火灾监视卫星有效载荷参数与星座设计.pdf

上海航天
AEROSPACE SHANGHAI
第30卷2013年第1期
文章编号:1006-1630(2013)01-0014-04
火灾监视卫星有效载荷参数与星座设计
付晓锋,吴美平,张故
(国防科学技术大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073)
摘要:根据火灾监视对卫星栽荷和卫星轨道的约東,基于低轨太阳同步回归轨道讨论了火灾监视卫星星座
的设计,由卫星对地覆盖几何关系求解了典型卫星星座的星載传感器冬数。计算结果表明:设计的火灾监视卫星
有較高的地面分辨率,火灾监视卫星星座的最大轨道响应时间6h,平均响应时间3h
关词:火灾监视;有效載荷参数;太阳同步轨道;回归轨道;執道响应时间;我盖重叠率
中图分类号:V474.291文献标志码:A
Payload and Constellation Design for Fire Monitoring
FU Xiao-feng, WU Mei-ping, ZHANG Jing
Changsha 410073, Hunan, China)
Abstract: The design of the fire monitoring constellation based on the low sun-synchronous orbit was discussed
according to the payload and orbit constraints in fire monitoring in this paper. The payload parameters of classic
5
rditig Lo the satell
geometry. The results showed that the constellat
designed would provide high resolution, which maximum and mean response time were 6 hours and 3 hours
Keywords: Fire monitoring; Parameters of payload; Sum-synchronous obit; Repeat orbit; Responsc time
对地面进行长期观测,能快速发现火灾并在火灾发
遥感监测卫星具有分辨率高、覆盖面积广以及生后的较短时间内将火灾现场情况返回地面信息中
全天候工作等优势,可用于对森林/草原的火灾监测心。因此,火灾监视卫星星座应具有长期监视和快
和预报,为确定灾害特征、开展减灾技术研究以及进速响应的功能。同时,火灾监视卫星的对地覆盖应
步做好防火工作提供技术支撑。男外遥感监无遗漏,相郐地面覆盖带间应无间隙”?为满足火
测卫星还可用于監测地面火灾、土地沙化、全球降灾监视要求,卫星的有效載荷还须满足地面分辦率
水、地表植被、土湿度和冰雪覆盖等。为加强火灾的要求
防治,需增强遥感监测卫星系统的建设能力和提高
本文从火灾监视的角度对卫星星座的设计进行
星观测数据的应用水平。目前对遥感监测星观
了研究。
测数据的应用研究较多,结合有效载荷对卫星星座
设计的研究较少可。为便于描述,本文称之为火灾1卫星載荷参数解算
监视卫星星座。
卫星载荷通过观测分析火焰和烟雾的可视信
监视全球范围内的火灾,火灾监视卫星星座须号、火灾热量的红外信号以及燃烧物光谱等火灾现
象隘视和识别火灾。星载传感器采用力学或电学方
收稿日期:2010-12-31;回日期:2011-01-22
法驱动光学器件对地面区域进行扫描,获取该区域
作者简介付晓锋(1983-),男,博生,主要研究方向为确制的光学信息。由于低轨航天器相对地球表面的运动
导与控制技术和卫星导航
速度较大,传感器只需沿星下点轨迹的垂直方向对
万方数据
第30卷2013年第1期
付晓锋,等:火灾监视卫星有效载荷参数与星座设计
地面覆盖区进行一维扫描即可实现对地观测「。
X= W Toy .h:
(8
沿轨迹方向的天底像素分辨率
1.1?星对地盖几何关系
Foy
(9)
设星载传感器视场角为,地面覆盖区的地心垂直轨迹方向的像素数
角为。卫星S的星下点为S',S对地盖几何关
Ze=2n/w
系如图1所示。图中:O为地心;F为传感器视场边沿轨迹方向每秒记录的像素数
界点;R3为S,F间的距离;h为卫星轨道高度;RE为
/Y;
地球半径;e为点F的仰角,是地面覆盖区内点的最传感器每秒记录的像素数
小仰角
若传感器的像素数为Nm,则由文献[4],像素
整合周期
T
由此可得像素输出频率F,=1/T;,同时要求探测
器时间常数Ta1卫星对地盖几何关系
ig. 1 Coverage geometry of satellite
2火灾监视卫星星座设计
火灾监视需满足覆盖、光照环境和分辨率等
在AFOS中,由余弦定理有
多项约東,由此可确定火灾监视卫星星座的设计
R3)2=(R)2+(R+h)2
准则:为满足卫星星座的快速响应和全球覆盖能
2R:(RE + h)cos g
力,同时获得较高的地面分辨率,选择低轨軌道
由正弦定理有
为确保星下点光照环境的长期稳定,选择太阳同
(2)步轨道;为保证对地观测的重复性,选择回归轨
sin y sin
道;为获得均匀一致的地面分辨率,选择圆轨道
联立式(1)、(2)可得0,的关系为
为保证覆盖地区的太阳光照条件稳定无杂光,规
(R
(Rg)2+(Rーh
1-cos-6
避晨昏时段,选择地面覆盖区的监视时段为太阳
2Rr(R+ん)cos
高度角较大的时段
火灾监视卫星轨道为低轨回归轨道,同时又是
最小仰角∈,O的关系为
太阳同步轨道,只需确定卫星过升交点或降交点的
Rr +h
地方时即可确定卫星轨道。
R
2.1太阳同步轨道约束
1.2传感器参数
太阳同步道的轨道平面与太阳的夹角保持不
设卫星轨道周期为T,则由文献[4],卫星的地变,利于卫星对地面进行长期观测。选择太阳同步
迹速度
轨道,有
。=2rR/T
2=0.9856(°)/d=1.991×10-rad/s.(14)
若要求火灾监视卫星沿轨迹方向的最大采样距式中:2为卫星轨道面在惯性空间中的旋转角速度,
离为Y,则传感器的瞬时视场IFOV(即一个像素以升交点东进为正「6
的宽度)
可见光观测要求地面有充足的光线照射,红外
Ym/R
(6)观测要求地面光照条件稳定无杂光。选择降交点地
垂直轨迹方向传感器的最大像素分辨率
方时Tw,使卫星星下点有较好的光照条件。因此,
X
Y
sine
(7)选择Tい∈[9:00,15:00],使卫星轨道法向与太阳
垂直轨迹方向的天底像素分辨率
光射线夹角y∈[45°,135],如图2所示
万方数据