卫星载荷与传感器
通信导航遥感载荷与星载传感器。
- 导航载荷（卫星）
导航载荷是导航卫星上直接执行导航信号生成与播发任务的仪器设备，其核心组成包括高精度星载原子钟、导航信号生成单元、射频放大与天线子系统。原子钟是导航载荷的“心脏”，其稳定度直接决定导航定位精度：时间误差 10 纳秒对应约 3 米的空间误差。当前主流星载原子钟包括铷钟和被动氢钟，伽利略卫星搭载 2 台被动氢钟和 2 台铷钟，北斗三号 MEO 卫星配置轻量化氢钟。
- 高光谱遥感载荷
高光谱遥感载荷是卫星上以连续窄波段对地物成像的传感器，光谱通道数通常为数十至数百个，光谱分辨率可达纳米量级，覆盖可见光至短波红外。它为图像中每个像元赋予一条光谱曲线，使遥感从“识别地物类型”推进到“识别物质成分”。核心工程矛盾在于光谱分辨率、空间分辨率与信噪比三者之间的权衡。高分五号AHSI、Hyperion是其典型代表。
- 光学遥感载荷
光学遥感载荷是卫星上利用可见光至短波红外波段电磁波进行对地成像的传感器，其核心原理是接收地物反射的太阳辐射，经光学系统聚焦到探测器上转换为电信号。核心性能指标包括空间分辨率、光谱分辨率、幅宽和重访周期。
- 红外遥感载荷
红外遥感载荷是卫星上以红外波段探测地物热辐射或反射特性的传感器，波长范围通常覆盖0.7–15 μm，可细分为近红外、中波红外和长波红外。其核心优势在于不依赖太阳光照、能够昼夜成像，并通过热红外波段获取地表温度信息。关键器件从制冷型光子探测器延伸到非制冷微测辐射热计，核心性能指标为噪声等效温差。典型代表包括Landsat 8 TIRS、高分五号VIMI和风云四号AGRI。
- 雷达遥感载荷
雷达遥感载荷是卫星上利用微波频段电磁波进行主动成像的传感器，其核心是合成孔径雷达（SAR）。SAR 通过发射线性调频信号和脉冲压缩技术实现距离向高分辨率，通过卫星运动合成虚拟长天线实现方位向高分辨率，具备全天时、全天候成像能力。高分三号是中国首颗分辨率达 1 米的 C 频段多极化 SAR 卫星，拥有 12 种成像模式，空间分辨率从 1 米到 500 米，幅宽从 10 公里到 650 公里。
- 通信载荷（卫星）
通信载荷是通信卫星上直接执行信号中继与转发任务的仪器设备，由转发器和天线两大部分组成。其核心功能是接收地面站上行信号，经变频、放大后重新发回地面，实现跨地域的通信中继。转发器分为模拟弯管、数字弯管和再生式三种类型：模拟弯管仅做滤波和放大，数字弯管增加数字化处理和灵活路由，再生式则解调、解码、再调制，可独立优化上下行链路。
- 陀螺仪与惯性器件
陀螺仪是测量载体角运动速率或角位移的敏感器，与加速度计共同构成惯性测量单元（IMU），是卫星姿态确定与导航系统的核心。其工作原理基于牛顿力学：陀螺仪测量角速率，加速度计测量线加速度，通过积分运算推算出姿态、速度和位置。技术类型从液浮陀螺演进到光纤陀螺、激光陀螺和MEMS陀螺。光纤陀螺因全固态、无磨损、长寿命成为当前星载应用的主流选择。
- 微波辐射计
微波辐射计是卫星上被动接收地物微波热辐射的高灵敏度接收机，输出物理量为亮度温度。它不主动发射信号，而是“倾听”地表与大气的自发辐射，因此具备穿透云层、昼夜工作的独特能力。根据观测频率和极化方式的不同，数据可反演土壤湿度、海面温度、大气水汽、降水率等参数。核心性能指标是温度分辨率和空间分辨率。风云三号MWRI、SMAP辐射计和AMSR2是其典型代表。
- 卫星辐射计
卫星辐射计是卫星上被动测量电磁辐射强度的遥感仪器总称，涵盖地球辐射收支测量、大气垂直探测和微波遥感等类型。其核心能力在于定量测量辐射通量而非单纯成像。微波辐射计通过多频段极化观测反演土壤湿度、海面温度、大气水汽等参数。辐射定标是卫星辐射计区别于普通成像仪器的核心工程挑战，低温绝对辐射计作为初级标准可将测量不确定度控制在10⁻⁴量级。
- 卫星高度计
卫星高度计是卫星上测量海面高度的微波遥感仪器，通过发射雷达脉冲并接收海面回波，精确测量往返时间来确定卫星到海面的距离。其测量精度可达厘米级，是监测全球海平面变化、反演海洋重力场和海底地形的主要手段。技术从传统星下点一维测高演进到宽刈幅干涉测高，分辨率提升一个数量级。典型代表包括TOPEX/Poseidon、海洋二号和SWOT。
- 卫星光谱仪
卫星光谱仪是以获取目标光谱辐射信息为核心任务的星载遥感仪器，区别于以空间成像为首要目标的卫星相机。按观测对象可分为对地成像光谱仪和大气探测光谱仪两类。核心能力在于通过精细的光谱特征识别物质成分与状态，光谱分辨率可达纳米至波数量级。
- 卫星合成孔径雷达
卫星合成孔径雷达（SAR）是搭载于卫星平台、通过主动发射微波脉冲并利用卫星运动合成等效大口径天线来实现高分辨率成像的主动微波遥感载荷。其核心能力是全天时全天候对地观测。SAR通过脉冲压缩和合成孔径技术分别获得距离向和方位向分辨率，多极化与干涉测量进一步拓展信息维度。典型代表包括高分三号、Sentinel-1和SIR-C/X-SAR。
- 卫星散射计
卫星散射计是卫星上主动发射微波脉冲并测量海面后向散射系数，从而反演海面风速和风向的主动微波遥感仪器。其核心能力是获取全球海面风矢量场，是当前海面风场观测最主要的卫星传感器。工作原理基于海面粗糙度随风速增大而增加，多角度观测解决风向多值模糊问题。典型代表包括海洋二号系列、中法海洋卫星CSCAT和风云三号E星WindRAD。
- 卫星相机
卫星相机是搭载于卫星平台、以可见光至近红外波段对地物成像的光学遥感载荷。核心成像体制分为推扫式和凝视式：推扫式利用卫星运动逐行扫描，适合高分辨率成像；凝视式采用面阵探测器，适合静止轨道持续观测。关键参数包括空间分辨率、幅宽和光谱波段数，三者相互制约。焦平面拼接技术通过多片探测器拼接突破单器件尺寸限制。典型代表包括高分一号、高分二号和WorldView-3。
- 卫星载荷定标与验证
卫星载荷定标与验证是确保遥感数据定量化精度的关键环节。定标是指建立仪器输出信号与物理量之间定量关系的过程，解决“数据数值是什么”的问题；验证是指评估数据产品与真实值偏差的过程，解决“数据有多准”的问题。核心方法包括实验室定标、星上定标、在轨场地定标和交叉定标。
- 卫星载荷概述
卫星载荷是指卫星上直接执行特定任务的仪器、设备或分系统，是卫星完成通信、导航、遥感、科学探测等任务的核心部件，在航天器设计中起主导作用。卫星载荷按任务类型分为通信载荷（转发器与天线）、导航载荷（高精度原子钟）、遥感载荷（光学相机与合成孔径雷达）、科学载荷（粒子探测器与望远镜）等类别。与卫星平台的区别在于：载荷决定卫星“做什么”，平台决定卫星“能不能做”。
- 星敏感器（卫星）
星敏感器是卫星上以恒星为参考源的高精度姿态测量设备，通过拍摄星图、识别恒星并匹配导航星库来确定航天器相对于惯性空间的三轴姿态。其精度可达角秒量级，是当前航天器姿态确定中精度最高的敏感器。核心工作流程包括星点提取、星图识别和姿态解算。与陀螺组合可修正漂移，单独使用可简化姿态系统配置。
- 星载存储器
星载存储器是卫星上以半导体介质记录载荷数据和星务数据的固态存储设备，NAND Flash凭借高密度、低功耗和非易失特性成为当前主流介质。其核心工程矛盾在于：空间辐射会引发存储单元的位翻转和器件退化，而卫星在轨无法更换或维修存储介质。因此抗辐射加固、纠错编码和坏块管理构成了星载存储器区别于地面存储的根本特征。典型产品从单板176Gb扩展到多板数TB量级。
- 星载激光（卫星）
星载激光是搭载于卫星平台、以激光为探测手段或信息载体的载荷总称，涵盖激光测高、激光雷达、激光通信和激光测距四大类别。核心优势在于高精度、高时空分辨率和昼夜连续探测能力。ICESat-2的ATLAS实现了单光子计数测高，CALIOP开创了星载云和气溶胶激光雷达的先河，吉林一号完成了星地100 Gbps激光通信试验。星载激光正在从单一遥感工具演变为遥感与通信融合的空间信息基础设施。
- 星载计算机（卫星）
星载计算机是卫星的星务管理与数据处理核心，负责姿态控制、轨道计算、遥测遥控和载荷数据管理。与地面计算机的根本区别在于必须在强辐射、真空、极端温度环境中长期可靠工作，且无法维修。核心设计策略包括抗辐射加固处理器、冗余架构和实时操作系统。智加X2星载智能计算机的32 TOPS算力代表了“天感天算”的新方向，北斗卫星的龙芯CPU和天宫一号的SpaceOS操作系统则是国产化的标志性成果。
- 星载雷达（卫星）
星载雷达是卫星上主动发射微波脉冲并接收地物回波的遥感载荷总称，涵盖合成孔径雷达、雷达高度计和散射计三大类型。其核心优势在于不依赖太阳光照、能够穿透云层，实现全天时全天候观测。合成孔径雷达通过信号处理合成等效大口径天线实现高分辨率成像，干涉测量技术可提取毫米级地表形变。典型代表包括高分三号、陆地探测一号01组和Sentinel-1。
- 星载天线（卫星）
星载天线是卫星无线电系统的射频前端，负责在导行波与自由空间电磁波之间完成转换。按功能可分为通信天线、测控天线和专用天线三大类；按结构形态经历了线天线、反射面天线到相控阵天线的演进。核心参数包括增益、波束宽度、极化和口径效率。东方红一号的鞭状天线、嫦娥四号中继星的伞状天线、夸父一号的X频段相控阵天线，分别代表了不同阶段的技术特征。