“高分四号”卫星遥感技术创新

"高分四号"卫星是中国首颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星,是国家高分辨率对地观测系统重大专项工程的重要组成部分。"高分四号"卫星将高时间分辨率和较高空间分辨率相结合,为减灾、气象、地震和林业等多个行业的应用提供遥感数据服务,并为海洋、国土和水利等行业以及国防建设提供遥感数据支持,实现中国民用高分卫星研制和卫星遥感应用领域的新突破。文章分析了"高分四号"卫星在运行轨道、探测手段、控制体制等多方面的任务特点,总结了卫星总体设计技术、高精度控制技术、复杂条件下像质保障技术、高精度热控技术、高可靠长寿命技术等创新点,为中国静止轨道高分辨率光学遥感领域后续发展提出重要建议。     

地球静止轨道高分辨率成像卫星的发展现状与展望

文章首先简要介绍了"高分四号"卫星的主要性能指标和在轨运行情况,然后梳理了美国、欧洲等国家地球静止轨道高分辨率成像技术的发展现状。文章重点从卫星的轨道特性、多任务适应的工作模式、灵活的任务编排、实时动态监测、在轨长寿命几个方面总结提炼出"高分四号"卫星创新点;从谱段特性、成像体制、多功能一体化设计、高精度热控设计、高稳定性的结构一体化设计等多个方面分析了成像载荷的特点。最后,分析了地球静止轨道高分辨率成像卫星的发展趋势,展望了未来空间基础设施规划中计划实施项目的应用特点和应用领域。     

再接再厉 共创辉煌

《高分辨率对地观测系统》国家重大科技专项在最近几年取得了一系列重大进展,继"高分一号"和"高分二号"卫星发射并投入使用以来,"高分四号"卫星又于2015年12月29日在我国西昌卫星发射中心成功发射升空。这是高分重大专项的一次重大突破。该卫星是我国第一颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星,同时也是目前世界上空间分辨率最高、幅宽最大以及我国国内时间分辨率最高的地球静止轨道面阵凝视型光学遥感卫星。     

GEO中高分辨率民用光学对地观测卫星发展研究

调研了国外地球静止轨道(GEO)中高分辨率民用光学对地观测卫星的发展情况,其中包括"通信-海洋-气象卫星"(COMS)、GEO-Africa和GEO-Oculus等卫星;分析了卫星的任务范围和主要功能;对卫星总体设计方案和采用的主要技术途径进行了归纳和对比。对发展GEO中高分辨率民用光学对地观测卫星需要注意的探测器选型、高稳定度姿态控制、微振动抑制、夜晚阶段的热控等相关问题进行了分析,可为中国发展同类卫星提供参考。     

全球高分光学星概述(二):欧洲

欧洲高分光学星及其星座主要以欧洲航天局(ESA)和法国、英国、德国、西班牙、意大利等国家研制的卫星为主。法国牵头的军事卫星太阳神-2(Helios-2)地面分辨率(全色)为0.35m;商业遥感卫星主要有法国的SPOT-6/7和昴宿星(Pleiades)星座(分辨率0.5m)以及英国主导的灾害监测星座(DMC)(分辨率可达1m)。亚米级彩色视频成像小卫星正在研制之中。6U立方星星座及米级地球静止轨道光学星等新概念已被提出。地球静止轨道光学星由ESA牵头,应用传统相机地面分辨率可达3m,而未来的概念(光学合成孔径)可使分辨率优于3m。文章着重阐述欧洲地球观测高分光学星的应用、技术状态与发展趋势。     

“长征”四号B火箭成功发射高分多模卫星及“西柏坡”科普卫星

正2020年7月3日11时10分,"长征"四号B运载火箭在太原卫星发射中心成功执行"一箭双星"任务,将高分辨率多模综合成像卫星及搭载的"西柏坡"科普卫星(又名"八一" 02星)发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射取得圆满成功。此次发射的高分辨率多模综合成像卫星由中国空间技术研究院研制。高分辨率多模综合成像卫星是我国首颗民用分辨率达到亚米级、同时具有多种敏捷成像模式的光学遥感卫星,将主要用于获取我     

全球高分光学星概述(三):亚洲与俄罗斯

亚洲国家与俄罗斯正在努力提高低轨军用卫星与民用遥感卫星性能,并积极开展地球静止轨道高分星的研发工作。日本、以色列、中国、印度、韩国等国家以及俄罗斯的低轨高分星地面分辨率最高已达(或优于)0.5m。地球静止轨道光学星中,中国高分四号地面分辨率达50m。此外,俄罗斯正在构建新型大椭圆轨道/地球静止轨道预警卫星星座。文章着重阐述亚洲与俄罗斯高分光学星的运作、技术状态与发展趋势。     

高分多模卫星方案设计与技术特点

高分多模卫星是一颗敏捷光学成像卫星,具有全色优于0.5 m/多光谱优于2 m分辨率、1个全色谱段+8个多光谱谱段、无控制点定位精度优于10 m的能力,同时具有多种敏捷成像模式。文章概述了高分多模卫星的方案设计,并总结了卫星的敏捷成像、敏捷机动、图像质量保证、高定位精度保证、微振动抑制、大气同步校正、自主任务管理等技术特点。卫星的成功发射并投入使用,实现了民用光学遥感卫星优于0.5 m高分辨率图像数据的获取能力,可有效推动我国高分辨率对地观测系统建设和空间遥感的定量化应用水平。     

高分多模卫星星地一体化专项工程研究与应用

高分多模(GFDM-1)卫星是我国民用空间基础设施规划中的首颗高分辨率光学对地成像敏捷遥感卫星,其最高分辨率达到0.42 m,成像模式灵活且丰富.为实现卫星设计、研制与应用的紧密结合,确保卫星入轨后实现高成像质量、高成图效率、高应用效益,切实解决用户业务中的实际问题,开展了星地一体化专项工作,在卫星像质保证、任务定制、数据处理、在轨综合效能评估等方面部署了研究课题,在卫星工程研制和在轨测试阶段全程同步实施.通过技术研究、产品开发、测试与应用,并在卫星入轨后迅速支持卫星任务定制、载荷定标、数据处理与业务应用,实现了星地一体化同步协调发展,提高了空间基础设施应用效益.     

“高分四号”卫星凝视相机设计与验证

2015年12月29日,中国第一颗地球静止轨道高分辨率光学遥感卫星—"高分四号"卫星在西昌卫星发射中心成功发射,星上装载的北京空间机电研究所研制的高分辨率光学遥感凝视相机,可以获取星下点可见光近红外谱段(全色及多光谱)50m地面像元分辨率、中波红外谱段400m地面像元分辨率图像,地面覆盖超过400km?400km。文章介绍了该相机的组成及工作原理、相机的关键技术及实现情况,给出了地面测试与试验结果,对在轨运行和测试情况进行了简单介绍,列出了在轨测试的主要结论。     

基于“高分四号”卫星数据的水体提取效果评价

"高分四号"卫星具有静止轨道卫星高时间分辨率和中高空间分辨率的特点,可以实现对水体面积及变化的大范围实时监测,有效支撑洪涝灾害应急救助工作。为了验证其对水体面积及其变化的监测能力,文章分别利用区域生长法和水体指数法,在开展全国水体面积变化监测基础上,针对与同期"高分一号"卫星16m分辨率多光谱相机及美国Terra卫星的中分辨率成像光谱仪数据等卫星的监测结果展开对比,结果显示,与其他极轨卫星监测结果相比,"高分四号"卫星可以有效开展水体面积及变化监测。但是,鉴于"高分四号"卫星50m像元分辨率,相比更高分辨率遥感影像的水体提取结果,"高分四号"卫星数据提取的水体外部轮廓较为粗糙。在针对规模较小洪涝灾害监测方面可能存在一定误差,仍然需要再进一步开展评价。     

“高分四号”卫星影像辐射与几何精度评价

"高分四号"(GF-4)卫星是中国首颗高分辨率静止轨道面阵凝视光学遥感卫星,载荷首次采用面阵CMOS探测器在36 000km高轨成像、基于面阵成像构建在轨相对辐射校正模型、面阵相机光学畸变在轨检校。文章首先分析了影响GF-4卫星影像辐射质量(quality,以下同)与几何精度的关键因素,然后介绍了高轨面阵成像处理模型的构建技术,最后分析评价了GF-4卫星影像的辐射质量、几何质量和处理精度。结果表明:GF-4号卫星全色多光谱影像的平均行标准差、平均标准差和广义噪声等相对辐射精度指标均优于3%,典型地物信噪比平均优于40d B。影像内部畸变在垂轨和沿轨方向均优于0.8个像素。     

全球高分光学星概述(一):美国和加拿大

目前,美国高分辨率光学卫星在技术与应用方面处于世界领先地位。锁眼-11(KH-11)与天基红外系统(SBIRS)卫星主要用于军事目的,KH-11地面分辨率(全色)达到0.1m。在低轨高分光学星中,数字全球星座(DigitalGlobe Constellation)卫星(QuickBird-2、GeoEye-1、WorldView-1/2/3)是主要的商业遥感卫星,地面分辨率(全色)可达0.31m。地球静止轨道高分光学星处于研制之中,设计分辨率(全色)为1m。此外,美国也高度关注小卫星星座与纳卫星/立方星星座的研发与应用。加拿大光学卫星主要应用于空间碎片与近地小天体监测,用于极地气象服务的光学相机已基本研制成功。文章着重阐述美国和加拿大对地观测高分辨率光学卫星的运作、技术状态与发展趋势。     

在轨实时引导多星成像任务规划方法研究

针对遥感卫星在轨自主任务规划的强时效需求和依赖地面系统的现状,通过分析卫星的轨道特性和多载荷工作配合的方式,提出了一种面向在轨实时引导成像的多星自主任务规划方法。文章首先根据成像的要求,将卫星载荷对目标的可见性,统一转化为"时间-姿态"信息,在保留有效信息的前提下对轨道递推模型合理简化,设计了卫星成像的无冲突任务序列生成方法,并为优化成像收益设计了临机调整策略。仿真结果表明:面向在轨实时引导成像的多星自主任务规划方法能实现将多目标向多星系统的分配,增加临机调整策略后,可实时地通过用高收益目标替代低收益目标的方式提高整个规划方案的成像收益,所提出的方法有效,研究结果可为多星在轨自主任务规划技术研究提供参考。     

应用体系能力贡献率的新研高分辨率光学遥感卫星轨道择优方法

轨道是影响高分辨率光学遥感卫星应用效能的重要因素之一,文章提出应用体系能力贡献率的新研高分辨率光学遥感卫星轨道择优方法,以提高综合成像能力。针对卫星应用需求,构建与轨道相关的高分辨率光学遥感卫星成像能力指标体系。利用体系能力评估模型,定量化计算新研卫星在不同轨道下的综合成像能力,通过比较其对现有体系的新增贡献,进行卫星轨道择优。仿真分析结果表明,文章提出的方法能有效评估不同轨道条件下卫星的应用效能,可作为卫星最佳轨道选取的依据。     

“高分四号”卫星凝视相机视频电路设计与实现

"高分四号"卫星是中国首颗地球静止轨道遥感卫星,其携带的凝视相机系统能够实现在36 000km的地球静止轨道拍摄到50m分辨率的图像信息。高轨道、高分辨率光学拍摄任务所带来的问题是,面阵CMOS图像传感器模块将以极快的速度产生大量的并行图像数据。这对以CMOS图像传感器模块为核心的视频电路提出了更高的要求。而传统的视频电路设计方法不仅会产生一些信号完整性问题,且并不能完全适用于基于这种大数据量的面阵CMOS图像传感器模块的视频电路设计。文章通过仿真分析和实验验证,对比常规的设计方法,结合CMOS图像传感器模块的特点和输入输出特点,对基于这种面阵CMOS图像传感器模块的相机视频电路提出了新的设计方案,并证明了文章所提出的设计方案正确可行,且效果优于常规的设计方案。文章提出的设计方案已成功应用在"高分四号"卫星,在要求日趋复杂的遥感领域亦有广阔的应用前景。     

静止轨道气象卫星观测系统发展设想

介绍了静止轨道气象卫星发展的现状。对国内外静止气象卫星的平台能力和探测仪器性能进行了对标与分析。根据我国静止气象卫星应用需求,给出了所需的新型遥感仪器的需求。讨论了静止气象卫星的发展趋势。介绍了静止气象卫星采用光学成像星、探测星(光学、微波)、降水测量星组合配置,在同步轨道上同位或异位进行观测的发展设想,以及需配置的先进可见光红外成像仪、闪电成像仪、高光谱垂直探测仪、地球辐射收支仪、太阳X-EUV成像仪、地球静止轨道先进微波探测仪、地球静止轨道降水测量雷达等的主要功能与性能。     

中国气象卫星技术成就与展望（下）

b)静止轨道自旋卫星的星地成像技术 FY-2卫星在静止轨道以100r/min的速度旋转,扫描辐射计光学镜筒随卫星旋转,卫星自转1周为600ms,自西向东扫过地球1次,时间约33ms.形成一条视场角为20°的扫描线,获取地球和部分太空信息.     

小卫星高分辨率成像系统

对小卫星对地观测高分辨率成像系统进行了综述。介绍了国内外有极高分辨率（0．5～1．0m）、高分辨率（1．8～2．5m）和中高分辨率（4-10m）小卫星光学成像系统的性能,并与合成孔径雷达（SAR）成像系统进行了比较。给出了小卫星光学成像系统、SAR高分辨率成像系统和卫星平台的关键技术。讨论了未来小卫星及其高分辨率成像系统技术的发展趋势。     

美国空间攻防体系发展与能力研究

介绍了美国在空间态势感知、空间攻击和空间防御3个领域的空间攻防发展情况,其中包括天基监视系统(SBSS)、地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、轨道快车(Orbit Express)、地球静止轨道卫星机器人服务项目(RSGS)等重点装备。在此基础上,对美国空间攻防体系的发展思路与能力进行分析,得到如下结论:空间态势感知是空间攻防的核心与关键,通过天地一体化的发展思路获取全空间高精度实时态势感知信息;在空间攻击方面,采用感知/攻击一体化的发展策略,实现最佳费效比;在空间防御方面,全面推进可重组模块化及高弹性卫星载荷研制,同时大力发展在轨修复与操作技术,以实现受损卫星快速恢复的能力。