“资源三号”卫星遥感技术

"资源三号"(ZY-3)卫星是中国自行研制的民用高分辨率光学传输型立体测绘卫星,于2012年1月9日在太原卫星发射中心使用CZ-4B运载火箭发射升空。卫星可提供3.5m分辨率立体影像,2.1m全色/5.8m多光谱平面影像,可用于1∶50 000立体测图及更大比例尺基础地理信息产品的生产和更新。文章重点介绍了ZY-3卫星定位精度高和内方位元素稳定性强等任务特点以及内方位元素高稳定性的立体测绘相机、高速率双圆极化复用数据传输技术、角秒级定姿精度等技术创新点,简要介绍了在轨评价及应用情况,为后续测绘卫星提供参考。     

“资源三号”高分辨率立体测绘卫星三线阵相机设计与验证

2012年1月9日,中国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星——"资源三号"卫星在太原卫星发射中心成功发射,星上装载的三线阵相机可以获取2.1m地面像元分辨率(正视相机)和3.5m地面像元分辨率(前/后视相机)全色影像。文章介绍了三线阵相机的组成及工作原理、关键技术及实现情况、在轨运行和测试情况,给出了在轨测试的初步结果。在轨运行情况表明:相机设计合理,成像品质优异,各项指标满足1∶50 000制图应用的要求,实现了内方位元素的高精度稳定,对卫星定位精度达到国际先进水平发挥了关键作用。     

传输型测绘相机内方位元素误差对高程精度的影响分析

文章通过对摄影测量学中基于空间前方交会的点投影系数法进行分析,建立了摄影测量的高程误差方程,重点分析了传输型测绘相机内方位元素误差对高程精度的影响。以1∶50 000比例尺地图产品为例,分析了某测绘相机的相机主距、主点位置、畸变等内方位元素对高程精度的影响程度,提出在测绘相机研制过程中在保证高程精度方面应注意的问题。     

高分七号卫星测绘体制与性能评估

回顾了我国光学立体测绘卫星研制历程,介绍了高分七号卫星系统总体方案,对卫星工作模式、主要设计参数进行了描述。比较单线阵、双线阵和三线阵测绘体制的优缺点,从基高比选择、激光测高辅助测绘两方面论证了卫星立体光学测绘体制选择的合理性。利用卫星在轨期间星敏感器、陀螺、激光测高仪、双线阵相机温度场等数据分析结果,对卫星在轨期间姿态测量、激光测高、结构稳定性等影响卫星立体测量精度的指标进行了评估。通过仿真评估,卫星可实现1∶1万比例尺精度要求,平面定位精度达到5 m,并通过激光辅助测高的支持,高程精度可以达到1.5 m。     

多光谱相机高稳定性光机结构设计技术

文章针对测绘应用对多光谱相机设计的技术要求,从影响相机内方位元素和在轨成像品质因素出发,结合三反离轴相机的特点,重点分析多光谱相机高稳定性设计（力学和热）。多光谱相机主体反射镜通过选取零膨胀的微晶玻璃和殷钢材料,降低了反射镜的热敏感性,反射镜组件通过采用四点球铰无应力支撑技术实现了反射镜的静定支撑、消除掉了反射镜装配应力,保证了反射镜面型的稳定性。相机主体结构与卫星的连接采用柔性卸载结构设计,卸载了卫星结构由于热变形而导致的相机结构变化,保证了相机主体结构的在轨性能稳定性。通过对整个相机进行有限元分析和环境试验,有效地验证了设计的正确性,多光谱相机主体具有较好的结构稳定性。     

测绘相机内方位元素在对地定位中的误差传播

文章从三线阵测绘相机的摄影测量原理出发,推导了内方位元素在对地立体定位中的误差传播规律。经过模拟计算表明,理论估计结果与实际相符,相关公式可用于测绘相机的几何指标分析。     

“高分七号”测绘卫星双线阵相机

<正>2019年11月3日,"高分七号"卫星在太原卫星发射中心顺利发射入轨,开启了精准3D测绘之旅,也拼上了高分专项这幅宏伟拼图的最后一块。"高分七号"卫星是我国首颗民用亚米级高分辨率传输型立体测绘卫星,星上搭载的主载荷?双线阵相机由北京空间机电研究所研制。"高分七号"卫星的任务是进行1∶1万精确比例尺立体测图和数字影像制作,在未来的8年寿命期间,将为地球绘制彩色立体的精准图像,服务于测图生产及更大比例尺基础地理信息产品的更新。双线阵相机由两台线阵推扫相机组成,分别称为前视相机和后视相机。前视相机与地面垂直方向的夹角为26°,后视相机为5°。这个双相机组合体不但能够清晰观测得到地球表面的平面图像,还能测量描绘     

卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究

高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度与影像外方位元素精度密切相关.文章针对单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种典型情况,对影像各外方位元素在目标几何定位中的误差传播规律进行分析比较,相关结论可供卫星姿控及相机载荷设计方参考.     

星载线阵CCD相机与激光测高仪无控定位精度对比分析

光学立体测绘卫星测高精度受姿态确定能力的限制,难以实现1∶10 000及以上大比例尺无控立体测绘。激光测高卫星的高程精度高,考虑结合2种遥感手段,提升测绘卫星的无控定位精度。为比较高分辨率立体测图卫星与激光测高卫星的无控定位精度,介绍了星载线阵CCD立体相机及激光测高仪的几何定位原理,构建了相应的几何定位模型,推导了各自的误差传播方程。参照目前平台及载荷的技术水平,分析了卫星参数及各项测量指标,通过仿真估算了两者在同卫星平台上的无控定位精度,并进行定量对比分析。结果表明:同平台下星载线阵CCD相机平面定位精度优于星载激光测高仪,而后者的测高精度明显高于前者。     

应用激光测高仪提高测绘卫星定位精度的研究

双线阵立体测绘卫星定位对外方位元素的测量精度要求高,然而布设控制点成本高,缺少全世界范围内的控制点。针对这一问题,提出应用星载激光测高仪提高定位精度的方法。首先,分析了双线阵立体测绘卫星和激光测高仪的误差特性,即测绘相机定位精度受外方位角元素影响比较大,激光测高仪高程精度受角元素影响相对较小。然后,论证了用激光测高仪提高定位精度的可行性。在相同的卫星平台定向辅助数据下,激光测高仪高程精度要比测绘相机高得多,可以作为高程约束提高定位精度。最后,应用光束法平差原理对激光测高数据作为高程约束进行了仿真试验。结果表明,加入激光测高数据可将双线阵立体测绘卫星的高程精度由8.0m提高到约3.5m。此方法可为实现全球无控制点测绘提供一定参考。     

“高分二号”卫星轻小型高分辨率相机技术

"高分二号"卫星搭载的轻小型高分辨率相机首次采用了相机系统采样频率与光学截止频率之比接近1的三反同轴光学系统设计,相对孔径达到1/15,光机主体质量和体积约为传统方案的三分之一。解决了大口径超长焦距光学系统水平重力卸载装校、海量数据处理、结构和热应力稳定性、微振动抑制等一系列高分辨率相机研制难题。通过在轨测试,相机功能、性能全面满足研制要求,关键项目性能优于指标要求,内方位元素保持高精度稳定。文章论述的相机的设计、制造、装调等相关技术,可以为后续同类相机的研制提供参考。     

高分七号卫星双线阵立体测绘相机热设计与验证

根据高分七号卫星双线阵立体测绘相机所处空间环境和结构特点,开展热设计和仿真分析。采用被动隔热方式降低相机与平台、环境之间的热耦合;主动热控措施进行温差补偿,使相机的温度水平保持在热控指标范围之内,并保证周向和径向温差满足设计要求;采用外贴热管建立大功率CCD器件与散热面的直接传热路径,显著地减小传热热阻和热控质量、空间需求。仿真分析和在轨测试结果表明:相机温度水平、梯度和稳定性均满足设计指标要求,该热设计方案可推广用于同类型相机的热设计。     

高分七号卫星总体概况及影像产品

正高分七号卫星总体概况卫星主要特点首颗自主研发1:1万比例尺立体测绘卫星,首次采用双线阵相机立体测绘联合激光测高的主被动复合测绘体制。国内首套长焦距、大口径、无畸变双线阵测绘相机,分辨率前视全色优于0.8m、后视相机全色优于0.65m、后视相机多光谱优于2.6m,实现亚米级立体测绘。国内首台星载对地全波形体制激光测高仪,利用高精度测时和高速采样技术实现高精度测距。国内首次采用高稳定度控制补偿技术实现姿态稳定度优于6×10~(-50)/s。国内首套星图融合星敏感器,双星敏夹角动态修正,大幅提高卫星姿态确定精度。国内首台星载可变编码调制器,国际首次实现X频段最高通道码速率2×1.2Gbps数据传输。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

大比例尺航天测绘系统体制研究

航天测绘可通过多台线阵相机立体成像、单台线阵相机姿态机动成像、面阵相机立体成像等多种体制实现。文章针对大比例尺(1∶5000~1∶2000)航天测绘任务的实际应用需求,提出了降轨双线阵立体成像、双星编队立体成像等新型实现体制,从原理上分析了不同体制的技术特点,研究了不同体制对于系统设计、有效载荷、卫星平台、地面处理等环节的要求,从测绘效率、测绘精度、工程实现难度等方面对可行的体制进行了比较,可为我国大比例尺航天测绘系统建设提供参考。     

高分辨率三线阵相机精密热控设计及试验

以某遥感卫星三线阵立体测绘相机组合体为研究对象,通过对卫星顶部构架、相机支架以及相机进行一体化同步控温设计,并在国内首次采用“隔热/导热复合多层材料组件”结合精密控温回路设计、高精度控温仪等技术手段,满足了相机精密热控指标要求。在热平衡试验中,通过组合体不同状态的试验工况设置,验证了透镜最大径向温差<0.2℃、轨道周期内径向温差的稳定度<0.1℃的设计结果。     

高分多模卫星图像定位精度保证设计与验证

从高分多模卫星相机成像和处理链路出发,对图像定位精度的影响环节和因素进行研究,针对主要影响因素结合当前设计水平综合考虑,建立了包含轨道确定、姿态测量、时间同步、结构稳定性、相机内方位元素稳定性、地面标定与处理等多个方面的天地一体化图像定位精度保证体系,针对各项提出了具体的系统配置和软件算法设计方案,分别采取了仿真分析、测试和试验等方法进行了验证。介绍了高分多模卫星在轨的轨道确定,姿态测量,内、外方位元素稳定性的情况,对下传的图像几何定位精度进行分析和评价,实际在轨表现与设计预估状态基本一致,表明图像定位精度设计方案和控制措施有效,实现在星下点30°角范围内图像无控制点定位精度优于5 m(1σ)。     

传输型立体测绘相机几何精度仿真分析

航天传输型立体测绘相机几何精度和稳定性决定了立体摄影成像的精度,对其几何精度测试技术需作专门研究。文章介绍了传输型立体测绘相机几何精度测试方法,推导了基于最小二乘原理进行几何精度测试的主点、主距和畸变误差传递公式,对主点、主距和畸变测试精度进行了全面的仿真分析,仿真结果可以为测绘相机设计和测试人员提供参考。     

“资源三号”卫星多光谱相机技术

＂资源三号＂多光谱相机按照测绘相机的要求开展研制,采用了离轴TMA光学系统、柔性卸载技术、高集成与低噪声电路技术等多项先进技术保证相机成像品质,在轨测试显示,多光谱相机功能、性能满足研制要求,关键项目性能优于指标要求,内方位元素保持高精度稳定,经过几何检校后,定位精度达到国际先进水平。文章论述了多光谱相机的设计、制造、调校、试验等相关技术,可以为后续同类相机的研制提供参考。     

测绘卫星技术总体发展和现状

测绘卫星作为高分辨率对地观测系统的基本组成部分,其传感器技术的发展与应用日新月异。文章分析和总结国际测绘卫星的技术特点及应用现状,并简要介绍中国的首颗民用立体测绘卫星———"资源三号"设计及地面应用情况。最后根据现阶段中国国内的发展需求,提出了中国未来测绘卫星及技术的发展方向。