CN111989588A - 用于地球观测的对称多基地雷达星座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于地球观测的卫星星座和多种相关方法。一种方法包括利用至少四个卫星的星座朝向地球发射一组至少四个探测信号和利用所述星座从地球接收一组至少四个反射信号。所述方法还包括利用一组至少四个信号分析器分析该组至少四个信号以获得数据组。所述星座中的各个卫星各自容纳该组至少四个信号分析器中的信号分析器。所述方法还包括利用所述数据组推导该组地球观测。各个卫星从所述星座中的每个其它卫星接收该组至少四个信号中的信号。

Description

用于地球观测的对称多基地雷达星座
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2018年3月5日的第15/912,041号美国专利申请的权益。
背景技术
在地球轨道上存在一千个以上的有源卫星。这些卫星的任务就范围和目标而言变化很大，并且包括提供观测服务、通信服务和定位服务的任务。传统上，许多卫星项目已集中于用于任务执行的单个平台。单个平台模式仍广泛采用，其中NASA和NOAA所采用的当前观测任务包括成本超过三十亿美元/卫星的多用途观测平台。然而，现代任务包括组合工作的由几个卫星构成的星座所执行的那些，全球导航卫星系统(GNSS)现今由一致操作的卫星星座来提供，诸如GPS、GLONASS、伽利略和北斗星座。通信任务传统上也集中于负责广播至给定地理区域的单个平台。然而，该行业已发展成包括卫星星座的使用，并且利用Ku频带或Ka频带光谱的大型低地球轨道(LEO)卫星星座当前发展成提供基于卫星的不同互联网通信。成像观测任务现今通常由卫星星座来执行以增加可成像并可减少延迟的区域。此外，诸如GeoOptics的多家公司当前正在开发用于其它类型的地球观测任务(诸如大气环境无线电占用(RO))的立方体卫星。
较不昂贵的较小卫星的使用已提供广泛范围的观测范式的成本和性能视角的益处。例如，关于光学成像改善，一些私营公司已利用以特定编队飞行的立方体卫星以提供地球的更全面且最新图像，该益处在于更多地方的更多眼睛得到更多信息。然而，星座还提供关于其能够关联和比较相同现象的观测以增强信息回波的益处。这样，RO观测已得益于星座的使用。RO涉及观测无线电信号的变化，该无线电信号穿过介质以获得关于该介质的信息。例如，以由GNSS所产生的无线电信号所进行的RO可提供关于气球大气环境的信息。参见文献：T.P.Yunck and G.A.Hajj,Global Navigation Satellite Sounding of theAtmosphere and GNSS Altimetry:Prospects for Geosciences,Jet propulsionLaboratory,CA Inst.Of Tech.,Pasadena,CA,1987。涉及两个或更多个卫星的当前RO任务包括德国的TerraSAR-X和Tandem-X雷达成像系统以及中国台湾的GNSS RO卫星的COSMIC系统。除了RO之外，卫星星座还已视为潜在运载工具以用于获得关于地球表面的测高和其它测量结果。例如，NASA资助的旋风全球导航卫星系统(Cyclone Global NavigationSatellite System,CYGNSS)以这样的希望进行设计：能够以卫星星座被动地观测离开地球的GNSS信号的反射以获得关于海洋表面风的信息。
发明内容
本发明公开了一种用于地球观测的卫星星座和多种相关方法。如本文所用，术语地球观测包括由卫星出于获得关于地球表面或大气环境的信息的目的所进行的所有测量。例如，地球观测包括：全球海洋、冰和陆地测高、全球海洋散射测量；表面地形；大气环境和表面温度感测；植物陆地覆盖和林冠高度感测；地质雷达探测；三维电离层绘图；和其它观测。从这些观测所搜集的信息可通过额外分析进行复合以获得其它地球观测，诸如沿岸海面高度、表面矢量风、冰川消退、土壤水分变化、全球温度变化、森林砍伐，和其它更复杂观测。星座可包括许多个体卫星以同时获得地球上单个位置的多个测量结果，或迅速地获得整个地球的测量结果。
在某些手段中，星座中的每个卫星可配置成将探测信号发射至地球的表面并从地球的表面接收探测信号。因此，相比于其中一个装置发射探测信号并且另一个装置或另一组装置接收那些探测信号的非对称系统，星座能够是对称的，其中所有卫星同时或依次地用作发射器和接收器。此外，星座中的卫星可配置成既将信号发射至星座中的其它卫星，也从星座中的其它卫星接收信号。因此，相比于其中一个装置发射探测信号并且还接收该探测信号的单基地系统，星座可为双基地的或多基地的。此外，卫星在某些手段中可在类似或等同海拔下编队飞行。在某些手段中，星座将包括至少四个卫星。然后，该组至少四个卫星可从多个视角(但具有相同观测角度)生成地球表面上单个位置的两组正向散射观测。这提供了关于系统执行如下文所描述的准确散射测量的能力的显著益处。
在某些手段中，由星座中的卫星所发射的探测信号可以唯一编码方式进行编码，该唯一编码方式对于生成该信号的星座中的个体卫星为特定的。在某些手段中，该唯一编码方式经由伪随机噪声代码(PN代码)调制来实现。因此，所接收探测信号的源可利用易得PN代码接收器通过接收卫星进行确定，并且发射卫星利用易得PN代码发射器可生成该编码方式。此外，不考虑编码方式如何执行，星座得益于能够确定所接收信号的源，从而使在信号上执行的测量更有意义。例如，如果所接收信号相比于基线以程度“X”衰减并且该信号的源为距离“Y”，那么衰减和距离可均用于提供关于信号行进通过的介质和/或信号反射离开地球表面的方式的信息。
在某些手段中，星座可位于低地球轨道(LEO)上。这提供了某些益处：所发射探测信号无需遥远地行进，并且系统可关于最小质量或功率进行设计，或可设计成利用以其它方式将不可用的频率。星座可设计成表现出500km的标称单元海拔，使得相比于处于地球同步轨道上的卫星，其发射器需要远远较小的功率和/或天线尺寸。另外，LEO上的卫星将能够利用向上面向天线而准确地确定其位置，该向上面向天线可从高地球轨道上的GNSS网络(诸如GPS星座)接收信号。
图1提供了涉及卫星星座100的概念的图示，卫星星座100用于相对于地球表面发射和接收探测信号两者。探测信号通过将星座100中的卫星连接至地球101的表面的线来示出。例如，单基地探测对102将卫星103连接至地球101的表面。在该图的上半部中，为清晰起见，仅示出单基地发射信号。单基地探测对通过一对探测信号来形成：从卫星发送至地球表面的所发射探测信号，和反射离开地球返回至卫星的反向散射信号。在该图的下半部中，全多基地发射信号连同单基地发射信号一起示出。双基地探测对通过一对探测信号来形成：从卫星发送至地球表面的所发射探测信号，和反射离开地球至星座中另一卫星的正向散射信号。因此，线104和106可包括两组探测信号，因为卫星105和卫星103可各自发射至其配对卫星和从其配对卫星接收。
由星座(诸如星座100)所生成的可用观测的数量为极大的。如所示，星座中的各个卫星(除了发射卫星之外)可各自接收唯一正向散射信号(源于星座中的任何发射卫星)。因此，由于“n”等于星座中卫星的数量，观测的数量由于正向散射信号为n(n-1)，并且全组观测(包括从属于单基地反向散射观测的那些)为n2。此外，所提供数量的正向散射信号仅为离开均匀隔开观测点的第一正向散射的观测的数量，这些观测首先从发射卫星的发射脉冲到达。如将描述，单基地观测和双基地观测两者的数量可通过以下方式急剧地增加：在任何点执行离开星座的轨道轴线并横穿星座的轨道轴线的测量；波束操纵星座的天线；和在探测信号上执行各种形式和组合的时间、频率或基于代码的选通。
术语“信号”在本文用于指代系统要素，该系统要素的特征在于包含于传播电磁波中的信息以及传播电磁波的主要物理特性两者。然而，本领域的技术人员将理解，相同信息(诸如上文所提及的编码方式)可包含于所发射探测信号和所反射反向散射或正向散射信号两者中。因此，在其中探测信号以识别其源的信息进行编码的手段中，单个卫星可易于同时从星座中的其它卫星接收多个探测信号并处理，同时保持每个信号的源的踪迹。在其中编码方式经由PN代码调制而执行的情况下，允许地面蜂窝基站在忙碌区域中操控并路由多个电话呼叫的相同技术可用于在单个卫星处区分星座的所有分量正向散射信号。
出于一些原因，根据星座100的卫星星座可生成大量的高质量地球观测。首先，相比于GNSS观测星座，为了生成那些观测(替代用于出于另一目的而发射信息)，探测信号可关于其频率、幅值和待优化的发射时间进行定制。其次，星座中至少四个卫星的使用确保，至少两组正向散射信号对于从偏离最低点的给定观测角度(但从不同视角)观测单个点为可用的。这为有益的，因为离开镜面反射点的正向散射信号相比于反向散射信号更易于检测，由于更多能量往往正向散射离开较平滑表面(相比于偏离最低点所指向的向后发射)。该方面对于散射测量观测也提供了某些益处，如下文更详细地描述。第三，容纳于各个卫星上的信号分析器不仅可观测各个信号的幅值或发射时间的变化，而且可观测相位、频率和偏振。在其中探测信号以识别个体卫星的信息进行编码的星座的特定情况下，大量的信号可易于解析以获得所有该信息而无需极大程度的工作。这还可以易得零件(诸如PN信号分析器)来进行，这些PN信号分析器预配置成从单次馈送分裂出不同PN代码调制信息并且生成上文所述及的所有信息。在地面远程通信网络中，该信息通常用于其它目的，诸如与增强电话呼叫质量和修改远程通信网络的发射或接收配置的强度相关联的那些目的。然而，相同信息可用于生成地球观测。第四，如果卫星星座处于低地球轨道(LEO)上，那么卫星可利用高地球轨道(HEO)导航卫星(诸如GNSS)的现有网络来确定其相对于彼此的位置，以增强由信号分析器所提供信息的实用性。
图2包括一组方法的流程图200，这些方法用于操作至少四个卫星的对称多基地星座以生成一组地球观测。流程图200包括步骤201：将一组至少四个探测信号从星座发射朝向地球。如略图210所示，探测信号的每一者可指向地球表面上的单个位置。星座中的各个卫星各自生成该组探测信号中的至少一个探测信号。探测信号可以编码方式进行编码，该编码方式特别地并且唯一地识别生成探测信号的卫星。卫星可处于LEO上，并且探测信号可选择成允许适当正向散射的生成，同时鉴于其更靠近于地球(相比于处于较高轨道上的卫星)而保留功率。
流程图200还包括步骤202：利用星座检测地球的一组至少四个正向散射信号。该组正向散射信号中的信号唯一地对应于该组探测信号中的信号以形成一组探测对。该组探测对的各个探测对中的信号由星座中的不同卫星进行发射和接收。图示220利用虚线示出了两个正向散射信号，这两个正向散射信号由图示210的一般探测信号来生成。正向散射信号可均反射离开地球表面的相同区域。信号反射离开地球表面的中心点可称为信号的反射点。给定星座的探测对可靶向不同反射点或相同反射点。星座还可同时靶向多个反射点，如果需要的话。星座中的各个卫星可从星座中的每个其它卫星接收正向散射信号(随着反射离开相同区域)。
流程图200还包括步骤203：利用星座从地球接收一组至少四个反向散射信号。该组反向散射信号中的信号与各个卫星生成的探测信号形成单基地探测对。图示230示出了两组反向散射探测对，这些反向散射探测对各自通过单线示出以说明相同卫星如何接收反向散射信号和如何生成探测对的起始发射信号。步骤202和步骤203在流程图中占同等级别，因为它们可几乎同时执行，由于生成正向散射信号的相同探测信号可生成星座的反向散射信号。一般来讲，在其中星座观测镜面反射点的正向散射的手段中，反向散射信号将为较弱的，因为当发射偏离最低点而指向时，更多能量往往正向散射(而非反向)。所有三个步骤201至203可以波束操纵和/或任何形式的信号选通执行以在沿着星座的图像平面的任何点处以及从图像平面之外的点生成并捕获观测。
流程图200还包括步骤204：分析散射信号以获得数据组。各个正向散射信号可通过星座中的不同卫星进行分析。从分析器的视角，探测对的两个要素可称为发出信号和接收信号。步骤204还可组合地或另选地涉及分析该组至少四个反向散射信号以获得数据组。分析可通过位于接收卫星上的信号分析器来执行。星座可包括一组信号分析器，并且星座中的各个卫星可单独容纳该组信号分析器中的信号分析器。分析可包括确定接收信号的延迟、幅值、相位、频率、偏振、编码方式或其它特征。信号分析器可为PN代码信号分析器，并且分析可涉及确定用于调制接收信号的唯一PN代码。假如完全互相可视，那么分析步骤204可利用等于n(n-1)的多个正向散射信号来执行，其中n为星座中卫星的数量。分析步骤204可另选地利用等于n2的多个正向和反向散射信号来执行，其中n为星座中卫星的数量。此外，利用步骤201中所执行的适当波束操纵，分析步骤可涉及从图像平面的多个点所采取的测量，这急剧地增加了观测的数量。分析步骤和/或接收步骤202至204可利用任何形式的时间、频率或基于代码的选通来执行以从不期望信号过滤期望信号。选通可涉及范围选通。选通可通过卫星上的固定硬件来执行，或通过卫星上的软件控制下的机械、电气模拟或数字过滤系统来执行。
流程图200还包括步骤205：利用步骤204所获得的数据推导一组地球观测。在将步骤204所获得的数据发射至地球上地面站之后，该步骤可通过地面计算机系统来执行。地面计算机系统可为服务器。星座的数据(始终下行至探测信号的基本分量)可存在于服务器具有访问权的数据存储库中。另选地，星座所生成的数据可由星座以集中方式或分布方式进行存储。另选地或组合地，数据可由星座在单个卫星处生成，或利用分布式计算手段来生成。星座中的专用卫星可不等同于其它卫星，并且可特别地配置用于数据存储或计算。步骤204所获得的数据可在星座中的装置之间共享以有利于该分析。地面或基于卫星的分析均可实时执行或均可利用批量处理来执行。在发射和/或接收期间，分析还可利用关于星座中卫星的位置和标识的数据。在其中卫星处于LEO上的情形下，卫星的位置可在操作期间通过GNSS数据来确定，该GNSS数据通过卫星来获得。推导可包括散射测量推导、测高推导、合成孔径雷达(SAR)推导和干涉式推导(诸如干涉式SAR(InSAR)推导)。
流程图200还包括步骤206：设定或调整星座中的间距。卫星的相对位置可为任务的设定分量，或一旦任务在进行中，则可为变量。间距的设定和调整可相对于星座轨道241的方向来执行。间距还可基于任务的需要而设定或改变。间距还可在个体基础上进行设定或调整，使得一个或两个卫星可改变其位置，同时其它卫星维持其相对于星座中其余卫星的相对位置。相对于星座中其余卫星沿着轨道241的方向的移动可称为轴向移动。相对于星座中其余卫星垂直于轨道214的方向的移动可称为横向移动。卫星可设计成沿着任一方向调整其位置。
附图说明
图1根据本文所公开的手段提供了涉及卫星星座的概念的图示，该卫星星座相对于地球表面既发射也接收探测信号。
图2根据本文所公开的手段包括一组方法的流程图，这些方法用于操作至少四个卫星的对称多基地星座以生成一组地球观测。
图3根据本文所公开的手段提供了可使用的三种类型的立方体卫星的图示。
图4根据本文所公开的手段提供了可转换其在轨道上的配置的第四类型的立方体卫星和该转换的不同阶段的图示。
图5提供了卫星星座的三个后视角轨道示意图(具有不均匀横向轨道踪迹和均匀观测踪迹)以及这些星座之一的俯视示意图，所有这些示意图均根据本文所公开的手段。
图6提供了根据本文所公开手段的卫星星座的俯视轨道示意图(具有不均匀横向轨道纵向和不均匀轴向间距)，以及根据环绕地球的示意图的星座图示。
图7根据本文所公开的手段提供了多个正向散射信号如何可向散射测量分析和相关地球观测的推导提供有用信息。
图8根据本文所公开的手段提供了卫星星座的两个俯视轨道示意图(具有不均匀横向轨道踪迹和不均匀轴向间距)。
图9根据本文所公开的手段提供了执行多基地延迟多普勒观测的星座的图示。
具体实施方式
本公开包括关于用于地球观测的卫星星座的具体实施方案和上文发明内容所描述的相关联方法的细节。本公开包括关于以下项的额外细节：星座的部件卫星、上文图2步骤的实施方案，和额外手段，这些额外手段可用于增强用于地球观测的多基地卫星星座的性能。所公开星座的部件卫星可为较低成本卫星，诸如立方体卫星，该立方体卫星可批量制造并且可利用数百万美元/卫星的单次发射而置于轨道上。这为相比于其中个体卫星价值五亿美元或更多的传统单平台手段的主要改善。个体卫星能够以久经考验的信号分析器技术进行配备，可常规地用于地面远程通信网络以产生能够用于生成地球观测的大量可用数据。在卫星置于LEO上的手段中，个体卫星的位置可从处于较高轨道上的卫星的易得GNSS信息来获得并且可用于增强通过信号分析器所获得的数据的实用性。星座可配置用于地球观测，使得各个卫星为3轴线稳定的，其中最低点指向主要天线。
在某些手段中，星座利用相同组探测信号可执行测高和散射测量两者。此外，星座可利用SAR和InSAR性能来强化，包括执行宽幅InSAR地形绘图的能力。经由信号延迟测量的绝对测高可通过单基地回波来执行，而双基地和多基地回波适用于额外测高测量、散射测量、SAR和InSAR。这些多项应用的性能可超出由当前处于轨道上的大型专用单个平台任务所提供的性能。此外，相比于一些当前任务，个体立方体卫星的主要元件(处理器、航空电子设备、信号分析器和结构)为易得零件。潜在立方体卫星的三种特定变型示于图3中。所有三种变型为具有很大程度上通用的部件的60cm x 20cm x 10cm(12U)雷达立方体卫星。卫星可具有主要最低点指向天线和向上指向天线以接收GNSS信号。在一些手段中，卫星还可具有侧向天线以用于星座内直接通信。
卫星可各自包括具有嵌入式信号处理器的芯部，该芯部可从所接收探测信号和/或GNSS信号提取所有所需量，包括信号延迟、幅值、相位、频率、偏振和任选编码方式。信号分析器可为PN代码分析器，该PN代码分析器从由信号分析器所接收的所有探测信号提取用于星座中其它卫星的唯一代码。在其中对探测信号进行编码的手段中，雷达测高可利用编码方式而非频率扫描来执行，以实现高测量精度的高信号带宽。此外，相比于其中信号未进行编码的手段，星座中的多个雷达可以相同频率同时操作，并且单个接收器可一次从多个发射器收集回波。芯部还可包括前端电子器件以用于处理天线的电气信号。前端电子器件和天线可配置用于高带宽和高频率。例如，前端可配置用于超过60GHz的频率。单元可配置有以1.5GHz、5GHz和13GHz频率进行发射的发射器和以这些频率进行接收的接收器。芯部还可包括高性能振荡器以执行准确信号选通，诸如用于执行延迟多普勒分析和/或用于协调地组合SAR成像和InSAR分析的雷达回波。
芯部单元(或0型单元)301设计用于高精度测高和双基地散射测量以及基本SAR。60cm x 20cm机架底部302为雷达天线。翼部303和304为延伸自机架的折叠太阳能面板。仅0型单元可形成强力地球观测系统。通过简单地设定处理器、功率和数据系统的尺寸以处理增大负荷和通过提供软件以执行额外功能，0型单元的主要部件可容易地配置成操作为1型单元或2型单元。1型单元310为0型单元的延伸，其中整个60cm x 60cm底部表面311变为具有电气可操纵波束的雷达天线以用于二维测高和散射测量以及SAR和InSAR。2型单元320为另一延伸，其中两个翼部纵向地延伸以形成较长180cm x 20cm的SAR天线321。所有三种单元类型可封装于分配器中，诸如照片330所示的一者，照片330示出了在装运用于发射之前的6U卫星分配器。
另选单元类型示于图4中，其中单元可在1型和2型之间过渡，同时处于轨道上以增强星座的能力，该单元为该星座的零件。通过从机架410伸出其翼部面板(411和412)以获得1型单元的配置，卫星400过渡至阶段401。翼部面板可包括一侧上的用于能量的太阳能面板和相对侧上的最低点指向天线。然后，通过使翼部面板围绕着卫星本体的侧部枢转(如过渡阶段402所示)，卫星可从阶段401过渡至阶段403。在阶段403，卫星处于2型配置。通过使翼部面板围绕着卫星本体的侧部返回枢转，卫星还可在随后时间返回过渡成1型单元，此时该卫星处于轨道上。
装置上的天线可配置成以波束操纵，包括在相对于轨道方向的任何单个方向上的偏离最低点一维波束操纵，或以在相对于轨道方向的任何方向上的全二维波束操纵进行操作。天线321示于仰视图340中以说明星座中的卫星如何可配置成以波束操纵进行操作。通过具有相对于面板343的面板341和342之间的变量延迟τ引入微分，一维波束操纵可实现。一维波束操纵将处于由箭头344所指示的方向上。然后，卫星可在相对于轨道方向的任何方向上进行取向，从而允许以相对于轨道方向的不同角度的波束操纵。各个面板还可分成四个10cm x 10cm贴片天线，这些贴片天线组合以得到几乎圆形的个体波束。通过具有配置有可选延迟的八个外面板，天线321可配置用于二维操纵。因此，天线将能够以任何方位角将波束向上指向45°偏离最低点角度。在不强加相对延迟的情况下，天线321的固有波束将保持为基本圆形的。
用于广播至多个目标和从多个目标接收的波束操纵可以多种方式来执行。任何此类手段将允许星座执行所增强二维散射测量和测高。在一种手段中，波束预选择并形成用于广播和接收两者，使得其指向期望观测的特定点同时忽略其它点。在另一种特别适用于接收的手段中，天线的各个面板可操作为独立收集器，其中各个面板所接收的内容可进行单独地采样并存储。然后，各种面板的多个数据流可以任意方式重新组合以在事后将天线全增益指向至多个目标。在另一种手段中，发射可以较高功率从天线的仅一个面板来执行以提供宽广覆盖范围，而接收以多个面板来执行。然后，对于诸如图3中所公开那些的给定天线，观测模式将包括最低点处的狭窄锥形的全增益接收波束周围的较宽锥形的发射信号覆盖。事后，只要将所有面板的所接收信号保存在存储器进行分析，那么狭窄接收波束可重定向至任何数量的任意点。
探测信号可对于给定星座的特定组成以及观测类型进行优化，该观测将在频率、结构和强度方面执行。如先前所述，星座生成其自有探测信号这一事实向系统提供了这种等级的灵活性，该灵活性作为相比于被动观测其它源的反射的系统的优势。探测信号可以处于各种频率下。给定的星座也可设计为产生一种或多种可变频率下的探测信号。探测信号可基于13.6GHz和5GHz，并且可具有5GHz之下的较低频带，诸如1.2GHz至1.6GHz或L频带的信号。在1.2GHz至1.6GHz频带的情况下，星座将准备好不仅接收由星座自身所产生的探测信号，而且接收并采集所反射GNSS信号以获得甚至更多数据。尽管自生成信号为优选的，但如果星座已设计成在所反射无线电信号的其它广泛可用源所生成的频率下接收信号，那么这些信号也可由星座进行观测并与自生成信号组合以产生额外数据。
对于个体卫星的上述说明的各种组合可适用，以产生星座的诸多益处。在一种特定手段中，0型和/或2型卫星可配置有波束操纵和在两个频率下发射的能力，以接收横跨轨迹和沿轨迹回波两者，其中不同类型的回波可基于其频率进行区分。为此目的，天线可设计成以沿着无操纵情况下的宽广波束轴线的多达+/-45°和沿着具有1D电子波束操纵情况下的狭窄波束轴线的+/-45°的两个频率进行操作。在该实例中，卫星以其长轴线沿着轨道方向进行取向。
就卫星而言，星座的组成可极大地改变，但仍实现优于现有方法的增强性能。三个0型单元可产生绝对测高、SAR图像、宽幅InSAR和散射测量，因为它们将向InSAR表面地形测量提供两个SAR连同绝对测高的最低点回波。然而，即使两个0型单元可以宽幅InSAR模式进行操作，其中任一单元偶尔切换至最低点测高模式以获得绝对高度。事实上，如果SAR偏离最低点角度不太大(诸如小于20°)，那么最低点测高可以与SAR操作同时的距离选通回波来执行。然而，随着卫星数量的增加，星座的性能和能力可急剧地增加，因为对于轮流执行不同观测的个体卫星存在较少需求，并且通常存在这些个体卫星的更多数据以推导观测。如先前所述，由于完全互相可视，星座可利用单脉冲探测信号而同时产生等同隔开踪迹的n2次独立测量。此外，请注意每个卫星还可从图像平面之外的许多点收集对应回波，测量总数将变得庞大。
其中各个卫星在步骤201至203发射和接收的散射信号的方式和其中执行步骤204的方式可产生广泛的结果。上述步骤的执行还可连续地变化，以用于星座获得不同种类的测量结果或优化期望测量结果。此外，卫星可布置成从多个视角、方向或观测角度同时从相同位置捕获数据，同时探测广泛分布的一组地面点。下文参考图6和图8中的轨道示意图以及附属描述提供此类布置的实例。因此，通过数据分析和通过整个星座中的分工，许多观测功能将始终为可用的。在采用波束操纵的情况下，观测可迅速完成以向所有功能维持有效观测连续性或期望刷新率，而不有损于预期应用，从而与专用系统相比使卫星的使用远远更有效。星座架构向各种地球观测任务引入了有效的同时观测和分时观测。
星座可利用标准手段而执行测高测量，但也可通过额外数据的生成而增加现有手段的性能。绝对测高可经由单基地回波的信号延迟测量或经由结合配对卫星的位置数据的双基地和多基地回波进行测量。相对测高测量可利用双基地和多基地回波来执行。
散射测量可通过分析多个角度的信号幅值下降进行测量。由于用于分析信号幅值下降的探测对可在考虑探测对幅值的同时对延迟进行分析，可从单个观测系统中获得相对测高和散射测量信息。特别是在信号进行PN代码调制的手段中，易得PN代码信号分析器可从单对探测信号自动地提取幅值下降和延迟。例如，风速可从探测对中的回波信号的绝对幅值进行确定，并且风方向可通过分析绝对幅值随着回波信号的方位角的变化来获得。散射测量也可通过观测偏离最低点发射信号的单基地回波来执行。单基地散射测量对直接在地球表面倾斜发射的信号的反向散射进行观测。由于大多数能量正向或在其它方向上散射，回波为较弱的。相比之下，在多基地情况下，回波信号的强度和数据质量得以极大地改善。因此，多基地探测的使用极大地改善了星座执行精确散射测量的能力。
SAR测量可通过将卫星的波束指向至横向于轨道方向的偏离最低点来执行。偏离最低点角度可为10°至45°之间的任意角。然后，通过采用一系列延迟窗口，通过对回波进行距离选通，SAR横幅可进行观测。在SAR测量中，不同于将每个回波信号处理为单独测量结果，捕获一系列回波信号并将其协调地组合以合成由卫星运动所跟踪的较大孔径。在某些手段中，协调组合数据可与另一组协调组合数据依次进行分析以产生InSAR推导。星座的处理能力和数据存储能力将需要增加以支持SAR和InSAR手段，但是底层硬件根据刚刚执行测高或散射测量的手段将无需大幅修改。
一旦任务处于飞行状态，则星座中卫星的相对位置可为任务的设定分量或变量。间距的设定和调整可相对于星座轨道的方向来执行。卫星可在飞行中偏移，同时使其主要天线指向地球并保持为3轴线稳定的。另选地，个体卫星的前后轴线还可相对于星座轨道的方向旋转，同时将卫星保持为2轴线稳定的。上文提供了这种情况的一个实例，其中2型卫星的长轴线描述为相对于轨道方向为可变的。横向间距也可以水平观测分辨率和反射角作为约束条件进行选择。作为实例，对于最远离45°星座的轨道中心轴线的卫星，星座的间距和组成可设定成具有最大的偏离最低点观测角度。星座的最大观测角度将影响正向散射信号的较强反射之间的权衡，但测高精度通常会略有下降，星座可设计成具有完全互相可视性和最大观测角度，该最大观测角度通过星座天线的波束操纵能力的物理特性进行设定。
还应用非均匀横向间距，来以任何单元布置使表面分辨率最大化。如先前所述，在n等于卫星数量的情况下，星座可以任意布置观测到n2次镜面反射。然而，均匀横向间距产生仅2n-1个不同反射点。非均匀横向卫星间距可大幅改善这一情况。然而，由于地球观测科学家习惯于从当前基于卫星的高度计的重复踪迹中进行常规表面采样，还期望的是产生一组具有均匀间距的反射点。然后，问题变成，给定n个卫星，哪种分布在保持所有踪迹等同隔开的同时提供最紧密的地面踪迹间距？当n为2的幂时，该解决方案特别有效，其中我们将效率定义为不同反射点的观测踪迹与星座中卫星数量的比率。
图5示出了用于解决上文所提出问题的三个后视角轨道示意图，其中n等于如利用平坦地球模型所推导的4个卫星(500)、8个卫星(510)和16个卫星(520)。轨道示意图515为8个卫星情况的俯视图，其中卫星所占据的轨道踪迹以矩形516来标记，并且对于其生成反射点但无需物理卫星的轨道踪迹以圆圈517来标记。在方案示意图中，带圆圈的点501为卫星踪迹，而孤立的点502为反射点踪迹。上方数字表示不同的反射点，而下方数字表示在完全互相可视的情况下每个点发生了多少次独立反射。8个卫星的情况510得到了27个均匀隔开的踪迹(效率：3.38)。16个卫星的情况520得到了81个踪迹(效率：5.06)。此外，卫星的横向间距可在给定应用不需要均匀踪迹间距的情况下偏移，这将松开优化的约束并甚至进一步增加效率。如果在给定任务期间改变星座的观测需求，那么星座的横向间距还可在飞行中进行调整。
卫星可设置于垂直于轨道方向的直线上，或者相对于轨道方向以另一个角度设置。此类配置可描述为具有均匀轴向间距。0型卫星的椭圆形天线提供了一种非常适合于这种并排布置的基本椭圆形波束。轨道示意图515将卫星示为矩形516，以示出0型或2型卫星如何可相对于轨道方向进行取向。如果长单元轴线处于如所示的轨道方向上，那么波束朝向相邻卫星成扇形散开至侧部。虽然最强双基地回波可在两个方向上横跨踪迹获取，但是在某些手段中，各个卫星可沿踪迹获取单基地和双基地回波两者，远离星座的正向轴线一定距离。根据天线特性和/或天线如何操作(诸如经由物理移动和/或波束操纵所诱导的延迟)，可得出观测偏离横向轴线多远。
星座根据一些本文所公开手段所提供的冗余度的另一益处在于，偏离最低点角度可通过舍弃冗余反射进行限制。例如，在根据轨道示意图520的东西向线性阵列和11km赤道处的观测踪迹间距中，捕获所有可能反射将需要两个最外侧单元以+/-41°偏离最低点角度进行发射和接收。然而，冗余反射允许最宽对的任务，并且仍提供关于所有81个踪迹的充分信息。因此，充分观测可通过将所有单元的偏离最低点角度限制至+/-31°来实现。类似优化可适用于具有类似特性的其它星座。
卫星还可具有非均匀轴向间距。卫星还可在飞行期间轴向地偏移以在这些配置之间偏移。轨道示意图600为具有非均匀轴向间距的8卫星星座的俯视图，其中卫星所占据的轨道踪迹以方形601来标记，生成其反射点但不需要物理卫星的轨道踪迹以圆形602来标记。特别地，沿着踪迹的特定点(在此生成反射点)以圆形来标记。图示610根据轨道示意图示出了星座的飞行模式，因为星座环绕地球。所示卫星为具有利用波束操纵的方形天线阵列的1型卫星。
某些益处累积至星座，其中轴向间距选择成生成反射点，诸如反射点602。反射点602为受关注的，因为多对的探测信号从多个视角撞击该点。如所示，八个不同探测信号将从四个不同视角和八个不同方向冲击于反射点602上并且生成八个正向散射信号。该结果出于散射测量目的为高度可用的。此外，利用波束操纵，横跨踪迹探测可始终保持功能性，尽管轴向间距改变。如所示，27个不同反射点以二维图案分布于等同隔开的踪迹上。这允许多个点处的表面风速和方向的瞬时恢复，同时将未减损测高递送于所有27个踪迹上。
图7提供了从相同观测角度的多个正向散射信号如何可向散射测量分析和相关地球观测的推导提供有用信息。图7包括卫星星座从后视角的示意图700。从所示视角，卫星可看出具有带有均匀横向间距的轨道踪迹。然而，星座可具有非均匀轴向间距，诸如参考图6所讨论的星座。因此，冲击于给定反射点上的卫星星座的探测信号可理解为形成锥形表面705，其中打开角度由星座的横向间距或星座的多个部分(这些部分正在将探测信号发射至给定反射点)来设定。因此，卫星均具有相对于反射点的相同观测角度，并且主要正向散射信号在所有方向上的反射将通过该锥形的打开角度来设定。利用所设定的观测角度，所观测表面的特性可源于方向对于所接收探测信号的幅值变化的影响。
如图示710中所见，散射测量可用于在给定点确定海洋表面的条件，并且可用于基于该散射测量观测而将风速推导为复合观测。相比于探测信号712(其冲击于垂直于波面的反射点上)，探测信号711(其冲击于海洋表面上的具有波面的反射点头部上)将差别地衰减。从多个方向分析回波引起观测准确度增加以最终呈现反射点的表面区域的全面和准确描述。通过调整卫星的轴向间距，可执行全面360°观测，如图8中可看出。
图8包括第一轨道示意图800，其中星座中的卫星以实心点(诸如801)示出。卫星具有非均匀横向间距，但提供全组均匀隔开反射点。卫星还具有非均匀轴向间距。特别地，卫星已沿着轨道方向布置，使得它们距共同观测点802均为等距的，共同观测点802可用作卫星的每一者的单个共享反射点。然后，卫星均位于圆圈803的表面上，其中共享反射点处于中心。通过利用波束操纵，除了提供点802的多个方向性观测之外，所有所示观测踪迹可得以维持。
类似于轨道示意图800的轨道示意图可以1型单元来实施，其中任何方位角下的波束操纵为至多±45°偏离最低点角度。因此，当星座发射一组探测信号时，星座中的各个卫星与星座中的每个卫星共享相对于单个共享反射点的观测角度，但反射点通过从多个方向(“n”等于星座中卫星的数量)所生成的正向散射信号进行观测。轨道示意图800中的所示16单元星座得到了离开中心点的16次独特反射和81个相等隔开的平行踪迹。这向散射测量确定提供了高度有价值信息，因为相同点从几乎360°进行观测。方位角的广泛分布提供了足够信息以瞬时地确定共享反射点处的地球观测，诸如风速和方向。
非均匀轴向间距的隔开可在飞行中偏移以改变共享反射点的位置。在使轴向间距偏移之后，第二组正向散射信号可反射离开该第二共享反射点。由于共享反射点横向地偏移远离星座的中心，可配置成与共享点等距定位的卫星的数量开始减少。然而，通过可观部分的星座横向伸展(其中星座具有8个以上的卫星)，由卫星(具有单个点的共同观测角度)所生成的充分数量的正向散射信号通常仍可获得。
星座的轴向间距还可偏移以改变共享观测角度，多个探测信号从该共享观测角度反射。该过程涉及选择期望观测角度，计算两个单元之间的所需分隔以实现双基地反射的角度，绘制居中于所关注位置(或纬度)的该直径的圆圈，横向地隔开卫星使得尽可能多的轨道踪迹位于圆圈内，和沿着踪迹轴向地滑动卫星的位置以将足够数量的卫星置于圆圈上。卫星的横向间距还可设定为任务的一部分，或还可在飞行中调整以确保足够轨道踪迹处于圆圈内。
星座的轴向间距还可偏移以获得多个共享观测角度，多个探测信号从这些共享观测角度反射。在轨道示意图810中，子组卫星(诸如811)已轴向偏移以产生围绕着共享反射点802居中的另一个圆圈812，其中子组的10个卫星坐落与外圆圈803上并且6个卫星坐落于内圆圈811上。因此，当星座发射探测信号时，星座中的第一子组卫星根据第一距离与反射点为等距的，并且该组卫星中的第二子组卫星根据第二距离与反射点为等距的。甚至利用观测角度的这种分裂，各个圆圈上的方位角混合足够以两个入射角度得到准确风速和方向，这两个入射角度可在更细化估计中进行组合。利用适当波束操纵或等同手段，保留所有81个观测踪迹上的观测。在实践中，轨道运动将在一定程度上使这些轨道示意图的形状失真，尤其是在较高纬度。无论如何，探测信号的基地二维几何形状呈现了系统的优点，该系统具有以各种角度和距离从各个点和方向的回波混合。
尽管这些益处随着卫星的数量而增强，但是一组至少四个卫星可用于从具有相同观测角度的四个方位角生成相同反射点的两组正向散射信号，并且从而执行高度准确的散射测量。从多个入射方位角和一次从两个方向观测表面点提供了相比于未如此观测的其它手段的更佳表面感测，尤其是对于旨在确定风向的表面感测。此外，完全对称观测平台的使用确保，测量结果通过具有强回波(与地球表面处所倾斜指向的信号的反向散射回波相反)的正向散射信号来获得。反向散射回波为较弱的，因为大多数能量正向或在其它方向上散射。通过其它卫星所收集的正向散射提供了大量的信息，诸如海况的观测、海洋表面高度和海洋表面矢量风。
如先前所述及，在其中星座生成其自身探测信号的手段中，那些探测信号的特性可优化用于其特定目的。特别地，探测信号的脉冲重复率可进行管理以使功率消耗最小化。根据所应用的探测手段，星座中的任何给定卫星可仅需要发射小于2％的时间。偶发脉冲调制和每脉冲的低功率要求的组合得到了高度能量有效的系统。用于探测信号脉冲调制的手段包括同时最低点脉冲调制、频闪最低点脉冲调制、同时最低点加上偏离最低点脉冲调制，和频闪最低点加上同时偏离最低点脉冲调制。
利用横跨踪迹横向对准并执行同时最低点脉冲调制的LEO星座(其中所有卫星一起在最低点发射)，脉冲持续时间可为数毫秒，而脉冲之间的间隔超过100毫秒。然后，各个单元将收集最低点和横向反射。利用这种手段，沿着踪迹的散射测量的前景可视为最小的。然而，散射测量可利用延迟多普勒过滤(DDF)在一定程度上进行，如下文将描述。
星座还可执行频闪最低点脉冲调制，其中各个卫星依次发射，在最低点一次执行一回该频闪最低点脉冲调制。利用具有轨道示意图520的配置并且允许各个脉冲的9毫米回波的LEO星座，1km测高的分辨率沿着踪迹以及沿踪迹散射测量仍可通过DDF来实现。这种手段的关键益处为无需从多个单元区分同时反射。
星座还可执行同时最低点加上偏离最低点脉冲调制。星座中的卫星可配置用于沿踪迹波束操纵。在这种手段中，所有单元可首先在最低点发射，然后以特定前偏离最低点角度发射，和然后以相同后角度发射。该顺序然后可重复，有可能具有不同偏离最低点角度以靶向不同反射点。这将允许高质量沿踪迹散射测量以补充固有强效横跨踪迹观测。
通过从给定组探测信号获得更多信息，DDF观测可显著地增强星座的测量能力，同时保留功率。这种手段可涉及选通探测信号的时间延迟和选通探测信号的频率偏移。星座中的各个卫星还可包括电气模拟或数字过滤以用于选通正向散射信号的频率偏移。过滤可基于频率的先验知识而执行，产生正向散射信号的探测信号在该频率下发射。例如，如果星座配置成以13GHz频率生成探测信号，那么过滤可包括以13GHz的频率居中的可变带通过滤器。通过选通时间和频率偏移两者，宽广区域内的特定反射点可通过星座进行选择并观测。
图9提供了两个卫星901和902的俯视图900，这两个卫星执行DDF以获得前后偏离连接它们的线的测量结果。尽管仅示出了两个卫星，但是原理可扩展至任何数量的卫星。在该图中，两个卫星在轨道方向903上行进，并且沿着轴线904横向地隔开。尽管卫星示出在垂直于连接两个卫星的线的方向上行进，但是类似原理还可适用于轨道方向与其连接线处于不同角度的卫星。俯视图900的图案由一系列的同心椭圆构成，并且关于轴线904居中的一组双曲线在任一方向上从该轴线伸出。同心椭圆限定了反射点，这些反射点可利用范围选通由一个或另一卫星进行隔离。这些椭圆对于轨道方向为横向细长的。中心点对应于卫星之间中间的镜面反射点处的范围选通，其中范围选通的延迟随着椭圆的主要轴线而增加。双曲线限定了可利用频率偏移选通来隔离的反射点。所观测多普勒偏离简单地为从各个卫星至所选反射点的单向多普勒偏移的总和，并且因此在镜面反射点处为零。通过利用频率和范围选通的组合，反射点(诸如905)可利用所示信号进行隔离并观测(无需波束操纵)。因此，多相关器DDF方法允许多个点沿着中点途径的同时前后观测以增强星座的可用观测范围。
DDF还可由具有非均匀轴向间距的卫星来执行，并且事实上将以在相同轨道踪迹上行进的卫星星座进行操作。对于处于相同轨道踪迹上的两个卫星的情况，对应图案将类似于俯视图900，不同的是椭圆在轨道方向上为细长的。所观测多普勒偏离将为从各个卫星至所选反射点的单向多普勒偏移的总和，并且从而在中点处将为零，如在均匀轴向间距情况下。对于具有从600km发射6cm波长的1m最低点天线的卫星星座，卫星将仅看见与约7.35kHz的往返行程多普勒偏移的前后约1.7°偏离最低点角度。利用沿着单个轨道踪迹在600km处分开3°的双基地对，中点前后1.7°(如从各个单元所观测)的所观测多普勒偏移几乎相同：7.35kHz。
尽管说明书已相对于本发明的具体实施例进行详细地描述，但是应当理解，本领域的技术人员在理解前述内容后可容易地设想出这些实施例的变更、变型和等同物。上文所讨论方法步骤的任一者可由处理器来执行，该处理器以存储这些方法步骤的指令的计算机可读非暂态介质进行操作。计算机可读介质可为单个卫星内的存储器(分布于整个卫星星座)，或对于卫星可访问的网络。如先前所述，处理可以分布方式由卫星来执行，并且可在地面计算系统的协助下执行。处理可由任何此类系统实时地或利用批量处理来执行。虽然公开内容中的实例一般涉及将信号发射朝向地球以用于观测，但是类似系统和方法可适用于获得关于具有充分重力的任何质量的测量结果以将卫星维持于其轨道上。对于本发明的这些和其它修改和变型可由本领域的技术人员付诸实践而不脱离本发明的范围，该范围在附属权利要求书中进行更具体地阐述。

Claims (32)

1.一种用于操作至少四个卫星的对称多基地星座以生成一组地球观测的方法，所述方法包括：
从所述星座朝向地球发射一组至少四个探测信号，其中所述星座中的每个卫星各自生成该组探测信号中的至少一个探测信号；
利用所述星座检测地球的一组至少四个正向散射信号，其中：
该组正向散射信号中的信号唯一地对应于该组探测信号中的信号以形成一组探测对；和
该组探测对的每个探测对中的信号由所述星座中的不同卫星进行发射和接收；
利用一组至少四个信号分析器而分析该组至少四个正向散射信号以获得数据组，其中所述星座中的每个卫星各自容纳该组至少四个信号分析器中的信号分析器；和
利用所述数据组推导该组地球观测。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述数据组包括该组正向散射信号的相位、幅值、延迟、频率和偏振；和
所述推导包括散射测量推导和测高推导。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述星座中的每个卫星各自生成该组探测信号中的至少两个时间选通探测信号；
所述星座中的每个卫星包括振荡器，所述星座由此包括一组振荡器；
所述发射和检测步骤利用该组振荡器来执行；和
所述推导包括合成孔径雷达推导。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述星座中的每个卫星各自生成该组探测信号中的至少两组时间选通探测信号；
所述星座中的每个卫星包括振荡器，所述星座由此包括一组振荡器；
所述发射和检测步骤利用该组振荡器组来执行；和
所述推导包括干涉式合成孔径雷达推导。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
该组探测信号中的每个信号利用一组PN代码中的唯一PN代码进行编码；和
该组信号分析器中的信号分析器为PN代码信号分析器。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
利用所述星座检测地球的一组至少四个反向散射信号，其中该组反向散射信号中的信号唯一地对应于该组探测信号中的信号以形成一组单基地探测对。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
利用非均匀横向间距隔开所述星座；和
在地球上的一组反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中所述星座包括多个卫星；
其中该组探测对具有等于n平方的组大小，其中n为所述星座中卫星的数量；
其中该组反射点大于所述数量的两倍；和
其中该组反射点具有均匀横向间距。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
该组至少四个探测信号的发射以地球上的单个共享反射点为靶向；和
该组至少四个探测信号的发射利用位于该组至少四个卫星上的一组至少四个振荡器单次地执行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的各个卫星与所述星座中的每个卫星共享相对于所述单个共享反射点的观测角度。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；和
在地球上的单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的各个卫星与所述单个共享反射点为等距的。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；和
在地球上的单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的第一子组卫星根据第一距离与所述反射点为等距的；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，该组卫星中的第二子组卫星根据第二距离与所述反射点为等距的；和
其中所述第一距离和所述第二距离为不相等的。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；
在地球上的第一单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
使所述非均匀轴向间距偏移；和
在地球上的第二单个共享反射点处反射地球的第二组至少四个正向散射信号；
其中所述第一单个共享反射点和所述第二单个共享反射点垮所述星座横向地偏移。
13.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述星座检测地球的一组至少四个正向散射信号还包括：
利用一组振荡器选通该组四个正向散射信号的时间延迟；和
选通该组四个正向散射信号的频率偏移；和
其中所述星座中的每个卫星包括该组振荡器中的振荡器。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述地球观测包括：
相对地形、表面风速和方向，和绝对海拔。
15.一种用于操作至少四个卫星的星座以生成一组地球观测的方法，所述方法包括：
从所述星座朝向地球发射一组探测信号，其中所述星座中的每个卫星各自生成该组探测信号中的至少一个探测信号；
利用所述星座检测地球的一组正向散射信号，其中：
该组正向散射信号中的信号唯一地对应于该组探测信号中的信号以形成一组探测对；和
该组探测对的每个探测对中的信号由所述星座中的不同卫星进行发射和接收；
利用一组信号分析器分析该组正向散射信号以获得数据组，其中所述星座中的每个卫星各自容纳该组信号分析器中的信号分析器；和
利用所述数据组而推导该组地球观测；
其中所述分析步骤利用等于n(n-1)的多个正向散射信号来执行，其中n为所述星座中卫星的数量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述数据组包括该组正向散射信号的相位、幅值、延迟、频率和偏振；和
所述推导包括散射测量推导和测高推导。
17.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述星座中的每个卫星各自生成该组探测信号中的至少两组时间选通探测信号；
所述星座中的每个卫星包括振荡器，所述星座由此包括一组振荡器；
所述发射步骤和所述检测步骤利用该组振荡器来执行；和
所述推导包括干涉式合成孔径雷达推导。
18.根据权利要求15所述的方法，其中：
该组探测信号中的每个信号利用一组PN代码中的唯一PN代码进行编码；和
该组信号分析器中的信号分析器为PN代码信号分析器。
19.根据权利要求15所述的方法，其中：
该组至少四个探测信号的发射以地球上的单个共享反射点为靶向；和
该组至少四个探测信号的发射利用位于该组至少四个卫星上的一组至少四个振荡器单次地执行，
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的各个卫星与所述星座中的每个卫星共享相对于所述单个共享反射点的观测角度。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；和
在地球上的单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的各个卫星与所述单个共享反射点为等距的。
21.根据权利要求15所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；和
在地球上的单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的第一子组卫星根据第一距离与所述反射点为等距的；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，该组卫星中的第二子组卫星根据第二距离与所述反射点为等距的；和
其中所述第一距离和所述第二距离为不相等的。
22.根据权利要求15所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；
在地球上的第一单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
使所述非均匀轴向间距偏移；和
在地球上的第二单个共享反射点处反射地球的第二组至少四个正向散射信号；
其中所述第一单个共享反射点和所述第二单个共享反射点垮所述星座横向地偏移。
23.根据权利要求15所述的方法，其中利用所述星座检测地球的一组至少四个正向散射信号还包括：
利用一组振荡器选通该组四个正向散射信号的时间延迟；和
选通该组四个正向散射信号的频率偏移；和
其中所述星座中的每个卫星包括该组振荡器中的振荡器。
24.一种用于操作至少四个卫星的星座以生成一组地球观测的方法，所述方法包括：
利用所述星座将一组至少四个信号发射朝向地球；
在发射该组至少四个信号之后，利用所述星座从地球接收一组至少四个反射信号，其中该组至少四个反射信号为在已从地球反射之后的该组至少四个信号；
在接收该组至少四个信号之后，利用一组至少四个信号分析器分析该组至少四个信号以生成数据组，其中所述星座中的每个卫星各自容纳该组至少四个信号分析器中的信号分析器；和
利用所述数据组推导该组地球观测；
其中各个卫星从所述星座中的每个其它卫星接收该组至少四个信号中的信号。
25.根据权利要求24所述的方法，其中：
所述数据组包括该组正向散射信号的相位、幅值、延迟、频率和偏振；和
所述推导包括散射测量推导和测高推导。
26.根据权利要求24所述的方法，其中：
所述星座中的每个卫星各自生成该组探测信号中的至少两组时间选通探测信号；
所述星座中的每个卫星包括振荡器，所述星座由此包括一组振荡器；
所述发射和检测步骤利用该组振荡器组来执行；和
所述推导包括干涉式合成孔径雷达推导。
27.根据权利要求24所述的方法，其中：
该组探测信号中的每个信号利用一组PN代码的唯一PN代码进行编码；和
所述信号分析器中的信号分析器为PN代码信号分析器。
28.根据权利要求24所述的方法，其中：
该组至少四个探测信号的发射以地球上的单个共享反射点为靶向；和
该组至少四个探测信号的发射利用位于该组至少四个卫星上的一组至少四个振荡器单次地执行；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的各个卫星与所述星座中的每个卫星共享相对于所述单个共享反射点的观测角度。
29.根据权利要求24所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；和
在地球上的单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的各个卫星与所述单个共享反射点为等距的。
30.根据权利要求24所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；和
在地球上的单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，所述星座中的第一子组卫星根据第一距离与所述反射点为等距的；
其中当所述星座发射该组至少四个探测信号时，该组卫星中的第二子组卫星根据第二距离与所述反射点为等距的；和
其中所述第一距离和所述第二距离为不相等的。
31.根据权利要求24所述的方法，还包括：
利用非均匀轴向间距隔开所述星座；
在地球上的第一单个共享反射点处反射地球的该组至少四个正向散射信号；
使所述非均匀轴向间距偏移；和
在地球上的第二单个共享反射点处反射地球的第二组至少四个正向散射信号；
其中所述第一单个共享反射点和所述第二单个共享反射点垮所述星座横向地偏移。
32.根据权利要求24所述的方法，其中利用所述星座检测地球的一组至少四个正向散射信号还包括：
利用一组振荡器选通该组四个正向散射信号的时间延迟；和
选通该组四个正向散射信号的频率偏移；和
其中所述星座中的每个卫星包括该组振荡器中的振荡器。
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