国际资讯|监测火山和地震的新型卫星技术
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英文原文来源：www.gislounge.com
中文编译整理：慧天地国际站一鸣
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卫星通常是单独工作的，主要步骤是从源卫星向地球发回数据，然后对这些数据进行处理，随后分发或放入存储库。这不仅需要一些时间，而且通常只是一个层次的数据。地震和火山爆发是一个相对快速移动的地质事件，相关科学家必须在适当的时候捕捉到相关数据。此外，这些事件可能受到地壳变化的影响，这种变化既会发生在受地震影响的地区附近，也会发生在远离该地区的区域。开发新的地震监测卫星，不仅有助于为地震监测创造新的机遇，而且这种卫星技术也有利于更广泛的地球观测。
一个相对较新的小型卫星系统，称为地球科学立方卫星成像雷达（CIRES）。该卫星系统可以作为一组小型卫星工作，并配备了S波段干涉合成孔径雷达（InSAR），这是一种可以穿透植被和其他地面干扰的雷达。CIRES卫星可以在给定的时间间隔内两次通过同一地点，然后利用雷达进行测量，以确定海拔的变化。它可以帮助研究人员探测该地区潜在的火山和地震活动。这类卫星的另一个创新之处在于，它们可以通过编程与更大的卫星协同工作，这些卫星始终围绕地球运行，但可以捕获更多宏观层面的数据。来自CIRES卫星的数据可以向NASA-ISRO SAR任务(NISAR)等卫星发送信息。NISAR是一颗较大的雷达卫星，拥有包括高程在内的不同级别的全球数据。通过高频率地在小尺度和大尺度上测量火山的变化和差异（如火山在局部地区爆发前的膨胀，也会在较远的地区引起地震变化），可以帮助卫星来确定或发送相关数据，来表明火山活动可能在某一特定地点发生[1]。
图1：CIRES从不同角度对同一场景的三次观测表明，这些多视角的配准组合可以为山区地区提供接近均匀的光源效果。
（图片来源：ESTFpresentation, NASA, 2019）
CIRES卫星的优势在于，它们既可以一起工作，也可以单独工作，同时也非常适合于使用雷达监测相对快速移动的地质变化。这类卫星的关键技术之一是SpaceFibre，这是一种用于从卫星传输数据的协议。这些传输服务强大的功能使像立方卫星这样的小卫星（重量约为1公斤）得以携带这样的关键技术并能够处理大量来源于合成孔径雷达(SAR)的数据，而之前合成孔径雷达（SAR）数据往往只能从较大的卫星系统甚至航天飞机上传输[2]。
图2：加州北部安德森大坝CIRES InSAR测试现场。
（图片来源：ESTFpresentation, NASA, 2019）
总的来说，美国宇航局已经预见到，价格更便宜、更能与其他卫星和地面系统协同工作的小型卫星，可能会为地球观测提供的一个更好的前景。CIRES项目由喷气推进实验室（JPL）和SRI International合作开发，资金来自于美国宇航局地球科学技术办公室（ESTO）。观测范围内的其他地区可能很快会受益于类似的发展，这些发展使得地质观测，特别是地震事件，变得更加容易。这包括对测高、测深和散射测量方法的改进。这可能意味着要使用类似的立方体卫星与大型卫星系统协同工作（这些系统与植被、天气和其他形式的快速地质观测相关）。此外，因为立方体卫星紧凑的立方体设计是标准化的，因此它们既能够自我维持，但也可以连接到一个更大的底盘上，组合成一个更大的卫星系统[3]。
去年地质观测的进展意味着现在人们可以在灾害发生前观测到造成火山爆发甚至地震的关键指标。这对预测未来的相关事件可能是个好兆头。特别是在传统的地面观测不足以准确地预测地震事件的情况下。然而，将宏观地球观测与使用立方体卫星和雷达技术对局部地区进行的小规模观测结合起来，可能意味着预测能力的提高。到目前为止，地质学家们才刚刚开始利用他们得到的新数据，所以我们不得不等待，看看像CIRES这样的新系统如何能够提高人们对快速变化的地质事件的理解。从最初的观察来看，该技术的未来充满希望。
参考文献：
[1]For more on the use of CIRES and NISAR satellites inmonitoring seismic and volcanic changes, see:https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/new-nasa-radar-looks-to-monitor-volcanoes-and-earthquakes-from-space
[2]For more on how data protocols are used to transmitinformation from CubeSats, see: DinelliG, Nannipieri P, Davalle D, et al. (2019) Design of a Reduced SpaceFibreInterface: An Enabling Technology for Low-Cost Spacecraft High-SpeedData-Handling. Aerospace 6(9): 101. DOI: 10.3390/aerospace6090101.
[3]For a review and more on the components anddevelopments in CubeSats that makes them useful for potentially other forms ofEarth observation, see: Peral E, Im E,Wye L, et al. (2018) Radar Technologies for Earth Remote Sensing From CubeSatPlatforms. Proceedings of the IEEE 106(3): 404–418. DOI: 10.1109/JPROC.2018.2793179.
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