徐振堯 楊俊峰 李輝 李晶（中國天繪衛(wèi)星中心）

天繪－1立體測繪衛(wèi)星是我國自主研制的第一顆傳輸型立體測繪衛(wèi)星，搭載了全色分辨率2m、多光譜分辨率10m和三線陣測繪（也叫立體測繪）分辨率5m的相機(jī)各1臺。天繪－1的01、02星分別于2010年8月24日、2012年5月6日成功發(fā)射，兩顆星同時(shí)在軌運(yùn)行。目前，已獲取海量國內(nèi)外有效數(shù)據(jù)（單景云量小于20%），覆蓋了全球陸地50%左右、全國陸地93%以上，為我國國土測繪、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利和交通等部門提供了大量衛(wèi)星產(chǎn)品，應(yīng)用前景廣闊。

1 項(xiàng)目背景

我國的航天測繪始于20世紀(jì)70年代，研制了返回式攝影測量衛(wèi)星，獲取了國內(nèi)外地區(qū)的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，為我國立體測繪衛(wèi)星的發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。20世紀(jì)90年代，王任享院士跟蹤國外傳輸型衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，開展了三線陣CCD影像攝影測量研究，并聯(lián)合中國科學(xué)院長春光機(jī)所自主研制了我國第一臺傳輸型立體測繪相機(jī)。經(jīng)過在軌衛(wèi)星的演示驗(yàn)證，并對立體測繪衛(wèi)星設(shè)計(jì)和地面數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行研究攻關(guān)，現(xiàn)已突破了傳輸型立體測繪衛(wèi)星的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具備了利用傳輸型衛(wèi)星開展全球測繪的能力。2006年1月，天繪－1衛(wèi)星工程立項(xiàng)研制，并于2010年8月24日成功發(fā)射天繪－1的01星，其主要用途是制作1∶50000的測繪產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)國家基礎(chǔ)框架測繪，同時(shí)也用于各種遙感應(yīng)用。之后發(fā)射了天繪－1的02星，其技術(shù)狀態(tài)在01星的基礎(chǔ)上有整體提升。兩星組網(wǎng)運(yùn)行后，可實(shí)現(xiàn)隔天重訪，數(shù)據(jù)獲取能力大幅提升。目前，地面應(yīng)用系統(tǒng)已具備了規(guī)模化生產(chǎn)能力，生產(chǎn)的多種衛(wèi)星影像產(chǎn)品和地理空間信息產(chǎn)品，已在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各行各業(yè)發(fā)揮著重要作用。

2 衛(wèi)星簡介

天繪－1衛(wèi)星由航天東方紅衛(wèi)星有限公司研制，搭載了具有我國自主產(chǎn)權(quán)的線面混合三線陣CCD相機(jī)（LMCCD相機(jī)，其線陣分辨率5m，面陣分辨率6m）、多光譜相機(jī)（分辨率10m）和全色相機(jī)（分辨率2m），有效載荷比達(dá)42%，是我國目前有效載荷比最高的衛(wèi)星。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為3～5年，采用太陽同步近圓軌道，軌道設(shè)計(jì)高度500km，地面覆蓋寬度優(yōu)于60km。衛(wèi)星由公用艙、載荷艙和推進(jìn)艙組成，公用艙包括結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)、熱控、姿控軌控、星務(wù)管理、測控與供配電等6個部分。載荷艙裝載了三線陣立體測繪相機(jī)、多光譜相機(jī)、全色相機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。其中，全色相機(jī)采用8片CCD拼接而成；三線陣測繪相機(jī)由前視、正視、后視3個鏡筒構(gòu)成，在正視線陣兩側(cè)布設(shè)了4個小面陣，這種設(shè)計(jì)能夠有效解決條帶立體模型扭曲問題，提高攝影條帶平差計(jì)算的精度和穩(wěn)定性。多光譜相機(jī)包括紅、綠、藍(lán)、近紅外4個波段。為滿足衛(wèi)星影像測繪處理的需要，星上有效載荷還包括“全球定位系統(tǒng)”（GPS）測量儀和星敏感器，用于精確測定衛(wèi)星位置和攝影時(shí)刻的相機(jī)姿態(tài)。

三線陣測繪相機(jī)用于立體測繪，其前、正、后視相機(jī)呈一定角度安裝在測繪基座上，3個星敏感器也一同安裝在測繪基座上，以保障立體測繪的精度。全色相機(jī)和多光譜相機(jī)均采用離軸三反光學(xué)系統(tǒng)。

3 地面應(yīng)用系統(tǒng)能力

天繪－1衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)由任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)預(yù)處理、定位與測圖、攝影參數(shù)與影像特性檢測、地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)、數(shù)據(jù)管理與服務(wù)7個分系統(tǒng)組成，其主要功能是規(guī)劃衛(wèi)星攝影任務(wù)和有效載荷運(yùn)行管理、接收衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)、生成衛(wèi)星影像產(chǎn)品、完成數(shù)據(jù)的存儲管理與分發(fā)、進(jìn)行在軌幾何定標(biāo)和輻射定標(biāo)等。

目前，天繪－1的01、02星運(yùn)行安全穩(wěn)定，地面應(yīng)用系統(tǒng)工作正常，所獲取的5m三線陣影像、2m全色影像以及10m多光譜影像，層次豐富，圖像清晰，衛(wèi)星系統(tǒng)和地面應(yīng)用系統(tǒng)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

3臺相機(jī)可同時(shí)獲取同一地區(qū)的2m分辨率全色影像、5m分辨率立體影像以及10m分辨率4譜段多光譜影像，攝影范圍在地球南北緯80°之間，攝影覆蓋寬度均優(yōu)于60km，每次攝影最大條帶長度5000km，每顆衛(wèi)星每天最大可獲取1.5×106km2的遙感影像，單顆星58天覆蓋全球一遍。

經(jīng)國內(nèi)大范圍定位精度檢測，天繪－1衛(wèi)星無地面控制點(diǎn)條件下定位精度平面優(yōu)于10m，高程優(yōu)于6m，滿足測制1∶50000比例尺地形圖和修測1∶25000比例尺地形圖的要求。

天繪－1衛(wèi)星基本參數(shù)

地面應(yīng)用系統(tǒng)長期跟蹤、監(jiān)測天繪－1衛(wèi)星有效載荷在軌運(yùn)行狀態(tài)。通過地面試驗(yàn)場幾何定標(biāo)，提高定位和數(shù)據(jù)測繪處理的精度；通過均勻場相對輻射特性檢測，提高影像質(zhì)量；通過在地面布設(shè)靶標(biāo)和同步信息采集，進(jìn)行絕對輻射特性、分辨率與調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）檢測，跟蹤相機(jī)參數(shù)變化，為定量化遙感提供依據(jù)。

4 產(chǎn)品類型與應(yīng)用

天繪－1衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為6級，分別是0級、1A級、1B級、2級、3A級和3B級，其中：

· 0級為原始數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

· 1A級產(chǎn)品為0級產(chǎn)品經(jīng)過輻射校正后得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

天繪-1衛(wèi)星拍攝的北京“鳥巢”融合圖

天繪－1的01星靶標(biāo)影像

· 1B級產(chǎn)品為1A級數(shù)據(jù)產(chǎn)品經(jīng)過攝影測量處理后得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

· 2級產(chǎn)品為1A級數(shù)據(jù)產(chǎn)品利用系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)過粗幾何校正后得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

· 3A級產(chǎn)品為1A級數(shù)據(jù)產(chǎn)品利用系統(tǒng)參數(shù)和地面控制點(diǎn)經(jīng)過精幾何校正后得到的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

· 3B級產(chǎn)品為1B級衛(wèi)星產(chǎn)品經(jīng)過攝影測量處理形成的正射影像產(chǎn)品。

天繪－1衛(wèi)星產(chǎn)品已提供給中國衛(wèi)星資源中心、國土資源部、國家林業(yè)局等90余家單位使用，主要用于城市土地利用、國土資源調(diào)查、林業(yè)調(diào)查以及科學(xué)試驗(yàn)等。

5 結(jié)束語

按照“天繪”衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃，在未來10～20年內(nèi)，將研制光學(xué)、微波、重力、磁力等一系列用于地貌測繪和地球物理場探測的遙感測繪衛(wèi)星。地形、地貌測繪衛(wèi)星主要用于獲取多尺度、高精度地理空間信息，地球物理場探測衛(wèi)星主要用于構(gòu)建全球重力場和磁力場，建立重力基準(zhǔn)和磁力基準(zhǔn)?！疤炖L”衛(wèi)星將為國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)提供多元、多尺度、全要素的遙感測繪數(shù)據(jù)，為推動我國的測繪遙感技術(shù)發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮巨大作用。