戴君 張新偉 李少輝 徐文霞 劉寧 劉付強(qiáng) 黃縉（中國空間技術(shù)研究院總體部）

2012年7月30日，在國家國防科技工業(yè)局舉行的在軌交付儀式上，資源－3衛(wèi)星由研制單位—中國航天科技集團(tuán)公司正式交付主用戶—國家測繪地理信息局。國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部、農(nóng)業(yè)部等用戶也將利用資源－3衛(wèi)星數(shù)據(jù)，服務(wù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。資源－3衛(wèi)星是一顆1∶50000比例尺光學(xué)傳輸型立體測繪衛(wèi)星，于2012年1月9日成功發(fā)射。經(jīng)過在軌驗(yàn)證，衛(wèi)星取得了良好的效果，圖像層次分明，動(dòng)態(tài)范圍良好，細(xì)節(jié)表現(xiàn)力強(qiáng)，彩色融合圖像效果顯著，圖像質(zhì)量和定位精度得到用戶、同行的一致認(rèn)可。

1 項(xiàng)目背景

根據(jù)國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、林業(yè)局等各行業(yè)部門對基礎(chǔ)地理信息的強(qiáng)烈需求，我國急需建立并持續(xù)更新全國1∶50000地形數(shù)據(jù)庫，建立全國2.5m分辨率正射影像數(shù)據(jù)庫，并更新1∶25000地形圖。按照以上業(yè)務(wù)需求，2008年4月，我國正式啟動(dòng)資源－3衛(wèi)星研制工作。

資源－3衛(wèi)星是一顆光學(xué)傳輸型立體測繪衛(wèi)星，衛(wèi)星集測繪和資源調(diào)查功能于一體，用于1∶50000立體測圖及更大比例尺基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新，開展國土資源調(diào)查與監(jiān)測。資源－3衛(wèi)星工程的建設(shè)，將大力增強(qiáng)獨(dú)立獲取地理空間信息的能力，提升我國測繪服務(wù)保障水平，提高國土資源調(diào)查與監(jiān)測的數(shù)據(jù)保障能力，加快空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

資源－3衛(wèi)星于2008年4月立項(xiàng)進(jìn)入工程研制階段，經(jīng)歷方案、初樣、正樣的研制過程，于2011年11月出廠。2012年1月9日11：17，資源－3衛(wèi)星由長征－4B運(yùn)載火箭從太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。隨后，衛(wèi)星太陽電池翼順利展開，衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定，成功定點(diǎn)到預(yù)定的軌道。2012年1月11日，衛(wèi)星順利傳回第一幅高精度立體影像及高分辨率多光譜圖像，圖像清晰、層次分明、動(dòng)態(tài)范圍較好。隨后，經(jīng)過為期90天的在軌測試，衛(wèi)星工作正常，圖像質(zhì)量和定位精度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，得到用戶、業(yè)內(nèi)一致認(rèn)可。

2 任務(wù)概況

資源－3衛(wèi)星主要用于測繪行業(yè)的立體測圖和資源遙感應(yīng)用，為國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化建設(shè)服務(wù)；對全國范圍實(shí)施立體測圖，加快我國空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和測繪信息產(chǎn)品的生產(chǎn)更新；支持國土資源調(diào)查、測繪和城市規(guī)劃的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)。資源－3衛(wèi)星的主要功能包括：

1）充分利用三線陣立體影像以及多光譜影像，制作1∶ 50000地形圖，包括數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像、數(shù)字線劃圖；

2）對1∶25000及更大比例尺的地形圖的修測、更新；

3）制作各種初級和高級的遙感影像產(chǎn)品；

4）進(jìn)行國土資源詳查、城市變化監(jiān)測、電子政務(wù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、地質(zhì)、礦產(chǎn)、林業(yè)、水利、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、交通、減災(zāi)防災(zāi)、海洋、氣象、通信、電力等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3 衛(wèi)星簡介

資源－3衛(wèi)星是一顆三軸穩(wěn)定的太陽同步軌道傳輸型對地觀測衛(wèi)星，工作在降交點(diǎn)地方時(shí)為10：30的軌道，衛(wèi)星壽命5年。衛(wèi)星軌道高度為500km，回歸周期59天。

資源－3衛(wèi)星包括有效載荷和衛(wèi)星平臺(tái)，其中有效載荷由三線陣相機(jī)、多光譜相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)傳天線和數(shù)據(jù)記錄5個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成，衛(wèi)星平臺(tái)由結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控、控制與推進(jìn)、供配電、測控、數(shù)據(jù)管理6個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成。

資源－3衛(wèi)星基本參數(shù)

4 重要分系統(tǒng)

三線陣相機(jī)分系統(tǒng)

三線陣相機(jī)由前視相機(jī)、后視相機(jī)、正視相機(jī)和一體化支架共同組成。前、后視相機(jī)與正視相機(jī)的交會(huì)角均為22°，它們在同一時(shí)刻從不同方向?qū)Φ孛婢拔锍上?。在航向重疊區(qū)域，可利用至少2臺(tái)相機(jī)在不同時(shí)刻對同一地物的影像獲取全色立體圖像，從而實(shí)現(xiàn)資源－3衛(wèi)星立體測繪功能。3臺(tái)相機(jī)通過推掃方式對地面景物成像，前、后視相機(jī)分辨率為4m，正視相機(jī)分辨率為2.5m。

三線陣相機(jī)外觀圖

多光譜相機(jī)分系統(tǒng)

多光譜相機(jī)在正視方向以推掃的方式對地面景物成像，分別獲得藍(lán)光譜段（0.45～0.52μm）、綠光譜段（0.52～0.59μm）、紅光譜段（0.63～0.69μm）和近紅外譜段（0.77～0.89μm）的地面影像。多光譜相機(jī)采用三反離軸光學(xué)系統(tǒng)，其探測器為4譜段集成的時(shí)間延遲積分電荷耦合器件（TDI CCD），地面像元分辨率優(yōu)于10m。多光譜譜段的設(shè)置不僅可以用于資源遙感，同時(shí)也能夠增強(qiáng)對測繪地物的判別。

數(shù)據(jù)傳輸與記錄分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)主要完成相機(jī)分系統(tǒng)和部分服務(wù)分系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收、處理、調(diào)制和功率放大等功能，并可根據(jù)工作模式要求，完成圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸、記錄或回放。其功能主要包括：對相機(jī)分系統(tǒng)輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼、格式編排、信道編碼和加擾處理，全色圖像壓縮比為4∶1或2∶1可選，多光譜數(shù)據(jù)無損壓縮；將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)傳通道進(jìn)行傳輸，或送圖像數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。

數(shù)傳天線采用點(diǎn)波束天線，接收數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)送的兩路X頻段信號(hào)，將信號(hào)正交雙圓極化后輻射至地面接收站。資源－3衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率為2×450Mbit/s，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)極化復(fù)用高速傳輸。

三線陣相機(jī)基本參數(shù)

多光譜相機(jī)外形圖

數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)主要用于記錄/回放三線陣測繪相機(jī)、多光譜相機(jī)、星敏感器和陀螺等的數(shù)據(jù)，具有記錄、回放、擦除、自檢等功能。數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)配置了2臺(tái)存儲(chǔ)器，每臺(tái)有效容量大于500Gbit。

測控分系統(tǒng)

資源－3衛(wèi)星通過GPS和激光角反射器實(shí)現(xiàn)精密定軌。計(jì)算分析結(jié)果表明，在衛(wèi)星軌道的切向、法向、徑向等3個(gè)方向的位置精度均優(yōu)于5cm。同時(shí)，結(jié)合激光角反射器的測量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星測距精度優(yōu)于1cm。

多光譜相機(jī)基本參數(shù)

資源－3衛(wèi)星數(shù)字高程模型（DEM）圖像

資源－3衛(wèi)星DEM+數(shù)字正射影像（DOM）圖像

資源－3衛(wèi)星紅綠立體影像

資源－3衛(wèi)星多光譜與三線陣正視融合圖像

控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)選用高精度星敏感器和陀螺，相互配合完成高精度姿態(tài)測量任務(wù)。通過敏感器的高精度測量，并利用優(yōu)化后的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，衛(wèi)星在軌可以實(shí)現(xiàn)0.01°的姿態(tài)測量精度。同時(shí)，利用星上下傳的敏感器原始輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理，衛(wèi)星的相對姿態(tài)測量精度可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于3″的指標(biāo)。

5 應(yīng)用成果

在軌測試期間，用戶對資源－3衛(wèi)星及相關(guān)系統(tǒng)功能、性能進(jìn)行了測試，結(jié)果表明，資源－3衛(wèi)星影像及輔助數(shù)據(jù)、姿態(tài)和軌道原始觀測數(shù)據(jù)完整、正確，數(shù)據(jù)獲取鏈路暢通，衛(wèi)星圖像清晰、層次分明。

根據(jù)資源－3衛(wèi)星測試結(jié)果，在未利用高精度GPS事后處理數(shù)據(jù)的情況下，衛(wèi)星在無控制點(diǎn)條件下的定位精度優(yōu)于50m，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。同時(shí)，在有控制點(diǎn)條件下的平面和高程精度完全滿足1∶50000立體測圖精度、1∶25000地圖修測與更新精度的要求，具備生產(chǎn)1∶50000地形圖及1∶25000地圖修測與更新的能力。

6 結(jié)束語

資源－3衛(wèi)星的用戶是國家測繪地理信息局。從影像來看，圖像層次分明，動(dòng)態(tài)范圍良好，細(xì)節(jié)表現(xiàn)力強(qiáng)，彩色融合圖像效果顯著；利用三線陣影像生產(chǎn)的DSM/DOM檢查精度來看，衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到了國外同等商業(yè)測繪衛(wèi)星的精度水平。資源－3衛(wèi)星的投入使用打破了我國測繪影像資料貧乏的制約，從根本上解決了我國廣泛采購國外商用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進(jìn)行測圖工作的現(xiàn)狀。同時(shí)，標(biāo)志著我國高精度遙感衛(wèi)星設(shè)計(jì)、制造和地面處理水平達(dá)到世界先進(jìn)水平，具備強(qiáng)大的市場競爭力和廣闊的應(yīng)用前景。

在“十二五”期間，我國還將繼承資源－3衛(wèi)星的技術(shù)基礎(chǔ)，發(fā)射后續(xù)的業(yè)務(wù)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)多顆1∶50000立體測繪衛(wèi)星連續(xù)在軌運(yùn)行，構(gòu)成空間立體監(jiān)測系統(tǒng)，對國土測繪、資源調(diào)查與監(jiān)測形成持續(xù)、穩(wěn)定的業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)獲取能力。