentinel-1C星进行替代，目前Sentinel-1C应当是研制完成了，之前预计23年上半年发射，现在推迟到什么时候还不知道。
Sentinel-1主要应用于：
- 北极海冰面积监测
- 常规海冰测绘
- 监测海洋环境，包括溢油监测
- 用于海上安全的船舶检测
- 监测地表板块运动风险
- 森林、水和土壤管理制图
- 绘制地图以支持人道主义援助和危机局势。
3.1 视频介绍
虽然文章中包含多个视频链接，但由于无法获取或观看这些视频，因此仅保留视频的描述性文字。
3.2 指标介绍
下面站在卫星研制和数据产品的角度对哨兵1号卫星进行全面介绍！
类别 | 说明 | 备注 |
|---|---|---|
卫星型号 | Sentinel-1 | |
卫星所有权 | 欧空局 | |
卫星制造商 | Thales Alenia Space Italy 为总体单位, 空客防务与航天(以前叫Astrium )承制SAR载荷 | |
卫星总设计师、SAR载荷总设计师 | 不详 | |
卫星总装厂 | Thales Alenia Space’s plant in Cannes, France. | |
搭载火箭 | 俄罗斯联盟号火箭 | |
发射基地 | 法国殖民地圭亚那 | |
接收站 | X波段：挪威斯瓦尔巴特群岛；意大利马泰拉；西班牙 Maspalomas；加拿大 Inuvik；激光中转：德国魏尔海姆（Weilheim）地面站、英国哈罗威尔（Harwell）地面站等 | Sentinel-1上的激光通信终端（LCT）通过欧洲数据中继卫星（EDRS）将数据传输到地面站。 |
卫星轨道 | 太阳同步轨道，轨道高度693km，轨道倾角98.18° | |
姿轨控精度 | 姿态：测量精度0.004°；维持精度0.01°；轨道：轨道回归精度100 m (RMS) | |
升交点地方时 | 18：00 | |
重访周期 | 单颗卫星最长12天，175轨 | 详见4.3 |
系统形态 | 双星，各自独立工作 | |
观测方向 | 右侧视 | |
电池容量 | 324Ah | |
数传速率 | X波段数传， 最高520 Mbit/s星间激光通信，最高1.8Gbps | |
卫星体积 | 3.9 m × 2.6 m × 2.5 m（长×宽×高）2.8x2.5x4 | 在火箭里不展开时的体积 |
卫星重量 | 发射重量2300kg，干重2170kgSAR载荷重945kg，其中相控阵天线重880kg | |
卫星功耗 | 最大可供能5900w | |
卫星成本 | 制造成本：欧空局给Thales Alenia Space Italy 签了2.7亿欧元合同发射成本：联盟号火箭约4000美元/公斤 | |
卫星寿命 | 设计至少7年搭了12年的燃料，也就是说最多12年 | 实际上sentinel-1B使用了6年挂掉了，6年寿命对于卫星来说不算短了。 |
研制周期 | 约4年 |
雷达体制 | 相控阵脉冲雷达 | |
|---|---|---|
波段 | C波段，5.405GHz | |
极化方式 | 单极化（HH 或 VV）双极化（HH+HV 或 VV+VH） | 大部分时候使用双极化 |
天线类型 | 波导缝隙天线 | |
天线孔径 | 方位向 x 距离向：12.3 m x 0.821 m | |
通道数量 | 不详 | |
发射功率 | 峰值功率：- 4.368 kW, - 4.075 kW (IW, dual polarisations) | |
NESZ | 不详 | |
成像模式 | SM，条带SARIW，干涉SAR+TOPSAR，3个子带EW， TOPSAR，5个子带WV，比较特殊的成像模式，两种入射角交替间隔成像，适用于大范围海洋监测，后面有详细解释 | SM: StripmapIW: Interferometric Wide swathEW: Extra Wide swathWV: Wave，仅限单极化 |
分辨率@幅宽 | 分辨率最高4.3m；幅宽最宽400km；20m@250km（主要模式） | 详见3.3节 |
入射角范围 | 20°- 46° | |
扫描角范围 | 方位向：-0.9° to +0.9°距离向：-13.0° to +12.3° | |
波束宽度 | 方位向0.23°距离向3.43° | |
姿态导引 | 零多普勒导引，滚转导引 | |
脉宽 | 5-100us | |
带宽 | 最大100MHz | |
ADC采样率 | 300MSpS（实采样） | |
ADC有效位宽 | 10bit | |
PRF | 1 000 - 3 000 Hz | |
发射占空比 | Max 12%, SM 8.5%, IW 9%, EW 5%, WV 0.8% | |
单次成像时间 | 小于25分钟 | |
模糊度 | 不详 | |
辐射分辨率 | 0.8~2.2dB | |
辐射精度 | 相对辐射精度0.3dB(1σ)绝对辐射精度0.8dB(1σ) | |
定位精度 | 10米左右 | 几何精校后 |
数据大小 | 星上固存容量最大1 410 Gb | |
数据压缩方式 | FDBAQ |
注：以上指标有一些没找到，后续找到了补充上去，也欢迎知道的朋友发在评论里。
3.3 数据产品介绍
名词解释：
- SLC: Single Look Complex，单复视。复数数据，同时包含有幅度和相位信息
- GRD: Ground Range Detected，地距探测。SLC进行地距投影+多视处理得到GRD图像
- OCN: Ocean，海洋。2级海洋数据。
- OSW: ocean swell spectra
- OWI: ocean wind fields
- RVL: surface radial velocity
注意区分辨率与像素间距
数据分发时间表：
4. 扩展知识
哨兵-1 SAR的一些名词解释
4.1 PRIMA bus
PRIMA (Piattaforma Italiana Multi Applicativa) bus是由Thales Alenia Space Italy公司研制的一种高适应性的多任务卫星平台，它可以根据不同的载荷和任务需求进行配置，适用于低地球轨道（LEO）和中地球轨道（MEO）的各种卫星任务。
PRIMA bus基于先进的空间技术，采用模块化的架构和集成的控制系统¹。PRIMA bus由三个模块组成，分别是推进模块（PPM），服务模块（SVM）和载荷模块（PLM）。这三个模块在结构上和功能上是分离的，可以进行并行的集成和测试。
- 推进模块（PPM）包含了所有的推进设备，包括燃料箱、喷管、阀门、管路等³。推进模块提供了精确的轨道控制能力，可以维持卫星在一个直径为100米的地球固定轨道管内运行²。
- 服务模块（SVM）包含了所有其他必要的设备，以保证卫星的正常运行，包括姿态和轨道控制系统、数据处理系统、电源系统、热控制系统、卫星自主性和故障检测识别和恢复系统、以及与地面通信系统³。服务模块采用三轴稳定的架构，使用太阳传感器、恒星传感器、陀螺仪和磁场传感器来测量卫星的姿态，使用四个反作用轮和三个磁力矩器作为执行器来调整卫星的姿态。服务模块提供了高精度的姿态测量信息（小于0.004°）、高精度的姿态控制（约0.01°）和实时的轨道确定能力（小于10米）。服务模块还使用Mil-1553总线作为计算机、航空电子和卫星通信的主干线，并使用ERC 32处理器架构。
- 载荷模块（PLM）包含了主要的载荷和其他次要的载荷。主要的载荷是一种合成孔径雷达（C-SAR），它可以在任何天气和光照条件下观测地球表面。
PRIMA bus已经成功地应用于多个卫星项目，包括RADARSAT-2，COSMO-SKYMED，Sentinel-1和Sentinel-3等。PRIMA bus具有高可靠性、高灵活性、高性能和低成本等优点，是一种先进而实用的卫星平台技术。
4.2 WV成像模式
Wave (WV) - Data is acquired in small stripmap scenes called "vignettes", situated at regular intervals of 100 km along track. The vignettes are acquired by alternating, acquiring one vignette at a near range incidence angle while the next vignette is acquired at a far range incidence angle. WV is SENTINEL-1's operational mode over open ocean.
WV模式是Sentinel-1在开阔海洋上使用的一种特殊模式，它与全球海浪模型相结合，可以帮助确定开阔海洋上波浪的方向、波长和高度。
在这种模式下，卫星不是连续地拍摄一条长条形的图像，而是每隔100公里拍摄一个20公里乘20公里的小方形图像，这些小方形图像被称为“vignettes”。每个vignette都是用单极化（HH或VV）的雷达波进行成像的。
为了提高成像的质量和多样性，Sentinel-1在拍摄vignettes时会交替改变天线的入射角。不同的入射角会导致不同的反射和散射效果，从而影响图像的对比度和细节。在拍摄一个vignette时，卫星会选择其中一个入射角范围，并保持不变。在拍摄下一个vignette时，卫星会切换到另一个入射角范围，并以此类推。这样，相同位置的vignettes就会有不同的入射角，从而提供更多的信息。
4.3 重访周期
由两颗卫星组成的sentinel-1星座在赤道上提供了6天的精确重复周期。由于轨道轨道间距随纬度而变化，高纬度地区的重访率明显高于赤道。