全球环境监测立方星系统

1.本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种可对海洋核污染以及大气中温室气体进行监测的全球环境监测立方星系统。


背景技术：

2.海洋资源是人类生存必不可少的重要资源。原子能目前最广泛的应用就是核能发电，核电站具有低污染、高能量等优势，具有很大的发展前景，受到世界各国的重视。但是核电站一旦发生事故，导致核电站内部放射性物质泄露，会对核电站周边乃至世界环境带来严重灾难。一旦放射性物质泄露并进入海洋，将会对海洋生态系统产生极大的危害，同时会导致致命的放射线物质通过饮用水、海产品等进入人体直接危害人类的生命健康。因此，海洋核污染是一类具有重大威胁的环境问题，对海洋核污染的快速环保监测势在必行。
3.另外，全球气候变暖是由于温室效应不断积累，导致地气系统吸收与发射的能量不平衡，能量不断在地气系统累积，从而导致温度上升，造成全球气候变暖。全球变暖可能导致全球降水量分布大变、冰川冻土消融、海平面上升、极端天气事件增多等现象。大气中主要的温室气体就是二氧化碳。随着工业生产的扩大、机动车辆数量增加等原因，温室气体的排放量与日俱增。因此，对大气中的二氧化碳进行实时监测尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述问题，提供一种全球环境监测立方星系统，本发明利用卫星遥感技术，对海洋核污染以及大气温室气体浓度进行监测，旨在解决现阶段无法全方位全时的对海洋核污染以及对大气中二氧化碳浓度进行监测的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出一种全球环境监测立方星系统，该系统能够监测地球的温室气体浓度和来源，同时监测地球的海洋核污染。
6.具体技术方案如下：一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，该系统由3颗不共面的立方星构成，立方星采用6u大小的长方形本体与展开太阳翼的构形，具备三轴稳定的姿态控制能力，该系统包括综合信息管理模块、姿控模块、电源模块以及数据处理与传输模块。
7.进一步的，综合信息管理模块负责立方星在轨飞行任务的管理及控制，由多块插板式的计算机处理板组成。
8.进一步的，姿控模块负责立方星的姿态控制，包括1个太阳敏感器、2个星敏感器、3个反作用飞轮和1个机械陀螺。
9.进一步的，电源模块负责立方星的电源管理与配电，包括展开式太阳电池板、电源管理单片机和蓄电池，其中蓄电池采用与侧面舱板一体化设计的多功能锂电池结构形式，有效增加了星内的空间。
10.进一步的，数据处理与传输模块负责对相机载荷获取的地面图像信息进行预处理。
11.进一步的，立方星的有效载荷包括可见光红外一体多光谱相机和物联网载荷，所述多光谱相机能探测目标的光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据，能监测海洋中海藻这些海洋生物的生长情况、海水水色变化以及大气中co2对特殊光谱的吸收情况；物联网载荷终端是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。
12.进一步的，所述监测海洋中海藻这些海洋生物的生长情况、海水水色变化主要是指海洋藻类植物对海水颜色影响较大，包括硅藻、绿藻、蓝藻、红藻、褐藻，当核污染放射性物质进入海洋，富集的核素使得海洋生物受到内照射或外照射发生疾病、死亡，造成海水的富营养化，同时，由于大多数蓝藻的抗核辐射能力较强，硅藻、绿藻和红藻则相对较弱，富营养化海水使得蓝藻大量繁殖，而蓝藻属于原核生物，富含叶绿素，大量繁殖的蓝藻使得海洋中的叶绿素将会达到原水平的1.5-2倍左右，引发海洋水体的颜色发生改变，在蓝绿波段出现强烈的吸收，在红色和近红外波段有强烈的散射，因而呈现特征的褐色，因此，采用蓝色、绿色和红色以及近红外光学通道的多光谱相机对海洋成像，可间接观测出海洋放射性物质分布，进而可以实现核辐射水污染变化监视。
13.进一步的，物联网载荷中，基于lora的卫星物联网方案中立方星系统物联网终端采用lora调制技术，并根据通信情景进行适应性改造。
14.进一步的，星载lora物联网载荷包括存储器、mcu、电源模块、功放/lna模块、can通信接口、28v供电接口和uart数据接口，lora模块实现数据的调制解调功能、自组网功能；存储器实现对接收到的数据进行存储的功能；功放/lna为双向放大器，可承担发射时功率放大和接收时低噪放的功能，mcu实现对数据流的读取和写入操作，并对lora模块的参数进行配置的功能。
15.进一步的，该系统主要有三种运行模式：
16.1)全球普查模式
17.日常运行时，系统处于全球普查模式，在全球普查模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星通过侧摆控制遥感载荷进行天底穿轨扫描，以最大地面覆盖方式对全球进行监测，并将数据传输至地面站负责收集过顶卫星每轨的遥感数据，生成全球的温室气体浓度分布图、全球海洋放射性物质含量分布图和其他精加工的高级数据；
18.2)区域详查模式
19.当需要对特定国家或地区进行碳排查，或对某一隐患核电站附近海域进行特别监视时，系统运行区域详查模式，在区域详查模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星自主规划区域扫描姿态序列，进行姿态控制，对特定区域进行详查，实现重返周期内目标区域的最长时间监测，具体地，首先针对目标区域进行立方星扫描姿态序列规划；随后地面站向卫星上注相关姿态指令；地面站负责收集过顶卫星每轨的遥感数据和浮标数据，生成目标区域的温室气体浓度分布图、区域海洋放射性物质含量分布图和特定时间区间碳排放量估计数据；
20.3)应急响应模式
21.当某一地区由于火山爆发、森林火灾、爆炸事故，或者某一临海核电站核污水泄露时，通过地面站人工触发应急响应模式，在应急响应模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星通过姿态控制对热点地区进行凝视观测，实现重返周期内热点区域的最长时间监测，随后，地面站向卫星上注或者卫星自主规划对相应浮标所在区域进行凝视成像指令，
地面数据处理子系统结合收集的过顶卫星每轨的遥感数据和浮标数据生成事故区域的温室气体浓度分布图、海洋放射性物质含量分布图、温室气体传播预测图和海洋放射性物质传播预测图。
22.和现有技术相比，本发明具有下述优点：综合了精度高、响应快的地面监测手段以及立方星系统覆盖范围广的优势，可以对全球可能发生的核泄露事故进行快速、有效地预警，并准确预测核污染放射性物质的扩散传播路径。集成了对海洋核污染监测以及对大气二氧化碳浓度监测的功能，以较小的卫星实现了较多的功能。并满足了实现相应功能的根源供应。
23.其一，实现了对海洋核辐射的快速预警与长周期监测相结合
24.其二，综合了海洋核辐射监测和大气温室气体监测相结合
25.其三，卫星包络、质量较小，便于发射。
附图说明
26.图1是全球环境监测立方星系统示意图；
27.图2是立方星示意图；
28.图3是立方星组成系统示意图；
29.图4是星载lora物联网载荷的构成示意图。
30.附图标记：1、测控天线，2、测控单元，3、物联网天线，4、数据传输单元，5、相机主载荷，6、电源模块，7、陀螺，8、飞轮，9、综合信息管理模块，10、数据处理与传输模块，11、星敏感器，12、太阳敏感器，13、立方星星座系统，14、海洋，15、大气，16、物联网载荷，17、可见光红外一体相机，18、大气温室气体监测，19、海洋核污染监测。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图1-4，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
32.为构建高时效性、高精度的全球温室气体和海洋污染监测星座系统，满足相机和物联网载荷的工况要求，结合星座总体任务设计，卫星星座设计应满足如下指标要求：
33.(1)为实现对全球温室气体和海洋环境的覆盖监视，实现温室气体扩散分析和排放源定位，星座需满足24小时内对全球大气层实现覆盖观测，地表覆盖率大于90％，其中，全球陆地(两极地区除外)覆盖率达到100％；
34.(2)为实现对全球海洋污染，尤其是核污染的监视、预警和污染源定位，星座需满足12小时内对全球所有核电站实现全覆盖，单次观测时长大于5秒；
35.(3)为满足相机、物联网天线等载荷的观测通信要求，卫星轨道高度不超过550km。
36.在所述基本指标要求的基础上，为降低系统造价、减小运维开销，应在充分利用卫星机动观测能力、充分考虑目标分布特性的基础上，优化星座构型设计。考核卫星姿态机动和稳定性能、考核载荷观测能力，认定单颗卫星具备45
°
侧摆观测能力，即认为单颗卫星具备45
°
半视场角的等效视场。
37.导入全球地理信息和核电站位置信息，利用寻优方法迭代计算覆盖性能，得到3立方星最小星座，卫星星座由三组不共面的立方星组成，其轨道根数如表1所示。
38.表1星座轨道根数
39.符号轨道根数参数a半长轴6928.137kme偏心率0i轨道倾角78
°△
ω升交点赤经差26.098
°△
ω近地点角距差0
°△
f真近点角差140.662
°
40.即，相邻轨道面之间的升交点赤经差为26.098
°
，相邻轨道面对应序号的立方星之间近点角相位差为140.662
°
。
41.星座观测能力验证，以utcg时间2022年1月1日0时为历元时刻t0，对星座的观测覆盖能力进行仿真验证。取历元时刻的星座空间位置如表2所示。
42.表2历元时刻星座空间位置
43.序号升交点赤经近地点角距真近点角147
°0°0°
273.098
°0°
140.662
°
399.196
°0°
281.324
°
44.根据仿真结果，3立方星星座在24小时内实现了对全球温室气体的覆盖观测，观测覆盖率达到92％，其中，84
°
纬度以下的陆地地区观测覆盖率达到100％，符合星座总体任务要求。
45.根据仿真结果，3立方星星座在12小时内实现了对全球核电站的全覆盖，单个核电站的覆盖时长大于5秒，符合星座设计的总体要求。
46.一种全球环境监测立方星系统，该系统由3颗不共面的立方星构成，立方星采用6u大小的长方形本体与展开太阳翼的构形，具备三轴稳定的姿态控制能力，该系统包括综合信息管理模块9、姿控模块、电源模块6以及数据处理与传输模块10。立方星的性能指标见下表3所示。
47.进一步的，综合信息管理模块9负责立方星在轨飞行任务的管理及控制，由多块插板式的计算机处理板组成。
48.进一步的，姿控模块负责立方星的姿态控制，包括1个太阳敏感器12、2个星敏感器11、3个反作用飞轮8和1个机械陀螺7。
49.进一步的，电源模块6负责立方星的电源管理与配电，包括展开式太阳电池板、电源管理单片机和蓄电池，其中蓄电池采用与侧面舱板一体化设计的多功能锂电池结构形式，有效增加了星内的空间。
50.进一步的，数据处理与传输模块10负责对相机主载荷5获取的地面图像信息进行预处理。
51.表3立方星(6u)的主要性能指标
[0052][0053]
进一步的，立方星的有效载荷包括可见光红外一体多光谱相机17和物联网载荷16，所述多光谱相机能探测目标的光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据，能监测海洋中海藻这些海洋生物的生长情况、海水水色变化以及大气中co2对特殊光谱的吸收情况；物联网载荷终端16是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。
[0054]
温室气体的探测原理：
[0055]
大气中的co2、ch4、h2o等气体分子，对不同谱段的光的吸收能力不同，因此可以采用多光谱相机，分别对地面反射的谱段位于被监测气体强吸收带中心和弱吸收带中心的光进行观测，同时对太阳在该两个谱段的光进行定标。采用路径积分差分吸收的方法，通过对这两个谱段的波的强度信息进行比较可以提取出其中有关监测气体浓度的信息。
[0056]
表4主要大气分子的红外光谱吸收带
[0057]
气体成分强吸收带中心波长/μm弱吸收带中心波长/μmh2o1.4/1.9/2.7/6.3/13.0-100000.9/1.1co22.7/4.3/14.71.4/1.6/2.0/5.0/9.4/10.4o34.7/9.6/14.13.3/3.6/5.7ch43.3/3.8/7.7nonen2o4.5/7.83.9/4.1/9.6/17.0co4.72.3
[0058]
以co2气体监测为例，co2的浓度可以通过对比在红外谱段的co2高吸收率光谱谱段的地面反射光强度和co2低吸收率光谱谱段的地面反射光强度的比值，并根据太阳定标的各个光谱初始值，计算星下点co2浓度。其中，对于单个谱段，公式如下：
[0059][0060]
式中，i(λ)光谱实时值，i0(λ)为光谱初始值，λ为波长，l为光程，σi(λ)和σi'(λ)分别表示随波长缓慢变化的“宽带”吸收截面和快速变化的“宽带”吸收截面，σi’(λ)也称为差分吸收截面，ci为被测气体的浓度，εr(λ)和εm(λ)分别表示瑞利散射和米氏散射系数。
[0061]
为了排除其他气体成分的影响，可采用双谱段差分的方式，对计算出的浓度数据进行修正，得出更为精确的co2浓度。
[0062]
进一步的，所述监测海藻这些海洋生物的生长情况、海水水色变化主要是指海洋藻类植物对海水颜色影响较大，包括硅藻、绿藻、蓝藻、红藻、褐藻，当核污染放射性物质进入海洋，富集的核素使得海洋生物受到内照射或外照射发生疾病、死亡，造成海水的富营养化，同时，由于大多数蓝藻的抗核辐射能力较强，硅藻、绿藻和红藻则相对较弱，富营养化海水使得蓝藻大量繁殖，而蓝藻属于原核生物，富含叶绿素，大量繁殖的蓝藻使得海洋中的叶绿素将会达到原水平的1.5-2倍左右，引发海洋水体的颜色发生改变，在蓝绿波段出现强烈的吸收，在红色和近红外波段有强烈的散射，因而呈现特征的褐色，因此，采用蓝色、绿色和红色以及近红外光学通道的多光谱相机对海洋成像，可间接观测出海洋放射性物质分布，进而可以实现核辐射水污染变化监视。具体包括如下步骤：
[0063]
1)当核污染放射性物质进入海洋，富集的核素使得海洋生物受到内照射或外照射发生疾病、死亡，造成海水的富营养化，而大多数蓝藻的抗核辐射能力较强，富营养化海水使得蓝藻大量繁殖，大量繁殖的蓝藻使得海洋中的叶绿素a将会达到原水平的1.5-2倍左右，引发海洋水体的颜色发生改变，在蓝绿波段出现强烈的吸收，在红色和近红外波段有强烈的散射，因而呈现特征的褐色；
[0064]
2)在卫星上安装具有蓝色、绿色和红色以及近红外光学通道的多光谱相机对海洋成像，并对卫星上的多光谱相机传回地面的影像数据进行处理；
[0065]
3)利用处理后的多光谱相机传回地面的影像数据反演海洋水体的叶绿素a浓度；
[0066]
叶绿素a是海洋中浮游植物普遍含有的色素，其浓度可在一定程度上反映海洋中浮游植物的生物量，当海面叶绿素浓度增加，685nm波段的反射强度升高，将处理后的影像数据转化为遥感反射率值，然后经过标准经验算法计算出海洋水体中的叶绿素a浓度信息；
[0067]
4)根据海洋水体的叶绿素a浓度反演海洋水体中核辐射浓度；
[0068]
海洋中蓝藻繁殖情况可简化为s型曲线，当生物量达到一定程度时，受到养分总量影响，种群数量存在着环境所允许的最大容量k，当种群数量达到k时，种群数量将停止增长，即此时的增长率为0，有时会在最大值上下保持相对稳定，因海水受到核废水污染，其他生物死亡，海水中养分增加，从而k值增大，体现为叶绿素a含量增多；
[0069]
卫星入轨后，通过对各地海洋水色的观测反演，对k值进行定标，当某海域k值达到正常值的2倍以上时，并结合当地实际情况判断该海洋水体是否存在核废水污染；
[0070]
若存在核污染，采用如下函数计算海洋水体中核辐射的浓度a(x)：
[0071]
a(x)＝bf(y)+c
[0072]
其中，a(x)表示海洋水体中核辐射的浓度，f(y)为海洋水体中的叶绿素a的浓度，b、c为系数。
[0073]
进一步的，对卫星上的多光谱相机传回地面的影像数据进行处理的方法如下：
[0074]
a.对卫星上多光谱相机传回地面的影像数据进行辐射定标，辐射定标就是将多光谱相机每个探测单元记录的灰度值dn转换成具有实际物理意义的实际地物辐射亮度的过程，利用如下公式可以将卫星多光谱相机的观测计数值dn转换成等效表观辐射亮度数据：
[0075]
l＝c
·
dn+b
[0076]
式中，l为某个波段光谱转换后辐射亮度，dn为卫星多光谱相机的灰度值；c为定标斜率，b为定标截距，c、b为常数；
[0077]
b.对辐射定标后的数据进行大气校正
[0078]
辐射定标后的数据需要进行大气校正，经大气校正后就可以消除大气散射、吸收、反射引起的误差，获得实际反射率，大气校正后海面光谱曲线更接近真实值，采用flaash大气校正模型对辐射定标后的数据进行大气校正，flaash大气校正模型先是对邻近的像元效应进行校正后再对整辐影像的能见度进行计算，flaash大气校正模型能够生成卷云与薄云的分类影像，对光谱进行平滑和消除噪声，通过flaash大气校正模型进行大气校正后，由于去除了水汽这些大气影响因素，影像会变清晰，色彩更加真实，光谱谱线更加接近真实地物谱线，根据多光谱相机的影像自身信息进行参数设置，并输出影像大气校正后结果；
[0079]
c.海洋区域提取
[0080]
大气校正后的整幅影像包括海洋区域和陆地区域，在反演计算过程中只需要海洋区域参与计算，因此需将海洋区域范围提取出来，采用归一化差异海洋水体指数法提取海洋水体范围；
[0081]
归一化差异海洋水体指数基于海洋水体在绿色波段上反射率极高，而在红外波段上则吸收很强，因此，提出归一化海洋水体指数：
[0082]
(green-nir)/(green+nir)》t
[0083]
green代表绿色波段，nir代表红外波段，t代表提取阈值。
[0084]
进一步的，在远海海域，蓝藻的近红外谱段反射率较高，而红光反射率较低，归一化差异海洋水体指数作为监测海洋水色的主要监测谱段之一，能较好地反应陡坡效应且提高监测效率。
[0085]
进一步的，在近海海域，因为海水较浅，水下的泥沙也会影响到红光和近红外谱段的反射情况，同时因为沿海核电站放射性物质泄漏，最先影响到的近岸海域，此外，其他海洋中植物数量的变化也会引起归一化差异海洋水体指数的变化，蓝藻中含有大量的叶绿素a，而除了近红外谱段外，叶绿素a在433nm-453nm波长谱段存在吸收峰，在480nm-500nm、510nm-530nm、555nm-575nm波长谱段为高反射区域，因此，可设置上述谱段对近海海域进行观测。
[0086]
进一步的，物联网载荷16中，基于lora的卫星物联网方案中立方星系统物联网终端采用lora调制技术，并根据通信情景进行适应性改造。
[0087]
表5物联网通信系统性能参数
[0088]
项目指标参数工作频率470-510mhz工作带宽500khz扩频因子9编码效率4/5数据速率(编码前/后)8789/7031接收灵敏度-122dbm接收解调信噪比-12.5db星地通信距离大于2100km
[0089]
进一步的，星载lora物联网载荷包括存储器、mcu、电源模块、功放/lna模块、can通信接口、28v供电接口和uart数据接口，lora模块实现数据的调制解调功能、自组网功能；存储器实现对接收到的数据进行存储的功能；功放/lna为双向放大器，可承担发射时功率放
大和接收时低噪放的功能，mcu实现对数据流的读取和写入操作，并对lora模块的参数进行配置的功能。
[0090]
进一步的，基于立方星星座的天地一体化环保监测系统主要有三种运行模式：
[0091]
1)全球普查模式
[0092]
日常运行时，系统处于全球普查模式，在全球普查模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星通过侧摆控制遥感载荷进行天底穿轨扫描，以最大地面覆盖方式对全球进行监测，并将数据传输至地面站负责收集过顶卫星每轨的遥感数据，生成全球的温室气体浓度分布图、全球海洋放射性物质含量分布图和其他精加工的高级数据；
[0093]
2)区域详查模式
[0094]
当需要对特定国家或地区进行碳排查，或对某一隐患核电站附近海域进行特别监视时，系统运行区域详查模式，在区域详查模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星自主规划区域扫描姿态序列，进行姿态控制，对特定区域进行详查，实现重返周期内目标区域的最长时间监测，具体地，首先针对目标区域进行立方星扫描姿态序列规划；随后地面站向卫星上注相关姿态指令；地面站负责收集过顶卫星每轨的遥感数据和浮标数据，生成目标区域的温室气体浓度分布图、区域海洋放射性物质含量分布图和特定时间区间碳排放量估计数据；
[0095]
3)应急响应模式
[0096]
当某一地区由于火山爆发、森林火灾、爆炸事故，或者某一临海核电站核污水泄露时，通过地面站人工触发应急响应模式，在应急响应模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星通过姿态控制对热点地区进行凝视观测，实现重返周期内热点区域的最长时间监测，随后，地面站向卫星上注或者卫星自主规划对相应浮标所在区域进行凝视成像指令，地面数据处理子系统结合收集的过顶卫星每轨的遥感数据和浮标数据生成事故区域的温室气体浓度分布图、海洋放射性物质含量分布图、温室气体传播预测图和海洋放射性物质传播预测图。
[0097]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，该系统由3颗不共面的立方星构成，立方星采用6u大小的长方形本体与展开太阳翼的构形，具备三轴稳定的姿态控制能力，该系统包括综合信息管理模块、姿控模块、电源模块以及数据处理与传输模块。2.根据权利要求1所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，综合信息管理模块负责立方星在轨飞行任务的管理及控制，由多块插板式的计算机处理板组成。3.根据权利要求1所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，姿控模块负责立方星的姿态控制，包括1个太阳敏感器、2个星敏感器、3个反作用飞轮和1个机械陀螺。4.根据权利要求1所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，电源模块负责立方星的电源管理与配电，包括展开式太阳电池板、电源管理单片机和蓄电池，其中蓄电池采用与侧面舱板一体化设计的多功能锂电池结构形式，有效增加了星内的空间。5.根据权利要求1所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，数据处理与传输模块负责对相机载荷获取的地面图像信息进行预处理。6.根据权利要求1所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，立方星的有效载荷包括可见光红外一体多光谱相机和物联网载荷，所述多光谱相机能探测目标的光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据，能监测海洋中海藻这些海洋生物的生长情况、海水水色变化以及大气中co2对特殊光谱的吸收情况；物联网载荷终端是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。7.根据权利要求6所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，所述监测海洋中海藻这些海洋生物的生长情况、海水水色变化主要是指海洋藻类植物对海水颜色影响较大，包括硅藻、绿藻、蓝藻、红藻、褐藻，当核污染放射性物质进入海洋，富集的核素使得海洋生物受到内照射或外照射发生疾病、死亡，造成海水的富营养化，同时，由于大多数蓝藻的抗核辐射能力较强，硅藻、绿藻和红藻则相对较弱，富营养化海水使得蓝藻大量繁殖，而蓝藻属于原核生物，富含叶绿素，大量繁殖的蓝藻使得海洋中的叶绿素将会达到原水平的1.5-2倍左右，引发海洋水体的颜色发生改变，在蓝绿波段出现强烈的吸收，在红色和近红外波段有强烈的散射，因而呈现特征的褐色，因此，采用蓝色、绿色和红色以及近红外光学通道的多光谱相机对海洋成像，可间接观测出海洋放射性物质分布，进而可以实现核辐射水污染变化监视。8.根据权利要求6所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，物联网载荷中，基于lora的卫星物联网方案中立方星系统物联网终端采用lora调制技术，并根据通信情景进行适应性改造。9.根据权利要求8所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，星载lora物联网载荷包括存储器、mcu、电源模块、功放/lna模块、can通信接口、28v供电接口和uart数据接口，lora模块实现数据的调制解调功能、自组网功能；存储器实现对接收到的数据进行存储的功能；功放/lna为双向放大器，可承担发射时功率放大和接收时低噪放的功能，mcu实现对数据流的读取和写入操作，并对lora模块的参数进行配置的功能。10.根据权利要求1-9中任一项所述的一种全球环境监测立方星系统，其特征在于，该系统主要有三种运行模式：1)全球普查模式日常运行时，系统处于全球普查模式，在全球普查模式下，立方星系统运行在预定的轨
道上，立方星通过侧摆控制遥感载荷进行天底穿轨扫描，以最大地面覆盖方式对全球进行监测，并将数据传输至地面站负责收集过顶卫星每轨的遥感数据，生成全球的温室气体浓度分布图、全球海洋放射性物质含量分布图和其他精加工的高级数据；2)区域详查模式当需要对特定国家或地区进行碳排查，或对某一隐患核电站附近海域进行特别监视时，系统运行区域详查模式，在区域详查模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星自主规划区域扫描姿态序列，进行姿态控制，对特定区域进行详查，实现重返周期内目标区域的最长时间监测，具体地，首先针对目标区域进行立方星扫描姿态序列规划；随后地面站向卫星上注相关姿态指令；地面站负责收集过顶卫星每轨的遥感数据和浮标数据，生成目标区域的温室气体浓度分布图、区域海洋放射性物质含量分布图和特定时间区间碳排放量估计数据；3)应急响应模式当某一地区由于火山爆发、森林火灾、爆炸事故，或者某一临海核电站核污水泄露时，通过地面站人工触发应急响应模式，在应急响应模式下，立方星系统运行在预定的轨道上，立方星通过姿态控制对热点地区进行凝视观测，实现重返周期内热点区域的最长时间监测，随后，地面站向卫星上注或者卫星自主规划对相应浮标所在区域进行凝视成像指令，地面数据处理子系统结合收集的过顶卫星每轨的遥感数据和浮标数据生成事故区域的温室气体浓度分布图、海洋放射性物质含量分布图、温室气体传播预测图和海洋放射性物质传播预测图。

技术总结
本申请提供一种全球环境监测立方星系统，该系统由3颗不共面的立方星构成，立方星采用6u大小的长方形本体与展开太阳翼的构形，具备三轴稳定的姿态控制能力，该系统包括综合信息管理模块、姿控模块、电源模块以及数据处理与传输模块。该系统能够监测地球的温室气体浓度和来源，同时监测地球的海洋核污染。同时监测地球的海洋核污染。同时监测地球的海洋核污染。


技术研发人员：罗青 范才智 白相如 段富强 袁浩 季浩然 张诗靖 孔希 王成龙 韩蕊蔓
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/20