李一凡 韓波 王嘯虎 張宏宇 雷勇 張明磊

(中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部，北京 100094)

基于《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃》和國務(wù)院批復(fù)的《陸海觀測衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)》，資源一號(hào)02D衛(wèi)星(又稱為5米光學(xué)業(yè)務(wù)衛(wèi)星)作為陸地資源調(diào)查監(jiān)測衛(wèi)星業(yè)務(wù)一期建設(shè)內(nèi)容，重點(diǎn)滿足國土資源地形、地貌、地表覆蓋調(diào)查，土地用途、位置、品質(zhì)變化監(jiān)測，礦產(chǎn)資源調(diào)查等方面的緊迫需求。以資源一號(hào)衛(wèi)星系列的成熟技術(shù)為基礎(chǔ)，選擇可見近紅外相機(jī)和高光譜相機(jī)為主載荷，在接替資源一號(hào)02C衛(wèi)星業(yè)務(wù)的同時(shí)，為1∶10萬～1∶25萬國土資源的調(diào)查、監(jiān)測和監(jiān)管等主體業(yè)務(wù)提供國產(chǎn)數(shù)據(jù)保障，并服務(wù)于應(yīng)急、生態(tài)、住建、交通、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、林草局和中科院等政府部門的業(yè)務(wù)應(yīng)用。面向新時(shí)期用戶需求，衛(wèi)星配置了先進(jìn)的高幾何精度、高光譜精度以及大幅寬可見近紅外和高光譜載荷，并對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力、姿態(tài)測量、時(shí)間同步精度、對(duì)地?cái)?shù)據(jù)傳輸以及結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性等方面進(jìn)行了升級(jí)改進(jìn)，圖像質(zhì)量和衛(wèi)星圖像獲取效能大幅提升。本文系統(tǒng)梳理了資源一號(hào)系列衛(wèi)星的發(fā)展歷程，介紹了資源一號(hào)02D衛(wèi)星的功能組成、研制歷程、各研制階段的重點(diǎn)工作；最后結(jié)合在軌應(yīng)用情況和資源一號(hào)衛(wèi)星系列發(fā)展歷程，給出了有序發(fā)展業(yè)務(wù)衛(wèi)星的建議。

1 資源一號(hào)系列衛(wèi)星發(fā)展歷程

在陸地資源衛(wèi)星將近50年的發(fā)展過程中，最具代表性的有中巴地球資源衛(wèi)星(China Brazil Earth Resource Satellite，CBERS)系列[1](如表1和圖1所示)、美國的陸地衛(wèi)星(Landsat)系列、世界觀測衛(wèi)星(WorldView)系列，法國的地球觀測衛(wèi)星(SPOT/Pleiades)系列，印度遙感衛(wèi)星(IRS)系列等。此外，歐盟、日本、以色列、俄羅斯也都有各自的資源衛(wèi)星。從資源衛(wèi)星發(fā)展的歷史來看，各國都非常注意衛(wèi)星的系列化，形成相對(duì)獨(dú)立且比較完善的對(duì)地觀測系統(tǒng)。

表1 資源一號(hào)系列衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間及主要特點(diǎn)Table 1 Launch time and characteristic of ZY-1 satellite family

圖1 資源一號(hào)衛(wèi)星系列發(fā)展歷程概覽Fig.1 Progress of ZY-1 satellites

資源一號(hào)02D衛(wèi)星屬于資源平臺(tái)系列衛(wèi)星，1999年發(fā)射的資源一號(hào)01衛(wèi)星，是資源一號(hào)系列的首顆衛(wèi)星，由中國和巴西聯(lián)合研制，也是我國第一顆傳輸型遙感衛(wèi)星[2]。在01衛(wèi)星的研制基礎(chǔ)上，后續(xù)研制并發(fā)射了多顆資源一號(hào)系列衛(wèi)星，如圖1所示，通過三代、7顆衛(wèi)星的成功研制，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星研制模式從試驗(yàn)應(yīng)用型向業(yè)務(wù)服務(wù)型的轉(zhuǎn)變。其中的資源一號(hào)02C衛(wèi)星是我國第一顆由用戶訂制建造的業(yè)務(wù)衛(wèi)星，成功探索出了一條業(yè)務(wù)衛(wèi)星發(fā)展的新模式，為后續(xù)的“陸海規(guī)劃”等業(yè)務(wù)衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃的提出奠定了基礎(chǔ)。資源一號(hào)02D衛(wèi)星作為資源一號(hào)02C衛(wèi)星的接續(xù)星，在保證數(shù)據(jù)連續(xù)的同時(shí)提升了光譜分辨率和幅寬，滿足觀測要素多樣化、精細(xì)化的需求。

2 研制策略

2.1 研制目標(biāo)

資源一號(hào)02D衛(wèi)星的研制目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)1∶10萬～1∶25萬的國土資源主體業(yè)務(wù)光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)國產(chǎn)化率達(dá)到50%以上。衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要用于開展土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測、基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、成礦帶礦產(chǎn)資源調(diào)查、資源開發(fā)現(xiàn)狀監(jiān)測、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、境外礦產(chǎn)資源調(diào)查等，并及時(shí)提供公益性及社會(huì)化共享服務(wù)，包括農(nóng)作物長勢監(jiān)測、林業(yè)森林變化、交通選線規(guī)劃、水土流失調(diào)查、海島海岸帶監(jiān)測、災(zāi)害背景及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測、地理國情監(jiān)測、環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測等。

資源一號(hào)02D衛(wèi)星是我國陸地中分光學(xué)星座的重要組成部分，除滿足各行業(yè)迫切業(yè)務(wù)需求外，還肩負(fù)建設(shè)我國中等幾何分辨率、高光譜分辨率、大幅寬高效覆蓋的遙感衛(wèi)星體系，牽引并提升我國空間遙感定量化應(yīng)用能力的使命。

根據(jù)我國人口分布情況，可以將國內(nèi)分為四類地區(qū)(圖2)，其中一類區(qū)主要包括155個(gè)50萬以上人口城市的市轄區(qū)，以及長三角、珠三角地區(qū)，面積約58萬平方千米，屬于遙感監(jiān)測重點(diǎn)地區(qū)；二類區(qū)包括除一類區(qū)外的50萬以上人口城市的所轄縣(市)，面積約162萬平方千米；三類區(qū)包括除一、二類區(qū)以外的中、東部地區(qū)，以及西部地區(qū)的重點(diǎn)區(qū)縣，面積約554萬平方千米；四類區(qū)主要為西部沙漠、戈壁和無人區(qū)，面積約186萬平方千米，該地區(qū)多為高山、高原、沙漠、戈壁，人口稀少。中分光學(xué)星座面向自然資源部定義的我國二、三類地區(qū)(如圖2中綠色及橙色區(qū)域)的快速覆蓋，與高分星座相互配合，有助于完善我國遙感觀測體系，提高觀測效率并降低系統(tǒng)建設(shè)成本[3]。

2.2 研制策略

1)有效載荷研制策略——“小步快跑”

有效載荷是實(shí)現(xiàn)用戶任務(wù)和決定衛(wèi)星研制難度的關(guān)鍵。尤其對(duì)于業(yè)務(wù)類衛(wèi)星，用戶一方面要求衛(wèi)星系統(tǒng)研制難度、進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)可控，同時(shí)希望衛(wèi)星在任務(wù)能力、技術(shù)指標(biāo)方面盡可能提升，最大限度滿足用戶未來業(yè)務(wù)需求，因此業(yè)務(wù)類衛(wèi)星的有效載荷選擇需要綜合考慮技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)性和其工程可實(shí)現(xiàn)性。

資源一號(hào)02D衛(wèi)星可見近紅外相機(jī)的譜段配置、分辨率、幅寬等主要技術(shù)指標(biāo)相比02C衛(wèi)星有大幅提升，同時(shí)充分繼承“十二五”預(yù)研課題成果，在其工程樣機(jī)的基礎(chǔ)上投產(chǎn)了局部鑒定產(chǎn)品和部分電性產(chǎn)品，用于進(jìn)行必要的測試驗(yàn)證。高光譜相機(jī)在充分繼承了高分專項(xiàng)同類產(chǎn)品研制基礎(chǔ)上，對(duì)譜段設(shè)置、定標(biāo)方式、溫控環(huán)境等方面進(jìn)行了大量的技術(shù)改進(jìn)和提升，其光譜分辨率、幾何分辨率和幅寬等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。資源一號(hào)02D衛(wèi)星的研制經(jīng)驗(yàn)表明，業(yè)務(wù)衛(wèi)星有效載荷可以采取“小步快跑”的策略，即在滿足進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)和成本的工程可實(shí)現(xiàn)性基礎(chǔ)上，盡可能優(yōu)選或提升載荷指標(biāo)，僅針對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)開展局部鑒定驗(yàn)證，多渠道多手段保證載荷研制滿足衛(wèi)星任務(wù)需求。

2)衛(wèi)星平臺(tái)研制策略——“成熟選優(yōu)”

資源一號(hào)02D衛(wèi)星平臺(tái)基線選擇和產(chǎn)品研制堅(jiān)持“成熟選優(yōu)”的原則，在載荷適應(yīng)性分析和任務(wù)需求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選用成熟的平臺(tái)型譜和產(chǎn)品體系，對(duì)于平臺(tái)、設(shè)備接口或其它不滿足要求的部分進(jìn)行局部更改或增加適配轉(zhuǎn)換，盡可能避免新研產(chǎn)品或較大技術(shù)狀態(tài)更改。整個(gè)研制過程中，重點(diǎn)圍繞載荷平臺(tái)接口以及有更動(dòng)的環(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性的分析、測試驗(yàn)證以及數(shù)據(jù)比對(duì)分析。資源一號(hào)02D衛(wèi)星平臺(tái)產(chǎn)品中A類產(chǎn)品(完全繼承)占比84%，B類產(chǎn)品(適應(yīng)性更改，無需鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證)占比16%，無C、D類產(chǎn)品，通過選取成熟的平臺(tái)產(chǎn)品體系，有效保證了衛(wèi)星的研制進(jìn)度和質(zhì)量。

3)衛(wèi)星系統(tǒng)研制策略——“一步正樣”

衛(wèi)星系統(tǒng)采用“一步正樣”的研制模式，僅包括方案和正樣兩個(gè)研制階段。方案階段主要完成衛(wèi)星方案論證、產(chǎn)品選用與技術(shù)狀態(tài)確定、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與識(shí)別以及必要的接口試驗(yàn)驗(yàn)證等工作。通過前移的接口驗(yàn)證試驗(yàn)，有效降低了正樣階段的研制風(fēng)險(xiǎn)。正樣階段除完成系統(tǒng)正樣設(shè)計(jì)和產(chǎn)品研制生產(chǎn)外，重點(diǎn)在正樣總裝、集成與測試(AIT)開始前，圍繞有效載荷在產(chǎn)品級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)以及分系統(tǒng)間開展了必要的測試驗(yàn)證和接口聯(lián)試工作，提早發(fā)現(xiàn)和解決了接口問題。在整星AIT階段，重點(diǎn)開展了系統(tǒng)集成過程控制、測試數(shù)據(jù)比對(duì)與一致性分析、測試覆蓋性檢查等工作。通過識(shí)別和把控不同研制階段的關(guān)鍵點(diǎn)，在高指標(biāo)、短周期、高質(zhì)量的約束條件下，實(shí)現(xiàn)了資源一號(hào)02D衛(wèi)星的成功研制。

3 衛(wèi)星功能和組成

3.1 衛(wèi)星技術(shù)特點(diǎn)

資源一號(hào)02D衛(wèi)星主要用于獲取全球5 m/10 m分辨率、115 km大幅寬的全色和8譜段細(xì)分多光譜影像，獲取全球30 m分辨率、60 km幅寬、10 nm光譜分辨率、166個(gè)譜段的高光譜影像，衛(wèi)星具有幅寬大、光譜分辨率高的突出特點(diǎn)。海岸藍(lán)、黃、紅邊等多光譜譜段以及高光譜影像數(shù)據(jù)可提供豐富的地物光譜信息，在物質(zhì)分類、目標(biāo)識(shí)別和定量遙感等方面的價(jià)值體現(xiàn)尤為突出，在大氣環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、流域調(diào)查和海岸地區(qū)分析等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[4-5]。

衛(wèi)星的硬件產(chǎn)品直接選用了成熟的平臺(tái)和單機(jī)產(chǎn)品體系，但在系統(tǒng)層面圍繞提高圖像定位精度、增強(qiáng)衛(wèi)星好用易用性、提升數(shù)據(jù)獲取能力等用戶關(guān)心的核心指標(biāo)和性能，開展了一系列專項(xiàng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)。通過有效載荷像方遠(yuǎn)心無畸變的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、星敏感器與有效載荷共基準(zhǔn)設(shè)計(jì)、星敏感器與有效載荷一體化高精度溫控設(shè)計(jì)、整星高精度時(shí)間系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)熱變形專項(xiàng)設(shè)計(jì)等方法，將圖像無控定位精度控制在50 m(Circle Error 90%，CE90)以內(nèi)。采用了面向用戶任務(wù)的星上自主管理方案，設(shè)計(jì)了雙天線雙站接力、固存主備份存儲(chǔ)區(qū)自主切換、成像圈次全時(shí)星務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)下傳等應(yīng)用策略，提升了衛(wèi)星的好用易用性和數(shù)據(jù)獲取效能，極大簡化了用戶操作，提高了衛(wèi)星使用效率。

3.2 衛(wèi)星組成

資源一號(hào)02D衛(wèi)星工程包括應(yīng)用系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、運(yùn)載火箭系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)和地面系統(tǒng)6部分。衛(wèi)星采用資源ZY1000型中大型遙感衛(wèi)星平臺(tái)，采用雙太陽翼構(gòu)形，衛(wèi)星系統(tǒng)由11個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成，如圖3所示。衛(wèi)星發(fā)射狀態(tài)的尺寸、星表設(shè)備的布局如圖4所示，發(fā)射后太陽翼和數(shù)據(jù)傳輸天線均在軌展開，在軌飛行狀態(tài)示意如圖5所示。

圖4 衛(wèi)星發(fā)射狀態(tài)及星表設(shè)備布局Fig.4 Satellite layout in launching status

圖5 衛(wèi)星在軌狀態(tài)示意圖Fig.5 Satellite in orbit status

4 研制歷程及工作重點(diǎn)

4.1 研制歷程

資源一號(hào)02D衛(wèi)星于2015年開始進(jìn)行概念研究和項(xiàng)目申報(bào)，衛(wèi)星工程采用可行性研究報(bào)告(代建議書)的申報(bào)形式，通過可行性研究評(píng)審、經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性評(píng)估、初步設(shè)計(jì)評(píng)審等形式，確定了衛(wèi)星項(xiàng)目的工程方案，通過《用戶使用要求》和《工程研制總要求》相結(jié)合的方式明確了衛(wèi)星的頂層設(shè)計(jì)輸入，歷經(jīng)5年的論證和研制過程，最終于2019年9月12日發(fā)射入軌，研制歷程如圖6所示。

圖6 研制歷程Fig.6 Progress of ZY-1-02D satellite development

4.2 衛(wèi)星各階段重點(diǎn)工作

1)立項(xiàng)階段

在立項(xiàng)階段，根據(jù)用戶需求，結(jié)合資源一號(hào)02C衛(wèi)星22個(gè)月完成業(yè)務(wù)研制的經(jīng)驗(yàn)，深入與用戶交流，并針對(duì)用戶提出的譜段信息、視場拼接精度、圖像定位精度等需要提升的技術(shù)指標(biāo)開展業(yè)務(wù)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)。在維持圖像分辨率的基礎(chǔ)上，將譜段數(shù)量由02C衛(wèi)星的4個(gè)擴(kuò)展為8個(gè)，進(jìn)一步提升圖像輻射質(zhì)量；同時(shí)通過采用光學(xué)拼接、星敏感器載荷一體化安裝、結(jié)構(gòu)熱變形控制和高精度時(shí)間系統(tǒng)等技術(shù)，將整星無控定位精度提升至50 m(CE90)。結(jié)合我國高分專項(xiàng)衛(wèi)星獲取的先期技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，選擇適用于用戶需求的高光譜相機(jī)載荷產(chǎn)品進(jìn)行定制優(yōu)化，提升圖像信噪比、獲取長時(shí)間條帶高光譜數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的高效獲取。在衛(wèi)星產(chǎn)品選擇方面，通過中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部中低軌中型平臺(tái)基本型(ZY1000)及相應(yīng)的型譜化產(chǎn)品批量投產(chǎn)，減少設(shè)備的研制和試驗(yàn)成本，有效縮短研制周期。同時(shí)，衛(wèi)星采用一步正樣研制策略，衛(wèi)星不投產(chǎn)電性模型、結(jié)構(gòu)模型或者輻射模型星，直接進(jìn)入正樣階段研制，實(shí)現(xiàn)“高質(zhì)量、高效益、高效率”的業(yè)務(wù)衛(wèi)星研制。

2)方案階段

在方案階段研制過程中，強(qiáng)化衛(wèi)星系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)迭代和系統(tǒng)級(jí)分析驗(yàn)證工作。在衛(wèi)星研制程序規(guī)定的質(zhì)量控制點(diǎn)基礎(chǔ)上，增加整星重要技術(shù)評(píng)審，聯(lián)合多個(gè)單位的36位遙感衛(wèi)星各專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜?，?duì)整星方案正確性和合理性進(jìn)行把關(guān)。共計(jì)提出了189條專家意見，并嚴(yán)格跟蹤閉環(huán)落實(shí)，確保了整星系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確。同時(shí)通過分系統(tǒng)技術(shù)要求和分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的先期迭代，開展了各分系統(tǒng)的方案階段設(shè)計(jì)把關(guān)，對(duì)衛(wèi)星11個(gè)分系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案、產(chǎn)品選定和任務(wù)適應(yīng)性等進(jìn)行逐一分析確認(rèn)。方案階段系統(tǒng)的開展了風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)載荷成像指標(biāo)進(jìn)行分解并制定保障條件，對(duì)各分系統(tǒng)未驗(yàn)證接口開展分析。制定了整星方案階段聯(lián)試驗(yàn)證策劃，對(duì)高光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)間同步、星上數(shù)據(jù)管理、供配電等待驗(yàn)證接口，通過借用電性驗(yàn)證件改造，進(jìn)行逐一聯(lián)試確認(rèn)。在確保了整星方案正確性同時(shí)，最大程度優(yōu)化流程、節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)。

3)正樣階段

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)層，開展成像質(zhì)量、定位精度、機(jī)動(dòng)能力、數(shù)據(jù)平衡、能量平衡、數(shù)據(jù)傳輸天線使用策略、羽流影響等多輪復(fù)核復(fù)算，確保正樣設(shè)計(jì)可滿足用戶研制要求，能夠在軌穩(wěn)定運(yùn)行。在產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)和投產(chǎn)階段，系統(tǒng)級(jí)通過總體、結(jié)構(gòu)和熱控三維協(xié)同設(shè)計(jì)，提升了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，并在投產(chǎn)件開展了結(jié)構(gòu)、熱控、電纜網(wǎng)等復(fù)核復(fù)審，確保實(shí)物產(chǎn)品一次合格。

單機(jī)產(chǎn)品嚴(yán)格質(zhì)量保證，在分系統(tǒng)完成轉(zhuǎn)階段后，通過分系統(tǒng)級(jí)全生命周期研制策劃審定、生產(chǎn)準(zhǔn)備評(píng)審、軟件代碼走查、生產(chǎn)過程產(chǎn)保要素管控、產(chǎn)品工藝實(shí)物檢查、供配電安全實(shí)物檢查等，多角度、多層面、多采樣點(diǎn)對(duì)正樣產(chǎn)品研制過程進(jìn)行管理，保證了正樣產(chǎn)品研制質(zhì)量。

整星AIT階段為確保衛(wèi)星按時(shí)發(fā)射并及時(shí)提供滿足用戶要求的圖像，通過制定衛(wèi)星全生命周期技術(shù)、計(jì)劃、產(chǎn)品保證和技術(shù)安全流程，有效識(shí)別和管控了高光譜相機(jī)載荷研制短線并全程跟蹤。在整星正樣AIT和正樣大型試驗(yàn)過程中，提前開展專項(xiàng)策劃，對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(5M1E)進(jìn)行識(shí)別梳理，形成了整星大型試驗(yàn)保障方案，避免在執(zhí)行環(huán)節(jié)中出現(xiàn)斷點(diǎn)，有效保障了整星研制周期。

4)在軌應(yīng)用

高光譜相機(jī)數(shù)據(jù)處理和使用屬于行業(yè)的前沿應(yīng)用，高光譜相機(jī)參數(shù)調(diào)整和在軌參數(shù)標(biāo)定需要積累大量的地面測試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和先期準(zhǔn)備。在地面試驗(yàn)階段，衛(wèi)星系統(tǒng)聯(lián)合研制單位，開展了不同側(cè)視角度光譜特性測量、大氣定標(biāo)裝置外場試驗(yàn)、相機(jī)雜光測試等關(guān)鍵地面驗(yàn)證環(huán)節(jié)，結(jié)合整星真空熱試驗(yàn)，對(duì)高光譜相機(jī)在軌成像溫度參數(shù)進(jìn)行多輪參數(shù)調(diào)優(yōu)，確保了載荷成像參數(shù)地面獲取的充分可靠。提前積累了大量實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)服務(wù)于在軌參數(shù)標(biāo)定，縮短在軌參數(shù)調(diào)整周期。同時(shí)為確保將一顆質(zhì)量過硬、高效穩(wěn)定的衛(wèi)星按期交付用戶使用，自然資源部聯(lián)合衛(wèi)星系統(tǒng)、資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、上海技物所和各行業(yè)用戶等，積極開展高光譜相機(jī)在軌定標(biāo)方法和圖像預(yù)處理研究，牽引數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用，為加速高光譜相機(jī)的在軌參數(shù)調(diào)優(yōu)和盡早應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)。

5 在軌應(yīng)用效果

資源一號(hào)02D衛(wèi)星影像在農(nóng)作物與漁業(yè)資源遙感監(jiān)測、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程管理和農(nóng)村人居環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域開展了多項(xiàng)示范應(yīng)用，應(yīng)用效果良好，具有巨大的潛力。資源一號(hào)02D衛(wèi)星多光譜影像可以有效提取我國南方和北方陸地漁業(yè)的養(yǎng)殖水面空間分布，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖水面面積和空間分布調(diào)查，2.5 m融合影像的大于100公頃水面的調(diào)查面積吻合度達(dá)到97%以上；高光譜影像可以定量反演陸地養(yǎng)殖水體葉綠素含量總懸浮物濃度、透明度和營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)等參數(shù)，結(jié)果層次明顯，可用于水體質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)，如圖7所示。

圖7 漁業(yè)資源遙感應(yīng)用情況Fig.7 Applications of remote sensing in fishery resources

資源一號(hào)02D衛(wèi)星多光譜和高光譜能夠有效識(shí)別和提取測試區(qū)不同類型大田作物種植區(qū)，量算作物種植面積。多光譜影像增加了海岸藍(lán)、黃、紅邊和修正的近紅外4個(gè)波段，作物識(shí)別精度在此4波段基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，用于全年農(nóng)作物種植面積監(jiān)測，測試區(qū)作物識(shí)別精度優(yōu)于92.3%。利用高光譜影像光譜特征曲線能夠快速有效識(shí)別和提取測試區(qū)不同類型大田作物種植區(qū)，如圖 8所示。

圖8 農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)監(jiān)測Fig.8 Applications of crop distribution monitoring

礦產(chǎn)資源調(diào)查方面，資源一號(hào)02D衛(wèi)星可見近紅外相機(jī)全色加8個(gè)譜段的多光譜設(shè)置，在反映巖性信息能力方面較之前國產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)有較大提升，可識(shí)別典型的閉合地質(zhì)體、塊狀地質(zhì)體以及線狀地質(zhì)體，能較好的區(qū)分巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖等巖性信息[6]，能滿足1∶5萬遙感地質(zhì)工作的要求，將在地質(zhì)礦產(chǎn)遙感調(diào)查應(yīng)用中發(fā)揮更大作用。高光譜數(shù)據(jù)在礦物填圖方面最能發(fā)揮優(yōu)勢，它使遙感地質(zhì)由識(shí)別巖性發(fā)展到識(shí)別單礦物以至礦物的化學(xué)成分及晶體結(jié)構(gòu)(見圖9)。在巖性識(shí)別方面，高光譜數(shù)據(jù)對(duì)碳酸鹽巖和侵入巖識(shí)別準(zhǔn)確率非常高，方解石、白云石礦物信息均能準(zhǔn)確提取，絹云母、褐鐵礦及針鐵礦等蝕變礦物信息提取效果較好。高光譜相機(jī)166個(gè)譜段數(shù)據(jù)含有豐富的譜段信息，會(huì)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中起到不可替代的作用。

圖9 冷湖鎮(zhèn)東示范區(qū)礦物分布圖Fig.9 Mineral distribution map of East Lenghu town

圖9采用混合調(diào)諧匹配濾波法和光譜角法進(jìn)行礦物信息提取，結(jié)果顯示礦物遙感信息與其分布范圍高度吻合，資源一號(hào)02D衛(wèi)星數(shù)據(jù)在提取造巖礦物信息方面有較高準(zhǔn)確性。

地理國情監(jiān)測方面，資源一號(hào)02D衛(wèi)星影像紋理清晰，與其它遙感衛(wèi)星影像相比，波段信息更豐富，光譜信息符合實(shí)際地物，采集特征明顯，識(shí)別度高。生成數(shù)字正射影像的幾何精度、影像配準(zhǔn)誤差、融合質(zhì)量滿足精度要求，在地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)更新方面能發(fā)揮很大作用，如圖10、圖11所示。

圖10 基于資源一號(hào)02D衛(wèi)星數(shù)據(jù)的道路信息更新Fig.10 Road information update based on ZY-1-02D satellite data

圖11 基于資源一號(hào)02D衛(wèi)星數(shù)據(jù)的植被信息更新Fig.11 Vegetation information update based on ZY-1-02D satellite data

此外，資源一號(hào)02D衛(wèi)星數(shù)據(jù)在應(yīng)急管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、森林、草原資源調(diào)查、住建行業(yè)、土地利用變更調(diào)查、海洋典型生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測方面都取得了良好的應(yīng)用效果。

6 發(fā)展建議

6.1 業(yè)務(wù)衛(wèi)星體系發(fā)展

陸地資源衛(wèi)星已進(jìn)入快車道，國內(nèi)外民用商業(yè)遙感衛(wèi)星呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，我國資源衛(wèi)星從滿足圖像獲取的需求，向圖像獲取的質(zhì)、量并重轉(zhuǎn)變。

建議各有關(guān)部門聯(lián)合推動(dòng)資源衛(wèi)星體系化建設(shè)論證工作，構(gòu)建中分、高分衛(wèi)星星座的聯(lián)合運(yùn)行體系，中分辨率大幅寬普查和高分辨率詳查搭配使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效獲取。在穩(wěn)步提升空間分辨率的同時(shí)，發(fā)展細(xì)分多光譜和高光譜觀測的業(yè)務(wù)衛(wèi)星體系，拓展光譜遙感的應(yīng)用能力，逐步完善滿足各行業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用的地物光譜庫，推動(dòng)我國遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星進(jìn)入定量化遙感時(shí)代[7]。

統(tǒng)籌規(guī)劃衛(wèi)星運(yùn)行軌道，實(shí)現(xiàn)高軌快速覆蓋、中軌快速重訪、低軌精細(xì)觀測的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系，在保證光譜類衛(wèi)星穩(wěn)定獲取地面光譜數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)軌道進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，獲取不同時(shí)相地物信息并充分利用數(shù)字地球站資源。在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)獲取方面，以業(yè)務(wù)衛(wèi)星作為行業(yè)用戶的批量、穩(wěn)定、高質(zhì)量數(shù)據(jù)源，利用商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行高效補(bǔ)充，快速實(shí)現(xiàn)高時(shí)效遙感數(shù)據(jù)獲取。

在業(yè)務(wù)衛(wèi)星應(yīng)用中，除繼續(xù)應(yīng)用可見光、多光譜、高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)外，還可綜合紅外、微波、偏振、激光等多種觀測手段，開展多元數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自然資源“全球、全天候、全天時(shí)、全要素、全尺度”的觀測目標(biāo)。

6.2 加強(qiáng)天地一體化設(shè)計(jì)提升衛(wèi)星遙感能力

發(fā)展陸地資源衛(wèi)星的目的是迅速將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用，在當(dāng)前應(yīng)用衛(wèi)星和衛(wèi)星應(yīng)用正在由試驗(yàn)應(yīng)用型向業(yè)務(wù)服務(wù)型轉(zhuǎn)變的形勢下，提升遙感能力是衛(wèi)星研制方、地面運(yùn)控、地面數(shù)據(jù)處理以及衛(wèi)星用戶共同的目標(biāo)。衛(wèi)星遙感能力涉及遙感衛(wèi)星設(shè)計(jì)、遙感數(shù)據(jù)處理、地面定標(biāo)檢校、地面反演以及專題圖像產(chǎn)品生產(chǎn)等，遙感衛(wèi)星只是其中的一環(huán)，因此在遙感系統(tǒng)論證初期就應(yīng)該強(qiáng)調(diào)天地一體化設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌考慮分配衛(wèi)星運(yùn)控管理[8-9]、星地指標(biāo)分配、星地接口界面以及地面處理應(yīng)用的功能、性能、接口需求，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變以往僅重視衛(wèi)星研制，忽視其它環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀，從產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)最大化提升衛(wèi)星遙感能力和效能[10]。

6.3 優(yōu)化體系、提升系統(tǒng)驗(yàn)證效果

隨著陸地資源衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)應(yīng)用水平的逐步成熟，對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性要求越來越強(qiáng)烈，這就要求民用業(yè)務(wù)衛(wèi)星在滿足一定技術(shù)指標(biāo)的前提下必須做到規(guī)?；渴?。對(duì)于衛(wèi)星設(shè)計(jì)制造而言，必須要進(jìn)一步探索建設(shè)通用化的產(chǎn)品體系和通用化的接口標(biāo)準(zhǔn)，以及快速生產(chǎn)制造和集成測試技術(shù)，不斷提升民用業(yè)務(wù)衛(wèi)星的費(fèi)效比，真正實(shí)現(xiàn)“降本增效”的目的。

7 結(jié)束語

資源一號(hào)02D衛(wèi)星具有成像幅寬大，幾何精度、光譜分辨率高等顯著特點(diǎn)，目前已完成在軌測試并投入業(yè)務(wù)使用。在軌測試期間，自然資源部、應(yīng)急管理部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城市建設(shè)部、交通運(yùn)輸部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家林業(yè)和草原局和中國科學(xué)院等部門開展了大量的測試工作，試驗(yàn)結(jié)果表明：衛(wèi)星動(dòng)態(tài)范圍大、顏色層次豐富、信噪比高，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，可以滿足1∶2.5萬～1∶25萬制圖精度要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先。資源一號(hào)02D衛(wèi)星所獲取的數(shù)據(jù)，開啟了同時(shí)相數(shù)據(jù)融合處理算法、大氣模型構(gòu)建、定標(biāo)數(shù)據(jù)獲取、地面真實(shí)性檢驗(yàn)、混合像元解算、光譜定量化分析及應(yīng)用等多個(gè)研究領(lǐng)域的大門，使我國遙感衛(wèi)星光譜定量化應(yīng)用進(jìn)入新的時(shí)代。同時(shí)呼吁上級(jí)部門，加快我國本底光譜數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，構(gòu)建天-地-應(yīng)用一體化數(shù)據(jù)機(jī)制，深入開展定量化應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)，保持在軌精細(xì)譜段數(shù)據(jù)的連續(xù)性，維持住這來之不易的國際領(lǐng)先水平，繼續(xù)引領(lǐng)光譜定量化遙感應(yīng)用的發(fā)展。