对地观测技术是实现全球环境及动态变化监测的重要途径。

星载合成孔径雷达（SAR）以卫星等空间飞行器为运动平台，具有全天时、全天候、全球观测能力，已成为一种不可或缺的对地观测手段。与光学遥感卫星以图谱遥感测量为主要内容不同的是，SAR等微波遥感更具三维结合要素观测特点，由此构成了地物“图像、光谱、形态、形变”的多要素遥感观测能力。

SAR星座建设的必要性

近些年，国际知名航天机构竞相发展全球环境观测的SAR卫星计划，以实现广域高效能对地监测。从卫星设计角度，面向全球环境观测的SAR卫星计划有两种实现途径：一是发展高分辨率宽幅的“大卫星”，以新的观测体制和成像方式提高观测能力；二是发展多星组网的“小卫星”，提高观测效能。

我国SAR面临着卫星通用性、应用维度与深度以及广域观测效能等局限性，缺少面向全球并实现长期、稳定、高性能环境动态监测的卫星系统。随着国际环境日趋复杂，我国亟需发展面向全球动态环境监测的SAR卫星系统，实现大范围、高重访、长期、稳定、高精度的对地观测，占领国际技术前沿、增加国际话语权，支撑国家重大工程、自然资源监测、灾害应急管理、“两新一重”监测以及地球科学研究等多方面的需求，进而形成全球化共享的遥感产品体系，实现全球状态的周/月/年更新，监测地球动态变化、理解地表变化规律、探索人类环境变化。

See-Earth星座高频次时序多维监测地球环境

面向当前的应用需求，中国科学院空天信息创新研究院航天微波遥感团队提出了建设高频次时序多维地球环境监测SAR星座的计划，其英文简称为“See-Earth”计划 (SAR Constellation with Dense Time-SEries for Multi-Dimensional Environmental Monitoring of the Earth)，其概念示意图如图1所示。

图1 See-Earth概念示意图

该星座由4颗L波段高性能全极化SAR卫星组成，它们均匀分布于同一轨道面。利用多星组网实现快速重访和高频次全球覆盖，为我国基础战略性地理信息资源获取提供长期、稳定、自主可控的数据支撑。其可实现在每8天的轨道回归周期中，能够以相同的轨道方向、相同的视向、相同的入射角，4次重复获取干涉数据，具有很强的干涉测量能力，进而具备地球表面的动态变化过程监测的能力。

每颗See-Earth卫星SAR系统采用有源相控阵天线，采用方位向多通道和俯仰向中频数字波束形成(DBF)技术实现高分辨率宽幅成像，最大品质因数可达120。通过继承陆地探测一号(LT-1) SAR卫星的混合极化体制，可以同时或者分时发射H和V极化信号，不仅可以实现交替线极化，还可以实现圆极化、椭圆极化、简缩极化和基于编码的混合极化。See-Earth卫星SAR系统同时具备左右侧视成像和多模式极化工作能力，如图2所示。

图2 See-Earth观测模式示意图

结合轨道与系统工作模式设计，See-Earth星座的最小重复观测间隔为26分钟，最大重复观测间隔约为12小时，全球多数区域平均重访时间小于4小时，12天可实现全球范围的高分辨率覆盖。该性能在全球卫星观测计划中同样占优。

See-Earth星座应用价值大

See-Earth计划以提供长期、稳定、高频次、高性能的SAR观测数据为目标，可以为国家、行业、科学等多领域的应用带来帮助。

下表从具体的应用领域出发，介绍See-Earth卫星计划的应用潜力。

表1 See-Earth产品观测性能

在此基础上，是否可以利用See-Earth计划的卫星系统，扩展新的工作体制，延伸其科学价值是值得进一步探讨的问题。

论文：王樱洁, 王宇, 禹卫东, 赵庆超，刘开雨，刘大成，邓云凯，欧乃铭，贾小雪，张 衡，赵鹏飞，王 伟，余 伟，葛大庆，唐新明，李 涛. See-Earth：高频时序多维地球环境监测SAR星座[J]. 雷达学报, 2021, 10(6): 842–864. doi: 10.12000/JR21176

来源：中国科学院空天信息创新研究院