图3 欧洲GAS 第1 代（左）和第2 代（右）地面样机
中国在静止轨道微波探测领域的探索
中国地处东亚季风区，国土辽阔，是气象灾害频发国之一，因此对发展静止轨道微波气象卫星有强烈需求，开展了静止轨道微波探测的规划和论证，并在中国气象卫星发展规划中明确列出了在风云四号卫星平台上搭载微波成像仪的发展方向，即发展静止轨道微波星FY-4M的规划。发展静止轨道微波探测卫星成为目前世界航天大国竞相追逐的战略制高点。
在重大需求的牵引下，中国科学院国家空间科学中心发挥其在微波遥感领域的技术优势，针对静止轨道大气探测需求提出了具有自己特色的GIMS概念。GIMS概念采用了一种新型的、具有自主知识产权的圆环稀疏天线阵列，其在成像效率、系统定标以及风险成本方面均具有明显优势。“十一五”期间，在“863计划”对地观测领域重点项目的支持下，该中心完成了关键技术攻关，成功研制出第1代GIMS功能样机（图4），经过测试各项指标均达到了设计要求，取得了很好的成像效果，成为当时本领域的亮点成果之一。
图4 GIMS 第1 代功能样机及其对建筑的成像结果
GIMS第1代样机的成功研制强有力地支持了干涉式综合孔径成像体制在静止轨道大气探测领域的应用，坚定了中国科研人员对GIMS 概念的信心。“十二五”期间，该中心基于GIMS概念进一步提出了的双模式成像系统的概念，将综合孔径和真实孔径两种体制技术优势相结合，在低频段沿用GIMS圆环阵综合孔径方案，在高频段采用传统真实孔径方案（其卫星构图如图5）。基于GIMS的双模式大气探测仪方案继续获得了科技部“863计划”“十二五”专题项目的支持。
图5 采用双模式方案的静止轨道大气探测仪卫星构图
中欧合作开展新一代样机研制
GIMS第1代样机的成果受到了国际本领域的高度关注。欧洲空间局对GIMS概念产生了浓厚兴趣，积极表达了希望在静止轨道微波遥感领域与中国开展合作的意愿。国家空间科学中心在立足自主研发的前提下，也希望加强与国际一流研究机构的交流与合作，以夯实自身技术基础，实现优势互补，加快推进本领域的技术发展。
在此背景下，中欧双方就合作研发静止轨道毫米波大气探测技术很快达成了一致。根据合作协议，中欧双方遵循信息公开、技术透明的原则，以中国的GIMS概念为框架基础，联合开展静止轨道大气探测星载系统方案设计并分别独立开展地面样机研制。双方充分发挥各自的技术优势，中方继续推进GIMS技术，按照实际卫星载荷的指标要求研制工作在50~60 GHz 的GIMS全尺度样机；欧方则根据GIMS样机的结构特征和工作模式，研制一套与GIMS样机完全兼容的、工作在183 GHz的功能样机；最终中欧双方共同完成两个样机系统的集成及测试，并全面评估其对星载系统方案的技术支撑作用，为未来潜在的中欧卫星合作计划提供技术基础。
以中欧合作为契机，“十三五”期间，该中心在科技部863计划对地观测专题项目、中国科学院重点方向性项目和国际合作项目的联合支持下，再接再厉，以满足更高应用需求为目标，严格按照卫星系统的设计要求，采用了小型化、轻量化、高集成度的新型设计思路，突破了一系列载荷关键技术，成功研制出第2代全尺度、全功能GIMS地面样机（图6）。该样机是世界上第1台静止轨道毫米波大气探测仪全尺度样机，也是世界上迄今为止此波段分辨率最高的微波辐射计。经过一系列的严格测试和外场实验，获得了一批高质量、高清晰度的地物目标毫米波辐射图像（图7）。
图6 GIMS 第2 代全尺度地面模型样机
