李果孔祥皓劉鳳晶練敏隆

（1 北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094）

（2 北京空間機電研究所，北京 100094）

“高分四號”衛(wèi)星遙感技術(shù)創(chuàng)新

李果1孔祥皓1劉鳳晶1練敏隆2

（1 北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094）

（2 北京空間機電研究所，北京 100094）

“高分四號”衛(wèi)星是中國首顆地球靜止軌道高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星，是國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項工程的重要組成部分?！案叻炙奶枴毙l(wèi)星將高時間分辨率和較高空間分辨率相結(jié)合，為減災(zāi)、氣象、地震和林業(yè)等多個行業(yè)的應(yīng)用提供遙感數(shù)據(jù)服務(wù)，并為海洋、國土和水利等行業(yè)以及國防建設(shè)提供遙感數(shù)據(jù)支持，實現(xiàn)中國民用高分衛(wèi)星研制和衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域的新突破。文章分析了“高分四號”衛(wèi)星在運行軌道、探測手段、控制體制等多方面的任務(wù)特點，總結(jié)了衛(wèi)星總體設(shè)計技術(shù)、高精度控制技術(shù)、復(fù)雜條件下像質(zhì)保障技術(shù)、高精度熱控技術(shù)、高可靠長壽命技術(shù)等創(chuàng)新點，為中國靜止軌道高分辨率光學(xué)遙感領(lǐng)域后續(xù)發(fā)展提出重要建議。

技術(shù)特點 應(yīng)用 “高分四號”衛(wèi)星 航天遙感

0 引言

高軌高分辨率對地觀測技術(shù)是未來對地觀測技術(shù)發(fā)展的重要方向[1]，“高分四號”衛(wèi)星是我國此類遙感衛(wèi)星的首發(fā)星，也是世界上第一顆地球靜止軌道較高空間分辨率遙感衛(wèi)星，填補了我國乃至世界高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的空白。“高分四號”衛(wèi)星是國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)民用系列衛(wèi)星的重要組成部分，能夠提供高時間分辨率、大幅寬和50m像元分辨率的遙感數(shù)據(jù)。

1 衛(wèi)星簡介

1.1 觀測任務(wù)分析

靜止軌道光學(xué)遙感領(lǐng)域分辨率優(yōu)于百米，在世界范圍內(nèi)尚屬首例。近年來，美國已經(jīng)開展了高軌道米級高分辨率遙感衛(wèi)星的技術(shù)預(yù)先研究，歐洲也在進行高軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的技術(shù)論證，但歐洲由于國土面積較小，研制高軌道遙感衛(wèi)星的需求并不迫切。而我國由于國土面積幅員遼闊，氣象觀測、搶險救災(zāi)、環(huán)境保護、森林保護等對高軌道遙感衛(wèi)星的需求非常強烈，因此，催生了地球靜止軌道遙感衛(wèi)星研制工程的實施。由于衛(wèi)星可通過快速指向控制，能進行大范圍實時、連續(xù)機動成像和高時間分辨率成像相結(jié)合的綜合觀測，進而可以獲取較高空間分辨率和多譜段地面圖像信息；同時衛(wèi)星還可以對用戶感興趣的地方進行連續(xù)觀測、凝視觀測、區(qū)域成像及機動成像等，在滿足減災(zāi)、氣象、地震、林業(yè)等多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求上，發(fā)揮重要的作用。例如在對臺風(fēng)的實際觀測中，由于中低軌道衛(wèi)星回歸時間比較長，對感興趣的地區(qū)持續(xù)觀測困難，信息不連續(xù)；當(dāng)衛(wèi)星運行一圈過來再進行觀測，臺風(fēng)的發(fā)展態(tài)勢早就發(fā)生了變化[2]，而“高分四號”衛(wèi)星由于運行在地球靜止軌道，不僅可以連續(xù)提供臺風(fēng)發(fā)展變化信息，而且對臺風(fēng)的紋理等細(xì)節(jié)一目了然，可以為有關(guān)部門預(yù)測臺風(fēng)的發(fā)展趨勢，對及時采取應(yīng)對舉措提供幫助。

1.2 任務(wù)特點分析

與我國已發(fā)射應(yīng)用的低軌遙感衛(wèi)星相比[3-4]，“高分四號”衛(wèi)星任務(wù)有以下不同的特點：

1）運行軌道不同。以往發(fā)射應(yīng)用的遙感衛(wèi)星都是運行在距地球400km～1 000km左右的低軌道，而“高分四號”衛(wèi)星則運行在距地球36 000km的高軌道。

2）遙感手段不同。以往我國發(fā)射應(yīng)用的遙感衛(wèi)星采取的是線陣推掃方式成像，而“高分四號”衛(wèi)星采用了面陣凝視成像。

3）控制體制不同?！案叻炙奶枴毙l(wèi)星是在我國低軌遙感衛(wèi)星、高軌道通信衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星基礎(chǔ)上研制，采用先進控制體制配合高精度測量敏感器和執(zhí)行機構(gòu)，具有整星小角度快速機動和高穩(wěn)定度控制的特點。

4）遙感器尺寸不同。“高分四號”衛(wèi)星搭載的是我國目前口徑最大的面陣凝視光學(xué)遙感相機，最大限度地保證了地面分辨率和成像幅寬。

5）設(shè)計壽命不同。以往遙感衛(wèi)星一般要求設(shè)計壽命3～5年，而“高分四號”衛(wèi)星則要求整星設(shè)計壽命達到8年，是我國目前設(shè)計壽命最長的遙感衛(wèi)星。

6）熱環(huán)境和輻射環(huán)境比中低軌更惡劣。

1.3 衛(wèi)星概述

衛(wèi)星采用新研制的高軌遙感衛(wèi)星平臺，承載可見光和中波紅外共口徑的光學(xué)相機，配置0.5Nm大力矩動量輪實現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)快速機動，能夠在30s內(nèi)實現(xiàn)整星機動0.64°并穩(wěn)定，具備對突發(fā)事件的快速響應(yīng)能力?！案叻炙奶枴毙l(wèi)星星下點像元分辨率達到可見光譜段50m、中波紅外譜段400m，有效幅寬均優(yōu)于400km；共設(shè)置6個譜段，譜段設(shè)置分別為B1:0.45μm～0.90μm、B2:0.45μm～0.52μm、B3:0.52μm～0.60μm、B4:0.63μm～0.69μm、B5:0.76μm～90.90μm、B6:3.5μm～4.1μm，無控制點目標(biāo)定位精度達到4km（3σ）；采用高速信號調(diào)制技術(shù)和高增益點波束天線，實現(xiàn) 300Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸速率。衛(wèi)星研制突破了靜止軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星總體設(shè)計技術(shù)、衛(wèi)星姿態(tài)快速機動與高穩(wěn)定控制技術(shù)、復(fù)雜成像條件下高軌遙感衛(wèi)星成像品質(zhì)保障技術(shù)、長壽命高可靠技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。圖1為“高分四號”衛(wèi)星飛行狀態(tài)示意圖。

圖1 “高分四號”衛(wèi)星飛行狀態(tài)示意圖Fig.1 GF-4 satellite flight status

1.4工作模式

根據(jù)衛(wèi)星觀測任務(wù)的不同，衛(wèi)星可分為凝視成像模式、區(qū)域成像模式和機動巡查模式。凝視成像模式是對特定地點進行成像；區(qū)域成像模式是對用戶指定區(qū)域進行拼接成像；機動巡查模式可根據(jù)任務(wù)要求，利用姿態(tài)機動快速完成用戶指定的2～3個關(guān)注區(qū)域的成像。

2 衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新點

“高分四號”衛(wèi)星的研制是在借鑒中國空間技術(shù)研究院中低軌道遙感衛(wèi)星、高軌道通信衛(wèi)星和“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星研制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對高軌道遙感衛(wèi)星特點，集成而成的。在衛(wèi)星研制過程中，開展了多項技術(shù)創(chuàng)新工作，以確保衛(wèi)星性能和功能的實現(xiàn)。

2.1高軌高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星總體設(shè)計技術(shù)

在地球靜止軌道上實現(xiàn)50m分辨率光學(xué)成像，國際上沒有在軌飛行的先例，沒有成熟的技術(shù)體制可供借鑒，因此總體設(shè)計是“高分四號”衛(wèi)星工程研制的關(guān)鍵之一。通過識別與低軌遙感衛(wèi)星設(shè)計的差異，確定攻關(guān)工作的重點為任務(wù)分析、指標(biāo)體系論證、成像模式、工作環(huán)境、一體化設(shè)計、微振動測量等方面。

通過任務(wù)分析，提取出對衛(wèi)星成像品質(zhì)、工作模式、數(shù)據(jù)傳輸、壽命、可靠性等要求，充分反映成像模式對分系統(tǒng)指標(biāo)的影響；建立一套地球靜止軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星指標(biāo)體系，完成衛(wèi)星軌道設(shè)計，通過指標(biāo)體系論證，分解各個影響環(huán)節(jié)，解析出對衛(wèi)星有效載荷、平臺的指標(biāo)要求；地球靜止軌道衛(wèi)星星下點相對固定，易采用面陣凝視方式進行成像，并通過衛(wèi)星姿態(tài)偏置進行區(qū)域拼接成像（見圖 2），通過大角度機動對熱點地區(qū)進行機動巡查，因此凝視成像、區(qū)域成像和機動巡查成像為有效載荷在軌三種主要成像模式；在總體設(shè)計技術(shù)方面綜合考慮相機焦面和信號處理等設(shè)備散熱對成像品質(zhì)的影響，以及熱變形對光軸指向測量精度的影響，完成衛(wèi)星機、電、熱一體化設(shè)計；對成像期間的衛(wèi)星活動部件的微振動進行測量，包括太陽翼驅(qū)動機構(gòu)、動量輪、制冷機等組件，提出單機微振設(shè)計指標(biāo)、降低對衛(wèi)星成像影響。

圖2 區(qū)域成像工作模式Fig.2 Area imaging mode

2.2 快速機動與高穩(wěn)定控制技術(shù)

“高分四號”衛(wèi)星為任務(wù)主導(dǎo)型衛(wèi)星，因此衛(wèi)星的最大特點為對用戶的成像任務(wù)可以近實時響應(yīng)。在有成像需求時，衛(wèi)星可以通過姿態(tài)側(cè)擺對目標(biāo)區(qū)域進行凝視成像或者拼接成像，對多個成像任務(wù)通過巡查成像模式完成。因此要求衛(wèi)星具有快速機動并穩(wěn)定的能力，為此星上配置了4個0.5Nm的大力矩動量輪作為執(zhí)行機構(gòu)進行衛(wèi)星姿態(tài)側(cè)擺控制，同時采用 3"高精度星敏+陀螺方式定姿，即基于陀螺的測量數(shù)據(jù)，對姿態(tài)四元數(shù)進行積分計算得到衛(wèi)星姿態(tài)的預(yù)估值；再利用星敏感器的測量數(shù)據(jù)，對衛(wèi)星姿態(tài)估計的誤差進行 Kalman濾波校正，并估計陀螺的漂移。這樣可以得到的衛(wèi)星姿態(tài)是相對于慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)，再結(jié)合高精度軌道外推算法，進一步得到衛(wèi)星相對于軌道坐標(biāo)系的姿態(tài)參數(shù)。

在方案研制階段，利用大型單軸氣浮臺開展了整星快速機動快速穩(wěn)定技術(shù)的全物理仿真試驗（如圖3所示），并進行控制算法的優(yōu)化，以實現(xiàn)姿態(tài)確定和穩(wěn)定度的指標(biāo)。通過在軌測試，衛(wèi)星可以在26s內(nèi)完成姿態(tài)機動0.64°并穩(wěn)定，姿態(tài)穩(wěn)定度為2×10-4（°）/s，優(yōu)于指標(biāo)要求的5×10-4（°）/s。

圖3 “高分四號”衛(wèi)星進行大型單軸氣浮臺試驗Fig.3 GF-4 satellite single axis air bearing test

2.3衛(wèi)星長壽命設(shè)計與驗證技術(shù)

“高分四號”衛(wèi)星是我國首顆高軌長壽命光學(xué)成像衛(wèi)星，設(shè)計壽命要求8年，技術(shù)研究工作從三方面展開：使用模式對衛(wèi)星壽命和可靠性的影響、地球靜止軌道遙感衛(wèi)星空間環(huán)境防護措施、地球靜止軌道遙感衛(wèi)星長壽命高可靠設(shè)計與驗證方法。通過對壽命薄弱環(huán)節(jié)分析，機電類的活動部件以及未在高軌道應(yīng)用過的器件和部組件是影響衛(wèi)星壽命的主要因素。

通過識別，機電類的活動部件包括0.5Nm的大力矩動量輪、三浮陀螺、太陽翼驅(qū)動機構(gòu)、相機旋轉(zhuǎn)濾光片組件、定標(biāo)機構(gòu)、脈沖管制冷機組件、數(shù)傳天線轉(zhuǎn)動機構(gòu)；未在高軌道應(yīng)用過的器件和部組件為可見光近紅外通道的CMOS探測器、中波紅外通道探測器、阻尼桁架組件用的聚氨酯等。

針對上述薄弱環(huán)節(jié)，在設(shè)計上采取了相應(yīng)措施，并開展了地面試驗驗證，確保衛(wèi)星可以在軌工作 8年。圖4為“高分四號”衛(wèi)星相機中波紅外譜段脈沖管制冷機1:1壽命試驗現(xiàn)場。

2.4復(fù)雜成像條件下高軌道遙感衛(wèi)星成像品質(zhì)保障技術(shù)

高軌成像條件復(fù)雜、影響因素多，因此高軌遙感衛(wèi)星成像品質(zhì)保障技術(shù)研究主要從三方面開展工作：

1） 對成像品質(zhì)影響因素進行分析。復(fù)雜成像條件包括成像鏈路中各環(huán)節(jié)對衛(wèi)星成像品質(zhì)產(chǎn)生影響，影響環(huán)節(jié)包括地面目標(biāo)、大氣、衛(wèi)星平臺、相機載荷和地面處理等。通過研究獲取主要影響因素的分析模型，然后通過對圖像品質(zhì)產(chǎn)生影響的因素進行建模分析，來支持衛(wèi)星方案設(shè)計。

圖4 “高分四號”衛(wèi)星相機中波紅外譜段脈沖管制冷機1∶1壽命試驗現(xiàn)場Fig.4 1:1 life test of infrared pulse tube refrigerator of GF-4 satellite camera

2）對在軌成像品質(zhì)進行預(yù)估，對衛(wèi)星成像品質(zhì)進行定量分析。成像品質(zhì)預(yù)估是將用戶提出的在軌成像品質(zhì)，與衛(wèi)星及載荷設(shè)計各項指標(biāo)聯(lián)系起來，一方面驗證確定技術(shù)狀態(tài)下對在軌成像質(zhì)量指標(biāo)的滿足度，另一方面對衛(wèi)星及載荷設(shè)計指標(biāo)提出要求。通過預(yù)估表明，衛(wèi)星及載荷設(shè)計狀態(tài)能夠滿足用戶對成像品質(zhì)的需求。

3）進行全鏈路成像品質(zhì)仿真。根據(jù)衛(wèi)星成像過程的特殊性，基于成像鏈路的物理模型，對大氣、衛(wèi)星平臺運動、相機光學(xué)系統(tǒng)及傳感器的傳輸、采樣特性進行仿真。產(chǎn)生的圖像不僅可以形象的展示衛(wèi)星成像的效果，進行圖像品質(zhì)的預(yù)估，還可以用于圖像品質(zhì)的定量評價、遙感圖像地面處理及應(yīng)用研究等方面。

另外，通過研究，還陸續(xù)產(chǎn)生了在軌成像參數(shù)優(yōu)化、圖像輔助數(shù)據(jù)編排、光學(xué)系統(tǒng)畸變檢校等方法，保障了“高分四號”衛(wèi)星圖像品質(zhì)滿足用戶需求。

2.5高精度熱控設(shè)計技術(shù)

地球靜止軌道衛(wèi)星的熱環(huán)境復(fù)雜，熱環(huán)境的變化對于相機的光學(xué)成像部件和主體結(jié)構(gòu)影響較為嚴(yán)重。為配合相機區(qū)域成像，要求衛(wèi)星具有快速機動并穩(wěn)定的能力，與其相對應(yīng)的是相機和星敏的高溫度穩(wěn)定性、高控溫能力，因此對相機、星敏、一體化結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組合體的高精度熱控設(shè)計是“高分四號”衛(wèi)星研制工作中的難點和重點。

相機的熱控方案設(shè)計中采用了隔熱設(shè)計、熱量收集及熱排散設(shè)計、主動控溫設(shè)計和等溫化設(shè)計等。為解決遮陽罩組件的溫度波動劇烈難題，采用了分段熱控設(shè)計技術(shù)；對安裝在相機主承力框上的星敏和星敏輻射器進行集成設(shè)計，可以滿足星敏的熱控要求；為降低在軌一體化結(jié)構(gòu)的熱變形，一體化結(jié)構(gòu)采用了復(fù)合材料，具有很高熱穩(wěn)定性，其熱設(shè)計以被動熱控為主，減少外熱源對一體化結(jié)構(gòu)溫度的影響。通過設(shè)計，相機主承力結(jié)構(gòu)溫度在（20±3）℃范圍內(nèi)、星敏測溫點的溫差小于 2℃，可以保證在軌姿態(tài)測量精度以及衛(wèi)星的成像品質(zhì)。

3 在軌數(shù)據(jù)評價與應(yīng)用情況

3.1輻射質(zhì)量在軌驗證情況

“高分四號”衛(wèi)星積分時間可調(diào)，在保障圖像信噪比方面具有獨到優(yōu)勢。信噪比是圖像中的有用信息與噪聲的比值。圖像的信噪比越高，說明圖像中有效信號相對于噪聲越強，即遙感圖像反映的地物信息更好。衛(wèi)星在軌測試采用方差法：選擇圖像中的一塊較均勻區(qū)域，計算該區(qū)域響應(yīng)值的均值和方差，并將均值和方差之比作為信噪比。利用該方法測量圖像信噪比，所選“較均勻區(qū)域”的非均勻性會影響信噪比測試結(jié)果?！案叻炙奶枴毙l(wèi)星相機信噪比在軌測試見表1。

表1 “高分四號”衛(wèi)星相機信噪比在軌測試記錄表Tab.1 GF-4 satellite camera SNR test on orbit

3.2幾何質(zhì)量（quality）在軌驗證情況

定位精度即幾何校正后圖像上的地理位置和真實位置之間的差異，“高分四號”衛(wèi)星在 2級產(chǎn)品基礎(chǔ)上進行平面幾何定位精度評價。圖5為定位精度評價中，圖像和參考圖像控制點示意圖。表2為“高分四號”衛(wèi)星2A級產(chǎn)品平面定位精度測試結(jié)果一覽表。

圖5 圖像和參考圖像控制點示意圖Fig.5 Image and control point

表2 “高分四號”衛(wèi)星2A級產(chǎn)品平面定位精度測試結(jié)果一覽表Tab.2 GF-4 satellite’s level 2A image positioning accuracy evaluation results m

通過對20景不同時相、不同地形起伏的“高分四號”衛(wèi)星圖像的平面定位精度檢測，結(jié)果滿足定位精度優(yōu)于4km的研制要求。

多譜段配準(zhǔn)精度測試即對可見光近紅外圖像的不同波段之間的定位、對齊或重合情況進行評價，并通過對波段配準(zhǔn)精度測試數(shù)據(jù)的評價分析，給出相應(yīng)的配準(zhǔn)結(jié)果及波段配準(zhǔn)偏差規(guī)律，使其更好地滿足用戶需求。景號為116852的可見光圖像，經(jīng)過波段分離處理后，以第4波段為參考，計算第3波段與第4波段的配準(zhǔn)精度，匹配的控制點如圖6所示。

圖6 多通道圖像波段3與波段4匹配控制點圖Fig.6 Band 3 and band 4 image and control point

通過對8景不同時相、不同地形起伏的可見光圖像進行波段配準(zhǔn)精度測試，測試結(jié)果均滿足波段配準(zhǔn)精度優(yōu)于0.3個像元的研制要求，見表3。

表3 多譜段配準(zhǔn)精度測試結(jié)果一覽表Tab.3 Bands image positioning accuracy evaluation results 像元

3.3 在軌應(yīng)用情況

“高分四號”衛(wèi)星可見光通道像元分辨率為50m，對于面積、寬度相近的面狀地物能夠明顯識別，對于寬度小于分辨率的長線性目標(biāo)也能夠很容易的進行識別及進行邊緣提取[5]，這充分說明“高分四號”衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以滿足大范圍、中等比例尺遙感調(diào)查和監(jiān)測的要求?！案叻炙奶枴毙l(wèi)星中波紅外波段地面像元分辨率為400m，結(jié)合可見光通道較高分辨率數(shù)據(jù)進行綜合處理和使用，可實現(xiàn)對地表紅外輻射特性的研究，如對于過火面積的估算和城市街區(qū)精細(xì)化氣象預(yù)報研究等。

此外，利用“高分四號”衛(wèi)星準(zhǔn)視頻成像功能，可以記錄拍攝目標(biāo)的運動軌跡，獲取目標(biāo)運動的方向和速度，為災(zāi)害發(fā)展預(yù)測和氣象預(yù)報提供更為有效直觀的數(shù)據(jù)，對于發(fā)展變化速度較快的自然災(zāi)害和現(xiàn)象，“高分四號”衛(wèi)星能夠全面記錄其演變過程，為防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境治理和保護生態(tài)提供決策依據(jù)。圖7為“高分四號”衛(wèi)星拍攝某運載發(fā)射過程影像。

“高分四號”衛(wèi)星相機配置大規(guī)模面陣CMOS探測器、大規(guī)模面陣紅外探測器及視頻電路，相比于以往幾十千米幅寬的觀測范圍，實現(xiàn)了飛躍式進步。結(jié)合其靜止凝視成像特點，“高分四號”衛(wèi)星大大提高了數(shù)據(jù)獲取效率，大幅寬的凝視成像方式可以更快速準(zhǔn)確的反映出大區(qū)域變化的地物發(fā)展特征。

圖7 “高分四號”衛(wèi)星拍攝某運載發(fā)射過程影像Fig.7 GF-4 satellite shooting a rocket launching process

“高分四號”衛(wèi)星已經(jīng)于2016年6月交付用戶開展應(yīng)用示范研究，并提供行業(yè)主體進行業(yè)務(wù)應(yīng)用。衛(wèi)星將以其高時效的光學(xué)觀測為用戶提供新的觀測手段，可以實現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警預(yù)報、災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測、林火災(zāi)害監(jiān)測、對流云識別以及臺風(fēng)精確定位等多方面的應(yīng)用。

對于減災(zāi)用戶，“高分四號”衛(wèi)星可以完成基于長時間序列的孕災(zāi)環(huán)境和致災(zāi)因子監(jiān)測，支持洪澇、旱災(zāi)、雪災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害等災(zāi)害風(fēng)險監(jiān)測。通過高頻次重復(fù)探測，獲取災(zāi)害演變過程中典型孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)目標(biāo)的持續(xù)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，為洪澇、火災(zāi)、滑坡、泥石流、堰塞湖等災(zāi)害發(fā)展趨勢分析、救災(zāi)方案部署等活動提供支持。對于氣象用戶，“高分四號”衛(wèi)星可在一段時間內(nèi)提供熱點地區(qū)的高頻率連續(xù)圖像，支持重大氣象保障和強對流天氣條件（局地強對流、龍卷風(fēng)、臺風(fēng)等）短期預(yù)警服務(wù)；對于林業(yè)用戶，“高分四號”衛(wèi)星可以用于我國東北、西南和南方等重點林區(qū)的森林災(zāi)害監(jiān)測。當(dāng)重特大森林火災(zāi)發(fā)生后，可以通過高頻次重復(fù)探測，獲取火災(zāi)的動態(tài)發(fā)展數(shù)據(jù)，分析其發(fā)展趨勢，可為前線救災(zāi)提供重要保障。

4 發(fā)展建議

“高分四號”衛(wèi)星密切圍繞國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)目標(biāo)和需求，后續(xù)業(yè)務(wù)星將著重在以下幾方面開展工作：

1）將星下點可見光像元分辨率提高到15～20m，實現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險普查和災(zāi)情詳查的結(jié)合、風(fēng)險評估與災(zāi)情評估的結(jié)合、區(qū)域與全國監(jiān)測能力的結(jié)合、災(zāi)害凝視與機動觀測能力的結(jié)合，進一步提升天基災(zāi)害監(jiān)測能力。

2）遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)層面均需要研究地物目標(biāo)的輻射特性及變化規(guī)律。靜止軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星在軌成像的輻射條件呈連續(xù)變化，對開展不同輻射條件下的地物反射特性分類研究極為有利，其結(jié)果可做為靜止軌道乃至其它對地光學(xué)遙感器的設(shè)計和參考，提高遙感系統(tǒng)設(shè)計的針對性，提高源頭圖像產(chǎn)品品質(zhì)。

3）地球靜止軌道衛(wèi)星具有長期駐空的特點[6]，2～3顆高軌衛(wèi)星的組網(wǎng)運行，可覆蓋更大區(qū)域，對更大區(qū)域的信息獲取、實時監(jiān)視和立體數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)都有著重要意義。未來多星組網(wǎng)，高軌—高軌配合、高軌—低軌配合，可提升系統(tǒng)綜合能力和協(xié)作程度，充分發(fā)揮靜止軌道一專多能的優(yōu)勢，實現(xiàn)空間資源應(yīng)用效能最大化。

4）隨著有效載荷技術(shù)的不斷發(fā)展，世界上靜止軌道高分辨率光學(xué)觀測與監(jiān)視衛(wèi)星呈現(xiàn)快速發(fā)展的跡象，我國在該方面的需求增長也非常旺盛。為了進一步提高時效性，未來對于海量數(shù)據(jù)的高速傳輸、處理與應(yīng)用效能的提升至關(guān)重要，將逐漸從目視識別的使用方式衍變?yōu)閿?shù)據(jù)提取與分析的應(yīng)用方式，由此對于星上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、星上實時數(shù)據(jù)簡析以及數(shù)據(jù)分發(fā)方式等均帶來新的思考。

5 結(jié)束語

“高分四號”衛(wèi)星攻克多個研制難點，取得多項創(chuàng)新成果，為后續(xù)靜止軌道對地觀測衛(wèi)星奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。其成功研制不僅使我國衛(wèi)星“家族”又增加了一個新的遙感應(yīng)用衛(wèi)星品種，也開辟了我國地球靜止軌道較高分辨率對地觀測新途徑，填補了我國乃至世界靜止軌道高分辨率遙感衛(wèi)星的空白?！案叻炙奶枴毙l(wèi)星是我國民用航天突破“同時具有較高空間分辨率和高時間分辨率光學(xué)遙感”關(guān)鍵共性技術(shù)的一項戰(zhàn)略部署，對地球靜止軌道遙感衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有開創(chuàng)性的意義，并為我國研制高時間分辨率、高空間分辨率遙感衛(wèi)星奠定了基礎(chǔ)。

References)

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WERTZ J R. Space Mission Analysis and Design[M]. WANG Changlong, ZHANG Zhaoyan, Translated. Beijing: Aviation Industry Press, 1992: 80. (in Chinese)

[6] TECHNISCHES H. How GEO-HR Could Improve THWs Crisis Response Christian Wenzel[EB/OL]. [2013-04-25]. http://due.esrin.esa.int/files/m300/10.pdf.

GF-4 Satellite Remote Sensing Technology Innovation

LI Guo1KONG Xianghao1LIU Fengjing1LIAN Minlong2

（1 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China）

（2 Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）

GF-4 satellite is the first GEO optical remote sensing satellite with medium resolution of China, it is also an important part of the national high resolution earth observation system. The satellite combines the characteristics of high temporal resolution and medium spatial resolution. Therefore, GF-4 satellite focuses on providing remote sensing data services to many fields of application including disaster alleviation, meteorology, earthquake, forestry survey. It further offers remote sensing data support to the marine, land and water resources survey, and national defense construction. The development processes of the GF-4 project has been briefly introduced in this paper in the aspect of orbital motion, instruments and control system, and the technical achievements have also been summarized such as overall design technology, high precision control technology, image security technology under complex conditions, high precision thermal control and high reliability and long life technology. Finally, some suggestions for further development are proposed.

technical characteristics; application; GF-4 satellite; space remote sensing

V474.2

: A

: 1009-8518(2016)04-0007-09

10.3969/j.issn.1009-8518.2016.04.002

李果，男，1961年生，1986年獲北京控制工程研究所碩士學(xué)位，研究員。研究方向為衛(wèi)星總體技術(shù)。中國宇航學(xué)會空間及運動體控制專業(yè)委員會副主任委員，國家高技術(shù)航空航天領(lǐng)域863-707重大專項專家組成員和衛(wèi)星技術(shù)專業(yè)組成員。E-mail: Liguo1961@126.com。

（編輯：陳艷霞）

2016-07-15

國家重大科技專項工程