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WorldView卫星影像的测控体系

来源:本站   发布时间: 2022-10-14 11:45:41   浏览:1116次  字号: [大] [中] [小]

测运控体系,WorldView卫星

 

worldview是Digitalglobe公司的下一代商业成像卫星系统。它由三颗(WorldView-I和WorldView-II)卫星组成,其中WorldView-I已于2007年发射,WorldView-II也在2009年10月份发射升空。WorldView-3卫星,于2014年8月13日成功发射成功。

 

1.更灵活的运转

WorldView-1和WorldView-2卫星是全球第一批使用了控制力矩陀螺(CMGs)的商业卫星。这项高性能技术可以提供多达10倍以上的加速度的姿态控制操作,从而可以更精确的瞄准和扫描目标。卫星的旋转速度可从60秒减少至9秒,覆盖面积达300公里。所以,WorldView-2卫星能够更快速、更准确的从一个目标转向另一个目标,同时也能进行多个目标地点的拍摄。

2.更高容量 更快回访

WorldView-2卫星能非常灵活运转,它在太空中的角色就像一个神奇的画笔,能灵活的前后扫描、拍摄大面积的区域,能在单次操作中完成多频谱影像的扫描。WorldView-2卫星独有的大容量系统,能达到每日采集一百万平方公里的数据采集量。而卫星集群可以保证每日近二百万平方公里的数据采集量。WorldView-2卫星无与伦比的灵活性能在1.1天内二次访问同一地点。如果算上卫星集群,甚至能实现在一天之内二次访问同一地点。由此可以为用户提供同一地点,同一天内的高清晰商业卫星集群影像。

3.更精确的拍摄

WorldView-2卫星先进的地理位置技术,在扫描的精确度上有了非常大的进步。其精确度已经达到了6.5米CE90,这是没有经过处理,没有地面控制,也没有高程模型的数据。就WorldView-1和预期中的WorldView-2卫星而言,精确度可以达到超乎想象的4.1米CE90。

4.多波段 高清晰影像

WorldView-2卫星能提供独有的8波段高清晰商业卫星影像。除了四个常见的波段外(蓝色波段:450-510;绿色波段:510-580;红色波段:630-690;近红外线波段:770-895),WorldView-2卫星还能提供以下新的彩色波段的分析:

(1)海岸波段(400-450)这个波段支持植物鉴定和分析,也支持基于叶绿素和渗水的规格参数表的深海探测研究。由于该波段经常受到大气散射的影响,已经应用于大气层纠正技术。

(2)黄色波段(585—625)过去经常被说成是yellow-ness特征指标,是重要的植物应用波段。该波段将被作为辅助纠正真色度的波段,以符合人类视觉的欣赏习惯。

(3)红色边缘波段(705-745) 辅助分析有关植物生长情况,可以直接反映出植物健康状况有关信息。

(4)近红外2 波段(860-1040) 这个波段部分重叠在NIR 1波段上,但较少受到大气层的影响。该波段支持植物分析和单位面积内生物数量的研究。

 

地面系统

1.2.1 测控站分布

 

DigitalGlobe宣称由于安全原因不透露其测控站的位置公司,但通过公开资料可以发现它的7个地面站分别位于阿拉斯加的费尔班克斯站、阿拉斯加的普拉德霍湾,怀俄明州的绿河,弗吉尼亚的杜勒斯站和佛罗里达的克利温斯顿站、南极巨人站。另外,DigitalGlobe还使用MDA公司的地面站接收数据,MDA在25个国家有超过50付天线,它从2007年WorldView1入轨后开就始为DigitalGlobe公司提供服务,其中下行遥感数据和遥测数据工作频率8025-8400MHz、上行遥控工作频率2025-2110MHz。MDA地面站全球分布如下图所示。


1.2.2 使用的数据接收站数量分析

 

(1)一轨观测数据量

 

WorldView-2和3的一轨测数据接收量为524Gbits。

 

(2)一轨需要传输时间

 

传输速率为800或1,200Mbps,按1000Mbps计算,则一轨数据需要8.7分钟,良好跟踪条件下,一个地面跟踪站一圈就可以完成任务。

 

(3)一颗WorldView卫星需要地面站数量

 

一个地面站每天能够提供4个9分钟的跟踪弧段、WorldView-2每圈都进行一次数传,理论上一颗WorldView-2需要14/4=3.5个沿赤道均匀分布的地面站。理想条件下,4个WorldView在一个轨道面上相位间隔90°,同一个站接收相邻WorldView卫星的时间间隔约为90/4=15min>8.7,因此通过分时复用,理论上3.5个地面站可以完成4个WorldView卫星的遥感数据接收。

 

1.2.3 相机工作时长分析

 

以WorldView-1卫星一天取图67万平方公里为基础,分别计算卫星以条带、大区域和立体区域方式工作时每圈工作的次数和时间,结果是卫星一圈累计工作大约6min,全天工作效率6%。

 

 

1.2.4 测控信道

 

卫星遥测使用x波段下传,其速率为4、16、32或64kbps,存储的遥测数据速率为524kbit/s,遥控上行链路通过s波段完成,数据速率为2或64 kbps。

 

1.2.5 链路计算

 

WorldView卫星测控上行采用S频段、速率64kbps,测控下行采用X频段,其中遥测速率120kbps,遥测采用QPSK调制方式,遥控采用PSK调制方式。下图是基于阿拉斯加费尔班克斯站的遥测、遥控链路计算结果,可以看出链路余量远高于通常工程实际中的3dB要求,保证了遥测接收和指令发送的可靠性。

 

卫星轨道控制分析

四颗Worldview卫星都是通过火箭发射一次性的送入预定轨道,每个卫星在轨期间都进行了多次轨道高度和倾角控制,维持了太阳同步轨道特性并保持了10:30的降交点地方时不变。

 


 

2.1 轨道高度控制

 

下图是Worldview-1卫星在轨运行14年的轨道高度变化情况,可以看出每次半长轴控制量为km级左右,不同年份半长轴控制的频次差别很大,例如2012年5月~2013年5月控制了11次、2017年5月~2018年5月只控制4次。这是由于太阳活动造成的。


下图是SOHO探测器从1997年到2015年捕捉到太阳的倩影,状态越大、越亮表明活动越剧烈,可以看出2013~2015是太阳活动高年、2017年太阳活动低年,这个结论与上面控制次数的变化相吻合。


2.2 倾角控制

 

左下图是Worldview-1卫星在轨运行14年轨道期间倾角变化情况,可以看出在14年间只在2014年进行了一次倾角控制;右下图是Worldview-1卫星倾角值与太阳同步理论倾角差,可以看出卫星入轨时采用了0.15°的偏置控制策略。2014年的倾角控制,将倾角偏置增加到0.45°,维持2年后清零。

2.3 降交点地方时保持

 


下表是Worldview-2卫星11年期间降交点地方时变化情况,可以看出基本保持在10:30附近,保持的相当好,这是通过倾角合理偏置来实现的。

 

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