[发明专利]一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统

权利要求书

1.一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，包括监测卫星星座子系统、海洋监测浮标子系统和地面数据处理子系统，监测卫星星座子系统由3颗6u立方星组成；海洋监测浮标子系统布置在全球所有沿海核电站的附近海域，可对泄露到海水中的放射性物质进行实时检测，并将所检测的数据发送给卫星星座子系统，从而形成面向全球核电站的实时监测网络；地面数据处理子系统主要用于控制卫星运行和接收卫星数据，能够获取监测卫星星座子系统对大气和海洋的监测数据以及海洋监测浮标子系统对海洋的监测数据，并进行判断，并对核电站核泄露这种环境事故进行定位和预警。

2.根据权利要求1所述的一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，其特征在于，监测卫星星座子系统由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，监测卫星星座子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模块，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；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；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；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，同时接收海面浮标发送的实时监测数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，其特征在于，监测卫星星座子系统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，分为星上部分和海面浮标部分，星上部分的物联网载荷终端收集布置在海面上浮标发出的放射性物质检测数据以及浮标坐标。

4.根据权利要求3所述的一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，其特征在于，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。

5.根据权利要求3所述的一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，其特征在于，物联网载荷中，基于LoRa的卫星物联网方案中监测卫星星座子系统物联网终端和海面浮标都采用LoRa调制技术，并根据通信情景进行适应性改造。

6.根据权利要求5所述的一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，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。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于立方星星座的天地一体化全球环保监测系统，其特征在于，海洋监测浮标子系统包括多个海洋浮标，海洋浮标布置在核电站附近，能够自动检测海水中放射性物质的功能，并通过物联网将检测数据发送给立方星，再由立方星传送至地面站。