張宏宇 韓波 王嘯虎 安萌 雷勇

(1 中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部，北京 100094)(2 北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094)

資源一號02D衛(wèi)星(又稱為5米光學(xué)業(yè)務(wù)衛(wèi)星)是依據(jù)《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃》[1]和《陸海觀測衛(wèi)星業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃》，開展自然資源調(diào)查監(jiān)測業(yè)務(wù)衛(wèi)星建設(shè)的重要內(nèi)容。衛(wèi)星主用戶為自然資源部，是資源一號02C衛(wèi)星的升級接續(xù)星。衛(wèi)星于2019年9月12日11時26分，由長征四號乙運(yùn)載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射入軌。

資源一號02D衛(wèi)星是首顆民用高光譜業(yè)務(wù)衛(wèi)星，定位于中等分辨率、大幅寬觀測和定量化遙感任務(wù)，提供豐富的地物光譜信息，可單軌覆蓋大中型城市，滿足城市高精度監(jiān)測業(yè)務(wù)的新需求。衛(wèi)星在傳統(tǒng)的4個多光譜譜段基礎(chǔ)上，增加了海岸波段、黃色波段、紅色邊緣波段和近紅外2波段，在水體監(jiān)測、地表類型識別、植被參數(shù)計算、作物養(yǎng)分含量、植被病害和環(huán)境監(jiān)測等方面可顯著提升定量反演水平。衛(wèi)星光譜獲取能力突出，高光譜載荷可實現(xiàn)166個譜段的數(shù)據(jù)同時獲取和下傳，可應(yīng)用于地礦勘探、土地監(jiān)管過程中地物信息定量化提取和識別，滿足自然資源遙感對山、水、林、田、湖、草等綜合要素監(jiān)測及更多應(yīng)用領(lǐng)域需求[2]。本文介紹了資源一號02D衛(wèi)星的系統(tǒng)級技術(shù)指標(biāo)確定過程，通過業(yè)務(wù)衛(wèi)星的總體設(shè)計實現(xiàn)了用戶要求、衛(wèi)星繼承、技術(shù)先進(jìn)性三者的權(quán)衡兼顧，可以作為后續(xù)業(yè)務(wù)衛(wèi)星和其他衛(wèi)星系統(tǒng)論證的參考。

1 資源一號02D衛(wèi)星系統(tǒng)指標(biāo)

資源一號02D衛(wèi)星(圖1)主用戶為自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心，衛(wèi)星由中國空間技術(shù)研究院抓總研制。在資源一號02C衛(wèi)星的應(yīng)用基礎(chǔ)上，結(jié)合自然資源部用戶提出的大量寶貴意見，衛(wèi)星在成像質(zhì)量和系統(tǒng)指標(biāo)及使用便利性等方面進(jìn)行了全面提升(表1)。

資源一號02D衛(wèi)星搭載可見近紅外相機(jī)和高光譜相機(jī)2臺載荷，采用中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部的中低軌中型平臺基本型(ZY1000)及相應(yīng)的型譜化產(chǎn)品研制。通過雙太陽翼和鋰離子蓄電池系統(tǒng)，可滿足2800 W以上的供電需求。采用三軸穩(wěn)定對地定向的控制模式，三軸指向精度優(yōu)于0.01°。衛(wèi)星具備±26°側(cè)擺和±90°偏航定標(biāo)的機(jī)動能力，星上提供900 Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸和2.4 Tbit的數(shù)據(jù)存儲能力。衛(wèi)星工作在軌道高度778 km的太陽同步回歸軌道上，回歸周期55天，可實現(xiàn)南北緯80°以內(nèi)地區(qū)3～5天重訪。衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量1837 kg，設(shè)計壽命5年。

可見近紅外相機(jī)分系統(tǒng)由中國空間技術(shù)研究院北京空間機(jī)電研究所承擔(dān)研制，包含1個全色譜段和包括紅邊在內(nèi)的8個多光譜譜段，空間分辨率為2.5 m/10 m，幅寬達(dá)到115 km。高光譜相機(jī)分系統(tǒng)由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所承擔(dān)研制，在400～2500 nm光譜范圍內(nèi)，細(xì)分為166個光譜通道，可見近紅外光譜分辨率10 nm，短波紅外光譜分辨率20 nm，幅寬達(dá)到60 km，空間分辨率30 m，兼顧了高空間分辨率、高光譜分辨率和高信噪比，其綜合性能在國際上處于領(lǐng)先水平。

圖1 資源一號02D衛(wèi)星在軌示意圖Fig.1 Sketch map of ZY-1-02D satellite

表1 資源一號02C 與02D衛(wèi)星技術(shù)指標(biāo)比對Table 1 Performance parameters comparison of ZY-1-02C and ZY-1-02D satellite

2 用戶需求分析與系統(tǒng)指標(biāo)確定

2.1 中等分辨率大幅寬觀測

我國幅員遼闊，自然資源多樣性特征明顯，需要不同尺度的觀測手段對國土資源進(jìn)行調(diào)查與監(jiān)管。中等分辨率遙感觀測系統(tǒng)肩負(fù)著大觀測范圍、短覆蓋周期的特點，可在短時間內(nèi)覆蓋大片區(qū)域[3]。

成像幅寬取決于衛(wèi)星軌道高度和相機(jī)有效視場角及探測器像元數(shù)設(shè)計。較大的成像幅寬設(shè)計意味著在相同軌道高度上，相機(jī)要具有更大的視場角，更多的探測器像元，由此帶來相機(jī)規(guī)模增大，數(shù)據(jù)率增大，衛(wèi)星和相機(jī)設(shè)計難度增大。因此，成像幅寬的設(shè)計往往是多方相互制約因素優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果。亞米級分辨能力的高分辨率衛(wèi)星受限于像元尺寸和探測器規(guī)模等因素影響，難于實現(xiàn)快速的大幅寬觀測。例如我國高分一號衛(wèi)星(2 m)幅寬69 km、高分二號衛(wèi)星(1 m)幅寬45 km[4]、高分七號衛(wèi)星(0.8 m)幅寬21 km，對大范圍區(qū)域的覆蓋周期較長。區(qū)域覆蓋需要多顆星或者多次側(cè)擺拼幅使用。中等分辨率的遙感影像容易實現(xiàn)大幅寬觀測、具有多個譜段等特性。在可快速覆蓋大范圍區(qū)域的時間分辨率基礎(chǔ)上，可獲取豐富的光譜信息，有利于地物識別和應(yīng)用推廣，另外可與數(shù)年前的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，在國內(nèi)外自然資源調(diào)查領(lǐng)域有著廣泛使用，有長期穩(wěn)定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

以北京市為例，北京市總面積為16 427.2 km2，屬于國內(nèi)特大城市。東西相差徑度2°05′，東西寬約160 km。當(dāng)幅寬為60 km，需三軌可覆蓋整個北京市轄區(qū)。按5天的重訪周期，每月有6次過境機(jī)會，按每三軌可獲取一軌有效影像(云、霧、雪覆蓋量小于10%)計算，覆蓋一次北京全市域至少需要1.5個月。當(dāng)幅寬為120 km，需二軌可覆蓋整個北京市，覆蓋一次北京全市域可縮短至1個月以內(nèi)，同時對五環(huán)以內(nèi)地區(qū)完成2次以上覆蓋。資源一號02D衛(wèi)星作為資源一號02C衛(wèi)星的接續(xù)星，在維持02C星分辨率(全色2.4 m/多光譜10 m)基礎(chǔ)上，對幅寬進(jìn)行進(jìn)一步拓展，滿足快速覆蓋需求。

結(jié)合多譜合一探測器全色和多光譜像元1∶4的像元尺寸和探測器器件像元數(shù)量和器件拼接規(guī)模，確定了資源一號02D衛(wèi)星的分辨率為全色2.47 m/多光譜9.98 m，幅寬為116.8 km。通過調(diào)研，中國大型城市中除北京、重慶、武漢和伊春等東西寬度大于116 km的少數(shù)城市外，其他城市轄區(qū)均可一次覆蓋。

2.2 細(xì)分多光譜觀測

中分遙感衛(wèi)星的多譜段遙感是又一個優(yōu)勢，資源一號02D衛(wèi)星在02C衛(wèi)星的譜段基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充和細(xì)化，可以進(jìn)一步的滿足地礦勘探、植被研究、地質(zhì)自然災(zāi)害預(yù)警以及探測的觀測要素，拓展衛(wèi)星的觀測要素與觀測領(lǐng)域。

可見近紅外相機(jī)譜段設(shè)置繼承了已有業(yè)務(wù)衛(wèi)星的譜段設(shè)置情況，綜合考慮用戶需求、繼承已有的預(yù)研衛(wèi)星譜段設(shè)置的技術(shù)狀態(tài)和借鑒國外世界觀測2號衛(wèi)星(WorldView-2)譜段設(shè)置情況，設(shè)置了9個譜段。其中P譜段和B1～B4譜段是目前國內(nèi)外最廣泛應(yīng)用的5個譜段配置。該譜段配置與一般遙感衛(wèi)星的譜段設(shè)置相同，便于今后數(shù)據(jù)融合和圖像比對。B5～B8譜段采用與WordView-2的新增譜段配置相同[5]。該譜段在資源分布、土壤水色監(jiān)測、大氣成分分析、農(nóng)作物估產(chǎn)等方面都有重要應(yīng)用，各譜段的應(yīng)用如表2所示。

表2 各譜段應(yīng)用領(lǐng)域Table 2 Application fields of each band

續(xù) 表

2.3 高光譜遙感

隨著遙感數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，用戶對高光譜數(shù)據(jù)產(chǎn)品的需求也日趨成熟和迫切，以高分五號(GF-5)衛(wèi)星為代表高光譜科研星發(fā)射成功并在軌應(yīng)用，引領(lǐng)我國民用對地遙感進(jìn)入了高光譜時代。通過高光譜遙感定量分析植冠的化學(xué)成分、測定土壤的有機(jī)質(zhì)含量、開展精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展研究、地質(zhì)填圖和巖石鑒別等，均需要遙感圖像高光譜分辨能力[6]。

高光譜相機(jī)在光譜細(xì)分后，每一個譜段獲取的能量弱，信噪比較多光譜衛(wèi)星低數(shù)倍，通常需要采取衛(wèi)星機(jī)動或者增加相移補(bǔ)償鏡的方式，提升信噪比滿足使用要求。但此模式下相機(jī)不能嚴(yán)格推掃成像，每軌圖像不能呈連續(xù)條帶，一定程度上影響了圖像的獲取效率。

一般礦物質(zhì)的光譜吸收峰寬度為30 nm左右，只有利用光譜分辨率小于30 nm的傳感器才能夠識別。為了保證圖像的批量獲取，資源一號02D衛(wèi)星在配置可見近紅外多光譜相機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加了高光譜相機(jī)，進(jìn)一步提升地物識別和分類的能力。同時，結(jié)合用戶需求對光譜分辨率進(jìn)行了取舍，通過譜段合并使每個譜段的信噪比提升為1.5倍。在此模式下，相機(jī)典型工況下最低信噪比超過了120，可以進(jìn)行不間斷的長條帶成像。在保證用戶使用的條件下，極大提升了高光譜圖像獲取效率。高光譜相機(jī)分辨率維持30 m分辨率[7]便于和GF-5衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞定標(biāo)和數(shù)據(jù)融合，同時可利用星上同時獲得的2.5 m/10 m分辨率的全色多光譜影像開展光譜解混，進(jìn)一步提升圖像應(yīng)用效果。

2.4 中分星座連續(xù)性

中等分辨率數(shù)據(jù)作為陸地資源領(lǐng)域觀測信息的重要組成部分，一直是國外衛(wèi)星穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的重要方向之一。例如，美國的陸地衛(wèi)星(Landsat)系列至今已經(jīng)發(fā)展到第八代，時間跨度達(dá)30多年之久，其業(yè)務(wù)一直圍繞獲取中等分辨率數(shù)據(jù)開展。再如歐洲的哨兵2號衛(wèi)星(Sentinel-2)已經(jīng)建立起中等分辨率組網(wǎng)的觀測網(wǎng)絡(luò)[8]，有效的提高了衛(wèi)星的觀測效能，后續(xù)還會根據(jù)衛(wèi)星在軌運(yùn)行情況，對衛(wèi)星星座進(jìn)行補(bǔ)充。因此，穩(wěn)定運(yùn)行中分辨率星座，對衛(wèi)星系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行建設(shè)，具有十分重要的應(yīng)用價值。

因此在衛(wèi)星設(shè)計和軌道選擇上，選擇與2011年發(fā)射的資源一號02C衛(wèi)星相同的軌道參數(shù)，可實現(xiàn)2顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)復(fù)用。衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度為778.099 km，赤道處相鄰軌跡的地面覆蓋間距為50.79 km，因此多光譜相機(jī)幅寬115 km星下點一次可以覆蓋兩軌間距，29天完成全球無縫覆蓋觀測；高光譜相機(jī)地面覆蓋帶寬為60 km，可在一個回歸周期55天完成全球無縫覆蓋觀測。通過整星±32°側(cè)擺，可實現(xiàn)3天任意地區(qū)重復(fù)觀測。

通過資源一號02C、02D和未來發(fā)射的02E衛(wèi)星(同時搭載全色多光譜相機(jī)和高光譜相機(jī))，組網(wǎng)形成普查觀測系統(tǒng)運(yùn)行，可以有效的縮短重訪周期、實現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定接續(xù)。

3 衛(wèi)星技術(shù)特點

3.1 圖像質(zhì)量提升

資源一號02D衛(wèi)星補(bǔ)充譜段信息的同時，圖像輻射質(zhì)量、幾何質(zhì)量等均進(jìn)行了提升。

3.1.1 采用多譜合一的探測器并增加譜段

可見/近紅外相機(jī)選用定制的多譜段集成時間延時積分電荷耦合器件(TDICCD)探測器，通過濾光片配置可實現(xiàn)1個全色譜段和8個多光譜譜段的采集。選用了中電44所生產(chǎn)的高性能多譜合一TDICCD器件，采用微型熱管將探測器溫度控制在-10～+5 ℃，降低了器件暗電流和噪聲，提高了系統(tǒng)信噪比。分光棱鏡和微型熱管如圖2所示。

圖2 分光棱鏡和微型熱管Fig.2 Beam splitting prism and micro heat pipes

3.1.2 采用光學(xué)拼接的方式

資源一號02C等衛(wèi)星采用雙相機(jī)視場拼接的方式、片與片間搭接的部分會出現(xiàn)漏縫、電荷耦合器件(CCD)的安裝精度受星體結(jié)構(gòu)影響、片間響應(yīng)時間不一致等現(xiàn)象造成圖像拼接難度較大。資源一號02D衛(wèi)星相機(jī)使用CCD器件光學(xué)拼接(共線拼接)的技術(shù)，拼接精度優(yōu)于0.1像元，其拼接方式如圖3所示。

圖3 拼接方式示意Fig.3 Sketch map of multi-detector mosaic

3.1.3 無控定位精度提升

資源一號02D衛(wèi)星的無控定位精度提升至50 m(Circle Error 90%/CE90)，較02C星的260 m(1σ)大幅提升。因此整星在姿態(tài)測量星敏感器、導(dǎo)航接收機(jī)、時間系統(tǒng)、星敏感器安裝基準(zhǔn)等均需進(jìn)行適應(yīng)性更改或升級。

采用國產(chǎn)高精度星敏感器、高精度星敏感器與陀螺聯(lián)合定姿方法，通過最優(yōu)濾波技術(shù)實現(xiàn)兩測姿系統(tǒng)的優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到滿足成像要求的測姿精度。使用雙頻GPS軌道定位精度優(yōu)于10 m，事后的定位精度優(yōu)于50 cm。引入了秒脈沖校時和高精度時間系統(tǒng)設(shè)計，星務(wù)計算機(jī)、控制計算機(jī)和載荷成像均以秒脈沖為時間參考，實現(xiàn)了整星時統(tǒng)精度優(yōu)于50 μs。相機(jī)星敏感器通過支架進(jìn)行一體化安裝，使得整星的測量與相機(jī)成像的光軸共基準(zhǔn)，提高了測量的穩(wěn)定性和精度，保障了整星的定位精度。

3.1.4 采用無畸變的光學(xué)系統(tǒng)

相機(jī)的在軌畸變會給圖像的拼接與配準(zhǔn)帶來了一定困難。資源一號02D衛(wèi)星相機(jī)采用無畸變的光學(xué)設(shè)計。經(jīng)過地面測量，畸變大小優(yōu)于萬分之四，大大提高了衛(wèi)星成像的內(nèi)部幾何精度。提高了圖像的相對定位精度和衛(wèi)星內(nèi)檢校的效率。

3.1.5 采用12 bit量化方式與自動箝位的功能

衛(wèi)星采用12 bit量化的方式提升了圖像的動態(tài)范圍及信噪比。還針對大氣干擾的問題增加了動態(tài)箝位的功能，提高圖像的信噪比。相機(jī)信噪比在高端(地面反射率0.65，太陽高度角70°)信噪比大于48 dB。

3.2 偏航定標(biāo)技術(shù)提升相對定標(biāo)精度

星上配置了2臺寬幅載荷，在發(fā)射入軌中、受到主動段力學(xué)和在軌空間環(huán)境影響后，性能可能發(fā)生變化，導(dǎo)致地面定標(biāo)實驗計算得到的相對定標(biāo)模型與探元的真實響應(yīng)曲線存在差異。因此需要開展在軌定標(biāo)，獲得各個輻射度級別非常均勻的在軌圖像及底電平數(shù)據(jù)。為了使推掃式相機(jī)在軌期間對地獲得非常均勻的圖像，星上采用了姿態(tài)偏航90°的定標(biāo)成像方式，使探測器陣旋轉(zhuǎn)90°，使得橫向所有探測器通過一個地物，使用該方式對所有像元進(jìn)行標(biāo)定，獲得非常均勻的圖像[9]，如圖4、5所示。

圖4 普通掃描方式的字母表圖像Fig.4 Alphabetic image of push-sweep imaging

圖5 線陣旋轉(zhuǎn)90°掃描方式的字母表圖像Fig.5 Alphabetic image of side-slither imaging

3.3 整星機(jī)動靈活性提升

資源一號02D衛(wèi)星主要目標(biāo)為大面積的圖像獲取，對于大區(qū)域拼接成像、目標(biāo)成像行政區(qū)或其它工業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)、自然區(qū)域目標(biāo)成像、考慮到天氣等因素等，需要進(jìn)行大量局部區(qū)域補(bǔ)圖、補(bǔ)縫成像。為滿足該使用需求，衛(wèi)星需具備一定的姿態(tài)機(jī)動能力。提升整星機(jī)動能力可采取兩種方向，其一是增加整星機(jī)動的執(zhí)行力矩、通過選取相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(控制力矩陀螺和/或大力矩動量輪)實現(xiàn)，但使用控制力矩陀螺后其擾振特性較動量輪大，需采取隔振裝置并進(jìn)行專項分析試驗[10]，會引入附加成本。另外一種是盡可能減少整星慣量，滿足側(cè)擺要求。

衛(wèi)星選擇了先進(jìn)的S4R供電體制和上?？臻g電源研究所生產(chǎn)的高能效長壽命鋰離子蓄電池、高能量轉(zhuǎn)換效率的三結(jié)砷化鎵太陽電池，提升了整星能量密度。相對于資源一號02C衛(wèi)星的供配電系統(tǒng)，太陽翼的基板數(shù)量由6塊減少為4塊，能量輸入功率由2400 W提升至2800 W，供配電分系統(tǒng)質(zhì)量減輕180 kg，整星側(cè)擺機(jī)動的轉(zhuǎn)動慣量減少了46%，在維持使用動量輪機(jī)動的基礎(chǔ)上，可以滿足側(cè)擺成像要求。在使用動量輪作為側(cè)擺執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，資源一號02D衛(wèi)星的機(jī)動能力提升到了32°/260 s，較02C星的32°/600 s機(jī)動能力提升了230%。

按軌道高度約778 km計算，地速約為6.64 km/s，則側(cè)擺穩(wěn)定時間260 s可以實現(xiàn)衛(wèi)星在一軌內(nèi)對沿軌跡距離約1700 km以上的2個區(qū)域進(jìn)行成像。根據(jù)我國國土形狀，東部地區(qū)沿軌跡方向南北距離約3600 km左右，中部和西部地區(qū)則在2100 km左右。因此在國境內(nèi)可以進(jìn)行2個到3個側(cè)擺成像任務(wù)，成像效能進(jìn)一步提升，如圖6所示。

圖6 境內(nèi)星下點軌跡長度Fig.6 Ground track length in China

3.4 提升數(shù)據(jù)獲取能力

資源一號02D衛(wèi)星在成像性能提升后，載荷數(shù)據(jù)傳輸相比資源一號02C衛(wèi)星也發(fā)生變化。02C衛(wèi)星星載荷總數(shù)據(jù)率513.38 Mbit/s，固存容量270 Gbit，02D衛(wèi)星為3 455.1 Mbit/s。在保證業(yè)務(wù)圖像質(zhì)量的前提下，圖像不能進(jìn)行大壓縮比，特別是高光譜圖像僅能進(jìn)行無損壓縮或不壓縮。

資源一號02D衛(wèi)星選擇了星上、地面均有成熟研制技術(shù)基礎(chǔ)的數(shù)傳產(chǎn)品，對地碼速率為2×450 Mbit/s，采用雙圓極化、點波束天線方案。同時為了盡可能利用數(shù)傳弧段資源，設(shè)置了單天線雙地面站接力、雙天線雙地面站接力功能，將成像、記錄和傳輸功能解耦設(shè)計，最大限度的實現(xiàn)有限弧段的數(shù)據(jù)傳輸獲取。

以密云、三亞、喀什3個國內(nèi)地面接收站作為主要接收站點。單天線對應(yīng)單一地面站傳輸，天平均下行弧段時長約10.4 min。采用單天線雙站接力時，考慮到天線預(yù)置會對整星產(chǎn)生擾動影響成像質(zhì)量，因此需要限制預(yù)置速度，站點切換間隔為180 s。在此方式下，可視弧段平均長度約為11.69 min。若采用雙天線雙站接力形式，雙天線都提前預(yù)置到位避免成像中預(yù)置擾動，僅需考慮天線切換時間約12 s左右的數(shù)傳空檔期。在此方式下可視弧段平均長度約為13.26 min。相比單天線不接力情形，其每軌增加時長約2.86 min，每天可增加約24 min回放時間，相當(dāng)于增加了2軌傳輸弧段。提升了數(shù)據(jù)下行能力約25%。

3.5 業(yè)務(wù)衛(wèi)星快速集成設(shè)計

作為業(yè)務(wù)衛(wèi)星，其研制成本、研制周期等，均有嚴(yán)格約束。為控制研制成本和研制周期，衛(wèi)星采用了“直接正樣”研制模式，不經(jīng)歷初樣階段，直由方案階段轉(zhuǎn)入正樣研制。整星僅投產(chǎn)一套正樣件。對整星設(shè)計、系統(tǒng)集成、整星測試和項目管理均提出了較高要求。

在衛(wèi)星產(chǎn)品選型上，通過選取新型成熟平臺產(chǎn)品，與其他衛(wèi)星組批投產(chǎn)，可節(jié)約研制周期和設(shè)計成本。同時在整星方案階段開展了風(fēng)險分析，對系統(tǒng)級設(shè)計開展了多輪復(fù)核把關(guān)，針對性的開展專項聯(lián)試試驗，提前對關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了驗證，確保了衛(wèi)星研制的一次成功。

4 衛(wèi)星應(yīng)用情況及后續(xù)發(fā)展建議

4.1 衛(wèi)星在軌情況

資源一號02D衛(wèi)星于2019年9月12日發(fā)射，當(dāng)前已經(jīng)在軌運(yùn)行1年。衛(wèi)星入軌以來，衛(wèi)星平臺運(yùn)行穩(wěn)定，成像紋理清晰、層析分明、光譜信息豐富。衛(wèi)星獲取了大量多光譜和高光譜影像數(shù)據(jù)(見圖7、8)。當(dāng)前衛(wèi)星已經(jīng)完成了在軌測試和參數(shù)調(diào)整。初步評價多光譜相機(jī)產(chǎn)品外部幾何精度為19.13 m(CE90)，輻射質(zhì)量滿足使用要求。

圖7 韓國務(wù)安機(jī)場全色多光譜融合影像Fig.7 Muan international airport fusion image of panchromatic and multi-spectral images

圖8 山東東營萊州灣高光譜融合影像Fig.8 Shandong Laizhou bay fusion image of hyperspectral images

4.2 后續(xù)業(yè)務(wù)衛(wèi)星發(fā)展建議

資源一號02D衛(wèi)星細(xì)分多光譜和高光譜影像，獲取了豐富地物的光譜維信息，地物分類的準(zhǔn)確程度進(jìn)一步提高。例如基于農(nóng)業(yè)用戶對于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的初步應(yīng)用評估結(jié)果，對于農(nóng)田作物，4譜段影像的地物識別精度為91.30%，8個多光譜譜段的地物識別率為97.71%，高光譜影像的地物識別率可達(dá)99.90%。

但受限于目前載荷規(guī)模和研制成本，多光譜和高光譜遙感器的幾何分辨率往往較全色圖像低，混合像元作用明顯，對復(fù)雜地物的精細(xì)化定量化遙感的進(jìn)一步應(yīng)用產(chǎn)生了一定的影響。因此后續(xù)定量化衛(wèi)星可參考如下的技術(shù)發(fā)展方向：

(1)發(fā)展寬幅細(xì)分多光譜衛(wèi)星，結(jié)合具體行業(yè)用戶需求，對地物敏感的波段進(jìn)行光譜定制細(xì)分，在譜段數(shù)量和譜段范圍上均進(jìn)行定制。此種方式可在充分利用多光譜相機(jī)高信噪比、高分辨率、容易實現(xiàn)大幅寬觀測的優(yōu)勢，實現(xiàn)定制化觀測。

(2)發(fā)展中高分辨率高光譜衛(wèi)星，實現(xiàn)較高幾何分辨率的高光譜觀測。受限于高光譜衛(wèi)星的光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，難于同時實現(xiàn)高分辨率和大幅寬觀測和大角度側(cè)擺成像，因此需要建設(shè)高光譜衛(wèi)星星座，通過同種或者不同種類的衛(wèi)星搭載高光譜相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，實現(xiàn)高分高光譜相機(jī)的數(shù)據(jù)批量化采集。

(3)建立地物光譜庫并開展圖像解混研究。利用星上的高分相機(jī)和高光譜相機(jī)影像聯(lián)合進(jìn)行圖像解混算法研究。通過建立不同種類的地物光譜庫和應(yīng)用場景，開展光譜解混算法研究，滿足不同業(yè)務(wù)用戶的地物識別需求，也是未來定量化遙感應(yīng)用的重要發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

資源一號02D衛(wèi)星研制和發(fā)射，是對業(yè)務(wù)衛(wèi)星及其改進(jìn)型衛(wèi)星的又一次大膽嘗試。衛(wèi)星在軌應(yīng)用對自然資源調(diào)查與監(jiān)管、地質(zhì)、礦產(chǎn)資源開采監(jiān)測和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等業(yè)務(wù)需求具有重大意義。后續(xù)衛(wèi)星研制團(tuán)隊將密切配合應(yīng)用部門，進(jìn)一步做好圖像定標(biāo)和應(yīng)用推廣，為我國自然資源業(yè)務(wù)衛(wèi)星和定量化遙感應(yīng)用做出更大貢獻(xiàn)。