高分三号卫星雷达极化方式和分辨率

高分三号卫星1、发射经过2016年8月10日6时55分，中国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功将高分三号卫星发射升空。

这是中国首颗分辨率达到1米的C频段多极化（全极化）合成孔径雷达（SAR）成像卫星。

高分三号卫星由中国航天科技集团公司所属空间技术研究院研制。

长征四号丙运载火箭由中国航天科技集团公司所属上海运载火箭技术研究院研制。

此次发射任务是长征系列运载火箭的第233次发射。

2、工作方式高分三号卫星与之前发射的高分一号、高分二号、高分四号等卫星以及正在研制的高分五号、高分六号、高分七号等光学遥感卫星不同高分三号是作为相控阵雷达成像微波遥感卫星，与光学遥感卫星相比其最大的特点就是可以全天时全天候的成像能力，不管白天黑夜，也不管晴空或者雷雨多云，都可以随时对地成像。

高分三号总重量约2.8吨，装载一台大型的C频段合成孔径雷达（简称SAR），运行于平均轨道高度为755公里的太阳同步轨道，是国内首次设计采用滑动聚束成像模式和双孔径超精细成像模式，使得目标成像更为精细。

高分三号是世界上成像模式最多的合成孔径雷达（SAR）卫星，具有12种成像模式。

它不仅涵盖了传统的条带、扫描成像模式，而且可在聚束、条带、扫描、波浪、全球观测、高低入射角等多种成像模式下实现自由切换，既可以探地，又可以观海，达到“一星多用”的效果。

它将通过合成孔径技术与脉冲压缩技术，实现对海洋和陆地表面高分辨率（1m）二维图像的获取。

3、技术特点高分三号卫星为满足多用户需求在系统设计上进行了全面优化，具有高分辨率、大成像幅宽、多成像模式、长寿命运行等特点，主要技术指标达到或超过国际同类卫星水平。

高分三号卫星的成功发射是高分专项工程建设的又一重大成果。

许达哲表示，高分专项工程是“天眼”工程、创新工程、应用工程，也是军民融合深度发展的示范工程，为推进国家治理体系和治理能力现代化、服务国民经济和社会发展，发挥了重要的支撑作用。

工程全系统将深入贯彻创新、协调、绿色、开放、共享发展新理念，抓好卫星技术水平提升，扩大应用领域、拓展应用深度，计划到2020年左右，着力将高分专项工程打造成具有时空协调、全天时、全天候、全球范围观测能力的稳定运行系统。

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高分三号卫星详细参数及分辨率介绍
高分三号是我国首颗C频段多极化合成孔径雷达卫星，我们先分解来看。

所谓“C频段”意味着什么?航天科技集团五院高分三号卫星工程总师徐福祥介绍，根据功能和使命的不同，地球微波遥感探测卫星可以划分为L、S、C、X等频段，频率依次由低到高。

频率越低，穿透力越强，越高则穿透力越差。

打个比方，假如用这四种频段看一棵树，X频段只能看到树梢，L、S频段只能看到树根，C频段则介于两者之间，既能看到地表，也能看到树干。

因此，在对海洋、气象、减灾等环境和目标进行探测时，C频段的优势更为突出。

“多极化”是指极化方式，与利用可见光观测地球的兄弟姐妹相比，高分三号卫星是“高分家族”中唯一一颗合成孔径雷达卫星，它不需要借助光线，而是利用微波给地球照相“体检”。

电磁波发射分为水平波(H)和垂直波(V)，接收也
分为H和V。

单极化是指(HH)或者(VV)，就是水平发射水平接收或垂直发射垂直接收，如果你研究的是气象雷达领域那一般都是(HH)。

双极化是指在一种极化模式的同时，加上了另一种极化模式，如(HH)水平发射水平接收和(HV)水平发射垂直接收。

全极化技术难度最高，要求同时发射H和V，也就是(HH)(HV)(VV)(VH)四种极化方式。

而高分三号多极化包含上述所有极化方式，即单极化、双极化及全极化。

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高分三号卫星总体设计验证张庆君;刘杰;李延;齐亚琳;赵良波【摘要】高分三号(GF-3)卫星是我国民用"高分辨率对地观测系统重大专项"中唯一一颗微波成像卫星,也是我国第1颗1 m分辨率C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星,其定量化指标要求高,同时具有雷达天线质量、尺寸大,热控要求高,脉冲功率大,构型布局复杂等技术特点和难点.文章围绕GF-3卫星技术难点,系统阐述了卫星高定量化、高扩展性等总体设计特点及设计验证方法,并采用系统建模、模拟分析、地面试验和在轨测试等多种措施,确保卫星优良的图像质量和定量化应用能力,使其具备一定的在轨扩展能力.GF-3卫星设计和研制过程中采用的验证方法,可为后续SAR卫星的总体设计提供参考.%GF-3 satellite is the only microwave imaging satellite of the NHREOS (national high resolution earth observation system), as well as the first C-band multipolarity SAR (synthetic aperture radar)satellite with 1 m spatial revolution in China.The satellite has the requirement of high quantitative application index,as well as some technical characteristics and difficulties such as large mass and size of radar antenna, high requirement of thermal control,high power and complex structure at the same time.So in the paper,the system design characteristics and design verification methods are introduced such as high image quantification and high scalability. The high image quality and quantification application are achieved by using system modeling, simulation analysis, ground test and on-orbit test, which makes the satellite have on-orbit expansion ability.The verification methods adoptedin design and development process of GF-3 satellite can be used to system design of other SAR satellites.【期刊名称】《航天器工程》【年(卷),期】2017(026)005【总页数】7页(P1-7)【关键词】高分三号卫星;合成孔径雷达;总体设计;验证方法【作者】张庆君;刘杰;李延;齐亚琳;赵良波【作者单位】北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094;北京空间飞行器总体设计部,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V474.2合成孔径雷达(SAR)是一种主动式微波成像遥感器,通过发射宽带信号,结合合成孔径技术,能在距离向和方位向上同时获得二维高分辨率图像。

北京揽宇方圆信息技术有限公司高分三号卫星——世界主流C波段合成孔径雷达卫星简介高分三号卫星于1月23日正式投入使用，其性能与世界主流C波段SAR卫星相比如据新华社新闻，国防科工局于1月23日宣布，我国首颗1米分辨率合成孔径雷达（SAR）卫星高分三号23日正式投入使用。

该卫星将满足我国对高空间分辨SAR遥感数据的需求，主要应用于海洋监测、减灾救灾、气象和水利等领域。

合成孔径雷达技术是重要的对地遥感技术手段，合成孔径雷达卫星是装雷达为主要载荷的卫星，其通过自身发射电磁波并接收地物反射的回波，并进行复杂的信形成视觉效果类似黑白光学图片的合成孔径雷达图像。

由于其使用其自己发射的电磁波进电磁波对云、雨和雾霾等大气天气现象具有较强的穿透能力，使得合成孔径雷达卫星可以夜，以及被观测区域上方覆盖各种天气现象时，在特定时间对指定区域进行观测。

高分三号合成孔径雷达卫星并不是世界上第一颗C波段合成孔径雷达卫加拿大于2007年12月发射的RADARSAT-2卫星、欧空局分别于2014年4月和2016年4 Sentinel-1A和Sentinel-1B三颗卫星均工作在C波段。

本文就以这四颗卫星为例，对其分析。

首先我们用一个表格对这四颗卫星的总体参数进行大概梳理。

从表中可以看出，高分三号在最高分辨率和最大成像幅宽两个参数上，C波段SAR卫星，并且在设计寿命上面具有一定优势。

值得注意的是，高分三号和Senti 均选择了具有高极化隔离度的波导缝隙相控阵天线，使得其在多极化性能方面优于RADAR值得注意的是，这四颗C波段SAR卫星均选择了轨道高度为700-800km 道，与德国X波段TerraSAR-X卫星的509km轨道相差较大，这其中既有波段带来的影响需求带来的取舍（重访）。

如果用一张图同时表示这四颗卫星的轨道，那么从图中可以看出四颗卫星的星下点轨迹有差别但不是很大，Sentinel-大致分布于同一圆周的直径两边，可以将重访时间降低为单星运行的一半，高分三号和R 相对位置也如Sentinel-1系列相似，相比这是设计时任务规划的结果。

GF-3卫星参数
高分三号卫星参数
项目参数
卫星标识高分三号
运载火箭长征四号丙
发射地点中国太原卫星发射中心
卫星重量2779 kg
设计寿命8年
轨道高度755 km
轨道类型太阳同步回归晨昏轨道
波段C波段
天线类型波导缝隙相控阵
平面定位精度无控优于230 m（入射角20°-50°，3σ）
常规入射角20°～50°
扩展入射角10°～60°
成像模式名称分辨率/m 幅宽/km 极化方式
滑块聚束（SL） 1 10 单极化
条带成像模式
超精细条带（UFS） 3 30 单极化精细条带1（FSI） 5 50 双极化精细条带2（FSII）10 100 双极化标准条带（SS）25 130 双极化全极化条带1（QPSI）8 30 全极化全极化条带2（QPSII）25 40 全极化
扫描成像模式
窄幅扫描（NSC）50 300 双极化宽幅扫描（WSC）100 500 双极化全球观测成像模式(GLO) 500 650 双极化
波成像模式（WAV）10 5 全极化
高分一号、高分二号卫星详询Q/V-504411469。

北京揽宇方圆信息技术有限公司高分三号卫星雷达极化方式和分辨率高分三号卫星搭载的传感器是C频段多极化合成孔径雷达，是迄今为止世界上成像模式最多的星载合成孔径雷达，该雷达具有全极化电磁波收发功能，并涵盖了诸如条带、聚束、扫描等12种成像模式（表1）。

空间分辨率从1 m到500 m，幅宽10 km到650 km。

不仅能够用于大范围资源环境及生态普查，还能够清晰地分辨出陆地土地覆盖类型和海面目标，现了既可探地，又可观海，到“一星多用”的效果。

下面为高分三号卫星的12中成像模式的相关介绍。

表1 成像模式聚束模式：观测海面溢油现场尺度、岛礁的位置、面积、建筑物、地上交通线、重要水利工程、泥石流；进行城市规划监测、风景名胜区监测、经济普查与经济活动调查、统计重大项目投资监测、人口普查与城市住户调查、边境反恐监测、全球敏感区域监测、城市规划编制。

精细条带1模式：进行海冰表面拓扑、冰山、海面溢油、海岸尺度、洪涝、洪涝淹没范围、农牧林用地、防洪设施、生态格局动态、毒品原植物监测。

精细条带2模式：进行冰凌或海冰、堰塞水体、森林资源相关地类识别、农业普查、海岸带变迁、浅海地形、内波波长、波向、波速、振幅、深度监测。

标准条带模式：进行积雪范围、干旱范围、海冰监测、湖泊藻类、海洋藻类、海冰类型、冰区航道、海面溢油区域尺度、锋面和涡的位置尺度、舰船、海浪监测。

窄幅扫描模式：进行旱情、近海海冰、水体监测。

宽幅扫描模式：进行海冰外缘线、雪覆盖、雪深、极冰监测。

全极化条带1模式：进行农业普查统计、城市建设专题信息提取。

全极化条带2模式：进行积雪范围、干旱范围、海冰、湖泊藻类、海洋藻类监测。

波成像模式：进行海面风场风速、风向、水体监测、干旱、波长、波高、波向监测。

全球观测模式：进行冰融化阶段、内波、土壤水分、海面溢油、干旱、环境应急、极地冰川监测。

扩展低入射角模式：进行船舶、溢油、海冰、海岸带、海洋维权、海洋环境保护和防灾救灾监测。

中考热点科技关注——高分三号卫星2016年8月10日6时55分，高分三号卫星在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功发射升空。

高分三号卫星是中国高分专项工程的一颗遥感卫星，为1米分辨率雷达遥感卫星。

雷达遥感是卫星通过发射雷达脉冲，以获取地面物体反射信号及其图像并进行分析的遥感技术。

高分三号的功率达万瓦级，可以获取高性能的微波图像。

【解读】雷达是Radar的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置。

雷达脉冲：是指每隔相同时间向目标发射一个电磁波信号。

脉冲雷达用于测距，类似于超声波测距原理，尤其适于同时测量多个目标的距离（可以结合题目条件画出脉冲信号的s-t图像加以分析）。

雷达遥感：利用电磁波的反射、传递信息。

万瓦的数量级是104。

微波属于电磁波。

“1米分辨率”是指卫星获取的图像能识别不小于1米的地面目标，也就是说如果你把一袋厨房垃圾扔到河里的话，卫星是能看清的。

如果考估测题的话，可以提供一张地面物体的卫星图像，然后根据熟悉的物体尺寸估测未知物体的尺度等等。

卫星上的太阳帆板将太阳能转化为电能，为卫星提供能源，太阳帆板也叫太阳能电池板，基本原理是利用硅和某些金属的光电效应，在有关照时将太阳能转化为电能，多余电能以化学能的形式储存在蓄电池中，以供卫星、宇宙飞船在没有光照时提供电能。

【解读】太阳能帆板只能将光能转化为电能直接向外供电，其本身不能储存电能，即光照停止，光电转换随即停止。

储存电能的是另外的蓄电池，将太阳能帆板提供的多余电能转化为化学能储存。

太阳能的三种利用途径：光电、光热、光化转化。

高分三号卫星，具有不受光照和气候限制，全天候、全天时工作的特性，特别是对云层、地表植被、松散沙层和冰雪具有一定的穿透能力。

因此，它可以弥补卫星光学探测的不足，给人们提供更多、更为全面详尽的信息。

该卫星的发射和应用，把我国“高分”系统建设由可见光、热红外、远红外带入到微波辐射区，迎来了卫星微波遥感应用的新时代。

高分三号卫星高分三号卫星是我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）民用卫星，是高分对地观测系统的重要组成部分。

1. 高分三号卫星简介高分三号卫星是我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）卫星，于2016年8月发射。

高分三号卫星是高分辨率对地观测系统重大专项“形成高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和高精度观测的时空协调、全天候、全天时的对地观测系统”的目标的重要组成部分，能够获取可靠、稳定的高分辨率SAR图像，能够高时效的实现不同应用模式下1米至500米分辨率、10公里至650公里幅宽的微波遥感数据获取，服务于海洋环境监测与权益维护、灾害监测与评估、水利设施监测与水资源评价管理、气象研究及其他多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑，将改善我国民用天基高分辨率SAR数据全部依赖进口的现状，在引领我国民用高分辨率微波遥感卫星应用中起到重要示范作用。

2. 高分三号卫星指标介绍高分三高卫星包括12种成像模式（图1）：聚束、超精细条带、精细条带1、精细条带2、标准条带、窄幅扫描、宽幅扫描、全极化条带1、全极化条带2、波成像模式、全球观测成像模式、扩展入射角模式。

每种模式有各自的成像指标，高分三号卫星于8月10日成功发射后，15日首次开机成像下传数据，且完成了SAR载荷全部12种成像模式测试工作。

3、标准及行业应用产品生成高分三号卫星数据包括L0-L3级标准产品及L4级行业应用产品，标准产品的生产是高分三号卫星数据应用必不可少的处理步骤，它是生成4级行业应用产品的前提。

具体产品生成过程如下：（1）L0级产品聚焦处理SAR传感器接收的原始信号为RAW数据（L0级），需要利用聚焦算法对其进行成像处理生成斜距单视复数影像（SLC影像，L1级），SLC影像是用户常用的一种数据产品类型。

（2）L1级辐射定标产品生产由于多种误差源的存在，SLC数据存在辐射误差，为能精确反映地物回波特性，需要进行辐射定标处理，将输入信号转化为雷达后向散射系数。

基于高分三号全极化数据的西宁市城区地表地物变化检测靳生洪;辛兵厂;史磊;刘元旭【摘要】为了深入研究国产高分三号(GF-3)数据在测绘领域的适用性,科学评价数据的应用价值,文中基于青海省西宁市2017年9月21日和10月20日双时相全极化数据,在图像配准的基础上,采用H-Alpha-Wishart非监督分类法对西宁市城区地表地物进行了分类与变化检测研究,评价了GF-3数据在地物分类与变化检测中的可用性.试验证明:GF-3的全极化数据质量较为稳定,且GF-3分类精度优于90％、Kappa系数0.86,可以用于城区、植被、布拉格(Bragg)散射目标等地物的分类与变化检测,对自然资源调查以及常态化监测等相关应用具有一定实用价值.【期刊名称】《青海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(037)001【总页数】8页(P79-86)【关键词】高分三号;合成孔径雷达;变化检测;西宁市【作者】靳生洪;辛兵厂;史磊;刘元旭【作者单位】青海省基础地理信息中心,青海西宁810000;青海省基础地理信息中心,青海西宁810000;武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430000;青海省地理空间信息技术与应用重点实验室,青海西宁810000【正文语种】中文【中图分类】P231.5;TN957.52作为典型的主动遥感手段，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)通过发射线性调频信号实现对地表目标的全天时、全天候观测[1]。

随着微波技术的不断发展，近年来雷达观测技术已经逐渐由单极化逐渐转变为全极化观测。

全极化合成孔径雷达(Polarimetric SAR，PolSAR)通过交替发射—接收水平(H)—垂直(V)极化电磁波获取地物对应的全极化散射矩阵。

与传统单极化SAR相比，全极化PolSAR系统工作在H，V不同的收发极化组合下，能够比较地物在HH，HV，VH，VV极化通道的观测影像，获取地物的随机程度、散射类型等物理信息。

高分三号卫星是我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）卫星，于2016年8月10日发射。

高分三号卫星是高分辨率对地观测系统重大专项“形成高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率和高精度观测的时空协调、全天候、全天时的对地观测系统”的目标的重要组成部分，能够获取可靠、稳定的高分辨率SAR图像，并实现不同应用模式下1米至500米分辨率、10公里至650公里幅宽的微波遥感数据获取，服务于海洋环境监测与权益维护、灾害监测与评估、水资源评价管理、气象研究及其他多个领域，是我国实施海洋开发、进行陆地资源监测和应急防灾减灾的重要技术支撑，将改善我国民用天基高分辨率SAR数据全部依赖进口的现状，在引领我国民用高分辨率微波遥感卫星应用中起到重要示范作用。

项目参数
扩展入射角10°～60°
成像模式名称分辨率/m 幅宽/km 极化方式滑块聚束（SL） 1 10 单极化
条带成像模式
超精细条带（UFS） 3 30 单极化精细条带1（FSI） 5 50 双极化精细条带2（FSII）10 100 双极化标准条带（SS）25 130 双极化全极化条带1（QPSI）8 30 全极化全极化条带2（QPSII）25 40 全极化
扫描成像模式
窄幅扫描（NSC）50 300 双极化
宽幅扫描（WSC）100 500 双极化
全球观测成像模式
(GLO)
500 650 双极化
波成像模式（WAV）10 5 全极化
扩展入射角（EXT）低入射角25 130 双极化高入射角25 80 双极化
高分三号数据获取中景视图
GF-3卫星参数。