使用 MDA Space 與 SAR 在黑暗中導航

現在地球上有多少正在海上航行的船？

這個問題聽起來或許令人畏懼 (畢竟我們的海洋表面積約有 1.39 億平方英里) 但航運業者可以利用船舶上搭載的自動識別系統 (AIS) 來進行身分識別。顧名思義，AIS 用於自動追蹤船隻，並可用於監控與資料交換。許多國家與全球組織，例如國際海事組織 (IMO)，都有明確規定強制使用 AIS，這讓我們得以廣泛掌握人類在海洋上的活動情形。

但如果有船隻不遵守這些規定，選擇不透過 AIS 分享其位置呢？這類船隻無法透過傳統追蹤方式顯示出來，通常被稱為幽靈船、黑船或黑色船隊。

這些黑船利用監控的空隙，可能從事非法、未通報、未受規範 (IUU) 的漁撈行為，進而破壞海洋環境、當地經濟，甚至危害全球糧食安全。IUU 問題極為普遍，一項研究指出，有 72% 至 76% 的工業漁撈行為未被追蹤。

為了對抗這類有害行為，我們需要一種替代的追蹤方式，例如使用地球觀測衛星。「地球觀測一直是太空經濟中非常重要的一環，」MDA Space 地理情報部門副總裁 Minda Suchan 博士說道。「從太空中可以看到一些在地面上無法用相同視角觀察的東西。」舉例來說，她分享了如何透過地球觀測衛星產生的雷達影像來發現與追蹤黑船，這也使得這項技術對全球許多人而言至關重要。

黑船只是地球觀測技術如此重要的眾多原因之一。其他能夠應用這項技術的產業還包括採礦業、林業，以及環境相關領域，例如進行冰層測繪以監控氣候變遷影響的組織。

無論具體用途為何，MDA Space 都運用其在過去 50 年、超過 450 次任務中所累積的世界頂尖太空技術經驗，來解決這些全球性的關鍵挑戰。MDA Space 的廣泛業務包含了與他人合作開發通訊衛星、太空觀測、太空探索以及基礎建設任務。透過這些長久以來的大規模合作經驗，MDA Space 能夠「彌補已驗證技術與未來可能性之間的差距」，Suchan 表示。MDA Space 開發的其中一項已驗證產品是 RADARSAT-2 衛星，這項產品能被用來解決各種客戶問題，包括偵測黑船與非法、未通報、未受規範 (IUU) 漁撈行為。

探索 RADARSAT-2 衛星的優勢

為了瞭解 RADARSAT-2 任務的運作方式，這裡想像一下有位客戶正在調查國內某處可能出現的黑船。這位客戶提出要求，希望在特定時間拍攝一處他懷疑黑船正在航行的地點。收到此要求後，MDA Space 便會下達指令給 RADARSAT-2 衛星，指示其蒐集影像該目標區域的資料，接收資料、下載資料、分析並解讀資料，然後將可供行動的見解提供給客戶 — 同時仍維持極為精準的軌道位置，Lambert 表示。

為了產出客戶所需的資料，RADARSAT-2 依賴一項特別關鍵的感應器技術：位於衛星底部的合成孔徑雷達 (SAR) 天線。

這個 SAR 天線會向地面發送相干的雷達訊號，然後測量訊號反射回衛星後的反射波，MDA Space 的 RADARSAT-2 任務操作負責人 Dr. Casey Lambert 說明。他本人目前部署於加拿大太空總署。這項測量結果可用來形成衛星所觀測區域的影像，例如下方所示的範例。

SAR 是一種「非常多功能的地球影像工具」，能夠實現光學影像無法達成的應用，Lambert 表示。舉例來說，SAR 可以在雲層、煙霧與黑暗等能見度低的情況下「看見」目標，觀測像是黑船這類原本可能無法被偵測到的物體。SAR 也能觀測地表移動，以及「透過氣候監測所發生的那些微小但持續的變化」，Suchan 表示。

RADARSAT-2 任務所使用的 SAR 的另一個優點是其具備全天候 24 小時運作的能力，並可一次觀測大範圍區域。「我們每 100 分鐘就環繞地球一圈，」Lambert 表示，「所以我們能夠每天覆蓋大量地表區域，並拍攝廣泛的影像。」更具體地說，這些衛星可監測最大達 500 公里的掃描寬度，Suchan 補充道。

儘管 RADARSAT-2 任務已令人印象深刻，MDA Space 仍持續致力於追求更高目標，不斷最佳化與進化其服務。「我們在多項不同指標上持續進步。」Suchan 表示。這些指標包括提升掃描寬度、提高影像解析度，以及改善資料傳輸時間。

另一項進展是具備太空中重新編程的能力，使 MDA Space 能靈活應對未來任務需求，即便使用的是目前在軌運作的衛星。

「具備在軌重新編程的能力，讓我們有彈性做出改變，有時甚至能在地球上對已在太空中的衛星進行調整。」Suchan 表示。作為其中一環，該公司正在開發 MDA CHORUS，這是 MDA Space 的下一代任務，延續並展現其成熟 RADARSAT 技術的進展與創新。MDA Space 將利用這組多感應器衛星星座，為客戶提供更優秀的雷達影像服務。

在這一切過程中，MDA Space 持續仰賴模擬軟體，來跟上其持續進步的腳步，並維持快速的創新節奏。

透過 Ansys 模擬技術推進 SAR 衛星發展

「模擬將永遠是建造衛星與瞭解衛星如何在太空中運作的重要一環。」Suchan 表示。「模擬不只是幫助我們理解現在能做什麼，也是支持未來規劃與執行所能達成的關鍵工具。」

以 RADARSAT-2 衛星為例。MDA Space 團隊需要確保該衛星能夠持續以高可靠度執行日常任務。為了達成這點，團隊仰賴 Ansys Orbit Determination Tool Kit (ODTK) 軌道測量處理軟體以及 Ansys Systems Tool Kit (STK) 數位任務模擬軟體，來協助「每天穩定操作與執行任務。」Lambert 表示。模擬軟體也能在 RADARSAT-2 任務整個生命週期中，持續支援必要的技術進展。Lambert 表示：「在持續改進方面，我們無法對太空中的硬體做任何調整，但我們可以改進地面端的運作方式。」

為了提升準確性與效率，MDA Space 團隊再次採用 STK 與 ODTK 軟體。「Ansys 在改善我們為 RADARSAT-2 任務產出的軌道預測產品方面發揮了關鍵作用。」Lambert 表示。「透過提升軌道準確度，我們強化了對地面微小移動的感應能力，這是與任務初期相比的重大進展。」這些改進使 MDA Space 能進一步提升產品對客戶的價值。例如，藉由將軌道準確度提升近一個數量級，MDA Space 現在能偵測到公分等級的地表移動。

而這些技術並非靜態不變。MDA Space 能透過軟體更新，在地面端持續提升軌道預測準確性。Lambert 表示該公司也「已可以運用 STK 與 ODTK 軟體，自動化軌道判定流程」。這項成果使計算時間減少 50%，同時大幅提升系統穩定性與可靠性。

模擬軟體也協助 MDA CHORUS 星座開發雙頻 SAR 衛星。「當您開始進入衛星星座的領域時，模擬就變得更加重要。」Suchan 表示。

MDA CHORUS 仰賴兩顆衛星運作。第一顆衛星提供 C 波段的大範圍影像，可達 700 公里掃描寬度。這顆衛星由第二顆 X 波段衛星跟隨，其掃描寬度較小但具備更高解析度。這兩顆衛星的搭配，讓 MDA Space 團隊能夠先透過 C 波段衛星蒐集大量資料，再決定是否需要由 X 波段衛星進行更精細的觀察。

在這兩顆衛星之間最佳化時間安排，並找出如何最大化雙頻設計的獨特功能，正是模擬的發揮之處。Suchan 表示：「模擬在管理這些衛星間的運作方式，以及最佳化兩顆衛星之間的操作上，絕對扮演關鍵角色。」。

在 MDA Space 的所有工作當中，「模擬資料能讓我們非常高效率地作業，也讓我們能夠精準規劃，最大化每一次的影像拍攝機會，」Suchan 說道。

MDA Space 的下一步

一項有助於 MDA Space 技術持續進步的產業趨勢是人工智慧 (AI)。AI具備「令人驚艷的能力，能夠影響整個價值鏈」Suchan 表示。這能提升 MDA Space 在設計、生產、製造與分析流程中的效率。Suchan 表示，MDA Space 團隊已經開始運用 AI 建構一套自然語言搜尋系統，用於其資料庫中的百萬張雷達影像。這項計畫將有助於定位資料、解讀影像，並釋放 SAR 技術的價值，讓非專業人士也能使用。

藉由運用不斷成長的技術，例如 AI 與軟體定義衛星，MDA Space 已具備良好條件，能持續在全球太空經濟中保持領先地位。「MDA Space 有非常多的機會，能進一步擴展我們作為客戶可信任任務夥伴的角色。」Suchan 表示。

這項成長也將受到 STEM 社群的推動，這個社群目前同樣正快速擴張。Suchan 表示：「人才始終是太空產業的重要組成，當然也是 MDA Space 的核心之一。」。在 MDA Space，這些人才包含來自各種專業與思維背景的工程師，他們構成了公司運作的核心。這些工程師打造出受到業界信賴的複雜系統，半個多世紀以來一直為客戶所依賴，並將持續驅動太空經濟的下一個階段。

深入瞭解

瞭解 Ansys RF Channel Modeler 軟體如何擴展射頻訊號分析功能。