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科学研究和技术服务业

需求背景

天仪研究院以SAR微波遥感卫星与SAR卫星影像数据为核心产品，聚焦于微波遥感卫星产业，已在实施96颗微波遥感星座的规划，初步建立了从卫星部件研制测试、整星集成测试、发射运营、数据服务、遥感应用的产业链，随着市场的扩大，现有产业链存在亟待解决的关键性问题。在现有背景下，需要使用部分关键技术强化现有产业链，并且进一步将产业链向下游延伸，探索新体制微波遥感卫星的研制，进一步拓展技术与应用的产业链。

围绕我国微波遥感应用的高时效、常态化需求，突破低轨高实时微波遥感卫星产业链中的关键技术问题，促进低轨高实时SAR微波遥感星座的建设质量与建设进度，并致力于SAR遥感应用数据在地质灾害监测预警方面的应用，拓宽整个微波遥感卫星产业链的市场。

SAR整星研制与星座组网是整个产业链中的关键部分，包括SAR卫星整星的设计、研制、集成测试、发射与在轨运营等诸多环节。

需解决的主要技术难题

（1）高精度卫星姿轨控系统

针对姿态稳定度和姿态指向精度开展同步优化，首先优化控制策略、调整控制系统带宽来避免控制频率与结构基频产生耦合，并为飞轮等执行机构设计减震措施，将姿态稳定度指标提升一倍；此外优化传感器选型，把姿态测量精度从5角秒提升到2角秒以内，角速度测量精度从1×10-3°/s提升至2×10-4°/s；针对部件安装误差导致指向偏移的问题，优化部件安装偏差测量手段，对星敏、载荷天线、GNSS天线等关键部件安装位置进行精确测量，把部件安装误差造成的姿态指向偏差控制在15角秒以内。

为提升图像事后定位精度所依赖的轨道定位精度，对GNSS的天线相位中心进行精密测量来确保相位中心在卫星本体坐标系内绝对偏差不超过2毫米；搭建基于GPS原始观测数据和精密星历的事后精密定轨系统，通过高精度几何解算以及轨道动力学滤波相结合的手段来实现厘米级别的轨道事后定位精度；根据回波信息、高精度轨道信息以及高精准度地球模型来自动建立和求解相对位置几何模型方程和多普勒方程组，最终实现米级图像定位精度。

（2）高精度天线展开技术

本课题拟选择高精度自锁电机作为驱动部件，实现高精度的正反驱动。雷达卫星射频线缆较多、较粗，天线折叠处线缆对展开的阻力相对较大，采用减速机构提高转动力矩，降低驱动速度，提高驱动精度。在各个转接结构之间均使用销钉定位，减小装配间隙对精度的影响。在天线展开末端设置反推装置消除空程。采用高精度的编码器作为标定器件，实现角秒级的精度测量。利用采集的编码器数据结合电机的驱动特性，编写专门的控制算法，实现展开定位的闭环控制，保证展开精度在雷达天线要求的指标范围内。

搭建地面模拟太空展开试验系统，根据雷达卫星的实际情况，设计制造能够反映雷达卫星力学特征的结构星用于展开试验。设计专门的气浮系统，让结构星整体处于悬浮状态，消除重力、摩擦力带来的影响来模拟太空展开环境。根据在轨工况，进行天线展开专项试验，验证展开机构的重复展开精度，并通过振动采集与分析仪，测试展开后的整体刚度，保证天线整体频率与控制频率避开。采用非接触式摄影测量技术，测试天线平面度，验证展开机构的展开精度。
  （3）高性能姿控反作用飞轮技术

本课题主要从新型反作用飞轮总体结构设计（低成本、微振动、国产自主可控指标保证）、基于超低阻尼气浮平台的半物理仿真试验系统（高精度、大机动能力性能指标验证）以及飞轮产品地面加速寿命试验系统（高可靠、长寿命指标验证）这三个方面开展研究。

而本项目的技术路线则是突破传统飞轮结构设计形式，创新应用新材料、新工艺、新方法，主要采用真空润滑精密轴承和低功耗大力矩高可靠无刷直流电机集成一体化设计技术、飞轮驱动电机支撑结构与微振动隔离装置集成一体化设计技术等多功能结构设计技术，并通过对成熟工业技术进行航天适应性改造，从而实现高可靠、低成本、微振动、高精度的高性价比姿态控制反作用飞轮

（4）天地一体网络化星座运控技术

本项目旨在解决SAR卫星批量入轨后，多星天地一体化测运控的管理规划。实现任务智能上注，在轨自主成像规划，在轨数据管理及数传规划。建立地面多用途测控网络，支持北斗短报文以及X波段测控，一期建设长沙站，二期建设黑河、喀什、三亚地面站，实现太阳同步轨道卫星国内每天6~8轨次X测控覆盖，实现北斗短报文测控亚太地区全覆盖。

针对多星运控，使用基于反馈修正遥感卫星多星协同规划模型，建立对地成像卫星集合，以及观测任务集合；多星任务规划系统根据卫星的各项约束条件，并且依据需求满足度、负载均衡性、任务协同特性等评估指标，计算多星协同任务规划的目标函数。通过对权值的不同取值组合对应不同的规划策略，来满足不同的规划需求。

期望实现的主要技术目标

（1）高精度卫星姿轨控系统

本课题着力解决SAR图像商业应用在姿轨控领域所面临的瓶颈，具体包括以下几方面：

首先解决姿态稳定度与姿态指向精度不足导致SAR图像模糊、成像目标经常位于图像边缘的问题，实现图像既好又准；

其次解决轨道位置计算精度不高，图像定位精度不足的问题，最终图像定位精度将达到米级；

最后实现干涉成像（INSAR）所必须的重访轨道管道式控制，解决高精度轨道控制问题，实现对地面任何目标点精确重访。

（2）高精度天线展开技术

SAR微波遥感卫星的主要载荷为SAR成像载荷，SAR成像载荷体积、重量、功耗严格约束，整个雷达天线将在空间辐射、高低温、真空苛刻环境等严峻挑战。

因此，SAR成像载荷的雷达天线，一方面尺寸受制于运载火箭发射状态的整流罩尺寸限制，必须采用发射时折叠、在轨展开的模式进行系统设计，另一方面图像的分辨率和幅宽等性能参数与天线尺寸相关，而各个展开天线模块之间的展开平面度和温度一致性直接影响卫星雷达载荷的成像性能。以海丝一号为例，4m长的天线尺寸需要满足空间展开后平面度优于2mm的精度要求，同时后续随着分辨率和幅宽的进一步提升，天线尺寸、收拢比和展开精度等性能需要进一步提高。

本课题旨在自主研发出一套针对SAR微波遥感卫星的展开机构，该机构能够承受火箭发射时的力学环境，也能够适应在轨的真空、高低温交变、宇宙辐射环境。能够实现发射状态大尺寸天线折叠任务，入轨后能够正常展开与锁定，锁定后整体基频能够避开姿控动作组件的控制频率，且展开后的精度满足SAR微波遥感卫星对天线平面度的要求。

（3）高性能姿控反作用飞轮技术

本课题主要进行新型反作用飞轮产品总体结构设计优化、基于超低阻尼气浮试验平台的卫星姿态控制半物理仿真试验系统研制以及飞轮产品地面加速寿命试验方法研究，解决SAR微波遥感卫星姿态控制反作用飞轮的高可靠、长寿命、低成本、高精度、大机动能力等核心关键问题，拓宽高性价比商业卫星反作用飞轮系列产品的产业链条。

（4）天地一体网络化星座运控技术

本课题重点满足在空间高时效常态化需求的驱动下，卫星工作模式由传统的单一型向多任务多协同的复杂型转变，同时卫星运行与控制由地面人工向自主化转变。课题将建设网络化星座测运控系统，减少人为干预，充分发挥SAR成像卫星的观测效能，赋予卫星更多的“智能”，使其能够根据观测需求和卫星状态进行自主规划。

本课题开发的天地一体化网络运控系统，重点解决微小卫星无法满足数传和成像同步进行，成像与数传冲突会导致星上数据积压，影响任务实时性。为了解决星上数据下发的时效问题，研究一种在轨数据管理及数传规划技术，通过这项成果，实现数据的有效管理，确保各优先级任务的数据能够按照一定时序及时下传。

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