李德仁，王 密，楊 芳

1.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖北 武漢 430079；2.航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094

自1972年第一顆陸地衛(wèi)星Landsat-1發(fā)射至今，航天遙感技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，推動(dòng)遙感衛(wèi)星向高空間分辨率的精細(xì)化觀測(cè)發(fā)展[1]。世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星，通過(guò)不同的測(cè)繪體制實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)地物的多尺度立體觀測(cè)[2-4]，獲取現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、精度高的測(cè)繪遙感數(shù)據(jù)，帶動(dòng)遙感數(shù)據(jù)不斷向精準(zhǔn)化的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。日益豐富的光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星成為全球系列比例尺高精度地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)與制作的重要支撐。

目前，光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星主要面向?qū)I(yè)用戶，通過(guò)數(shù)據(jù)獲取、過(guò)頂傳輸、地面接收處理在實(shí)際應(yīng)用的環(huán)節(jié)提供測(cè)繪遙感信息服務(wù)[5]。這種應(yīng)用模式處理環(huán)節(jié)相互獨(dú)立、復(fù)雜冗長(zhǎng)，且遙感衛(wèi)星與通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星信息分離，各環(huán)節(jié)協(xié)同能力弱，測(cè)繪遙感信息服務(wù)存在嚴(yán)重的滯后問(wèn)題，制約了測(cè)繪遙感衛(wèi)星的實(shí)用化和大眾化發(fā)展[6-7]。近幾年人工智能和空間信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，為遙感衛(wèi)星信息服務(wù)模式帶來(lái)了新的機(jī)遇[8]，面向?qū)I(yè)用戶和大眾用戶的遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)成為遙感衛(wèi)星追求的新目標(biāo)，智能遙感衛(wèi)星的概念應(yīng)運(yùn)而生。

世界各國(guó)對(duì)智能遙感衛(wèi)星提出了不同的構(gòu)想，美國(guó)NASA指出智能遙感衛(wèi)星系統(tǒng)是由多種成像模式的遙感器、星上數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成，以用戶需求為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，能夠?yàn)槎喾N用戶提供高時(shí)效性的全球空間信息服務(wù)[9]；美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局(DARPA)提出了通信遙感一體的SeeMe計(jì)劃[10]；文獻(xiàn)[1]借鑒智能手機(jī)技術(shù)，提出了一種具備開(kāi)放軟件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)接入、支持第三方靈活加載的智能遙感衛(wèi)星的設(shè)想。國(guó)外已經(jīng)研制開(kāi)發(fā)了一些具有某些智能特征的衛(wèi)星，如NEMO衛(wèi)星、BIRD小衛(wèi)星、PROBA衛(wèi)星等[12]?？臻g信息網(wǎng)絡(luò)中通信、導(dǎo)航和遙感衛(wèi)星進(jìn)行一體化集成與協(xié)同應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)的關(guān)鍵[13-15]，因此，本文基于通導(dǎo)遙一體化提出智能遙感衛(wèi)星的新構(gòu)想，智能遙感衛(wèi)星將構(gòu)成空間信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，促進(jìn)通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通，通過(guò)充分發(fā)揮天基信息系統(tǒng)的通信傳輸、導(dǎo)航定位和遙感觀測(cè)能力，達(dá)到衛(wèi)星測(cè)繪遙感信息快準(zhǔn)靈服務(wù)的發(fā)展目標(biāo)。武漢大學(xué)牽頭研制的新一代智能測(cè)繪遙感科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星珞珈三號(hào)01星，具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取、在軌實(shí)時(shí)處理和應(yīng)用終端實(shí)時(shí)傳輸能力。該星即將投入運(yùn)行，是通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星的初步實(shí)踐。

本文首先介紹光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星3種體制的實(shí)現(xiàn)方式和應(yīng)用特點(diǎn)，進(jìn)一步分析智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星的應(yīng)用需求，提出通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星的設(shè)計(jì)構(gòu)想，重點(diǎn)分析通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星的服務(wù)方式及功能組成；之后詳細(xì)闡述新一代智能測(cè)繪遙感試驗(yàn)衛(wèi)星珞珈三號(hào)01星的性能與特點(diǎn)；最后對(duì)智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星的發(fā)展和使命進(jìn)行總結(jié)與展望。

1 光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星的3種體制

光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星具有空間精細(xì)化觀測(cè)和多角度立體觀測(cè)能力，可以獲取目標(biāo)地物的高精度平面和三維信息，能夠滿足更多的應(yīng)用需求，帶來(lái)更大的軍事與經(jīng)濟(jì)效益，是世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的焦點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)不同比例尺測(cè)圖應(yīng)用，綜合考慮衛(wèi)星研制成本和難度，多種立體交會(huì)體制得以發(fā)展?？v觀全球光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星的發(fā)展形勢(shì)，主要有3種體制：三線陣、雙線陣和單線陣/面陣[2，16]。

1.1 三線陣測(cè)繪體制

三線陣測(cè)繪體制是指利用前視、下視、后視3臺(tái)視軸互成固定角度的線陣相機(jī)(稱為“三線陣相機(jī)”)進(jìn)行立體成像的方式。日本的ALOS-1衛(wèi)星[17]、我國(guó)的天繪一號(hào)衛(wèi)星[18]和資源三號(hào)(ZY-3)系列衛(wèi)星[19-20]，均采用了這種體制。以ZY-3衛(wèi)星為例，說(shuō)明三線陣相機(jī)成像關(guān)系。如圖1所示，前視相機(jī)沿飛行方向向前傾斜22°成像，后視相機(jī)向后傾斜22°成像，下視相機(jī)垂直星下點(diǎn)成像，沿飛行方向?qū)Φ赝茠叱上駮r(shí)，可獲得固定基高比的三視同軌立體影像。

圖1 三線陣測(cè)繪體制成像

該體制中3臺(tái)相機(jī)安裝在衛(wèi)星上，要求衛(wèi)星平臺(tái)具有較高的有效載荷承載能力，3臺(tái)相機(jī)之間高穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)有利于在軌連續(xù)穩(wěn)定觀測(cè)，其測(cè)量基線較長(zhǎng)且存在一個(gè)多余觀測(cè)量，可以保障立體測(cè)量模型的精度，易于實(shí)現(xiàn)全球的快速覆蓋和高精度測(cè)圖。武漢大學(xué)利用ZY-3衛(wèi)星的全國(guó)上萬(wàn)景數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)1∶5萬(wàn)比例尺DOM/DSM的自動(dòng)化生產(chǎn)[21]。ZY-3衛(wèi)星正在為“一帶一路”和走向全球提供及時(shí)服務(wù)，每年可完成3000萬(wàn)平方千米的1∶5萬(wàn)測(cè)圖任務(wù)[22]。

1.2 雙線陣測(cè)繪體制

雙線陣測(cè)繪體制是指利用前視、后視2臺(tái)視軸成固定角度的線陣相機(jī)(稱為“雙線陣相機(jī)”)進(jìn)行立體成像的方式。該體制以印度的CartoSat-1衛(wèi)星[23]和我國(guó)的高分七號(hào)(GF-7)衛(wèi)星[24]為代表。以GF-7衛(wèi)星為例，雙線陣成像方式如圖2所示，前視相機(jī)向前傾斜26°成像，后視相機(jī)向后傾斜5°成像，沿飛行方向?qū)Φ赝茠叱上駮r(shí)，可得到同一地面點(diǎn)的兩視影像。

圖2 雙線陣體制成像

與三線陣測(cè)繪體制類同，雙線陣測(cè)繪體制穩(wěn)定的成像結(jié)構(gòu)可以連續(xù)立體觀測(cè)，但少了一臺(tái)相機(jī)，在同樣的平臺(tái)承載能力下，為單臺(tái)相機(jī)的性能提升提供了承載空間，雙線陣相機(jī)分辨率可從三線陣的米級(jí)提高到亞米級(jí)，適用于廣域的較精準(zhǔn)測(cè)繪應(yīng)用。我國(guó)綜合考慮更大比例尺的任務(wù)需求、研制難度、平臺(tái)承載能力等，設(shè)計(jì)了GF-7衛(wèi)星雙線陣體制，用于1∶1萬(wàn)比例尺的立體測(cè)繪[24]。GF-7衛(wèi)星在軌測(cè)試結(jié)果表明，聯(lián)合激光測(cè)高儀獲得的高程控制數(shù)據(jù)，能夠?qū)⒘Ⅲw影像的高程精度由2.2 m提升到1.2 m，完全滿足1∶1萬(wàn)比例尺立體測(cè)圖的精度要求[4]。

1.3 單線陣/面陣測(cè)繪體制

單線陣/面陣測(cè)繪體制是指利用一臺(tái)線陣或面陣光學(xué)遙感相機(jī)，基于衛(wèi)星姿態(tài)的快速機(jī)動(dòng)對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行多角度觀測(cè)，獲得多視立體影像。其成像方式如圖3所示，衛(wèi)星通過(guò)調(diào)整成像姿態(tài)，沿飛行方向?qū)ν坏貐^(qū)推掃/曝光成像，姿態(tài)條件允許下，可形成多種基高比配置的影像對(duì)組合。

圖3 單線陣/面陣體制成像

與三線陣和雙線陣體制相比，單個(gè)線陣/面陣測(cè)繪體制的相機(jī)數(shù)量最少，衛(wèi)星平臺(tái)承載規(guī)模最小，相機(jī)性能可進(jìn)一步提升，同時(shí)衛(wèi)星具備較強(qiáng)的敏捷機(jī)動(dòng)能力，因此該體制廣泛用于輕小型敏捷高分辨率商業(yè)衛(wèi)星，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的立體觀測(cè)，適合于局部區(qū)域的精準(zhǔn)立體測(cè)繪任務(wù)。美國(guó)的WoldView-3衛(wèi)星代表單線陣測(cè)繪體制的領(lǐng)先水平，地面像元分辨率優(yōu)于0.31 m，可滿足1∶5000比例尺測(cè)圖的精度要求[25]。近幾年我國(guó)也不斷發(fā)展該體制的衛(wèi)星，高分多模衛(wèi)星采用了單線陣體制，分辨率優(yōu)于0.42 m，即將發(fā)射的珞珈三號(hào)01星采用單面陣體制，分辨率優(yōu)于0.75 m。

三線陣和雙線陣的測(cè)繪體制相機(jī)數(shù)量多，衛(wèi)星平臺(tái)機(jī)動(dòng)能力較差，適合于全球廣域范圍的固定測(cè)繪任務(wù)，比如我國(guó)ZY-3系列衛(wèi)星和GF-7衛(wèi)星可提供1∶5萬(wàn)和1∶1萬(wàn)比例尺的組合型全球立體測(cè)繪產(chǎn)品。單線陣/面陣測(cè)繪體制衛(wèi)星承載規(guī)模小，平臺(tái)敏捷機(jī)動(dòng)且成像分辨率高，能滿足智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星按需靈活觀測(cè)和高空間分辨率精細(xì)觀測(cè)的要求，因此，單線陣/面陣體制是智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星立體成像的最優(yōu)選項(xiàng)。

2 通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理及信息獲取通常要經(jīng)過(guò)如下主要步驟：衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取、過(guò)境數(shù)據(jù)下傳、地面解壓解擾、地面解析、地面預(yù)處理與信息提取等。信息獲取流程復(fù)雜、鏈路長(zhǎng)，有效信息的獲取時(shí)間達(dá)到小時(shí)級(jí)，難以滿足各領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的分鐘級(jí)甚至秒級(jí)信息獲取需求。針對(duì)此問(wèn)題，需要優(yōu)化傳統(tǒng)遙感信息獲取流程和方式，開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)的在軌數(shù)據(jù)按需獲取、實(shí)時(shí)處理和信息智能提取，減少數(shù)據(jù)獲取、處理和傳輸數(shù)據(jù)量[26]，同時(shí)聯(lián)合遙感衛(wèi)星的存儲(chǔ)和計(jì)算能力，以及空間信息網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸和導(dǎo)航定位資源等，實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)更明確、處理方式更靈活、資源配置更合理的遙感數(shù)據(jù)高效處理，達(dá)到衛(wèi)星遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)的發(fā)展目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，本文提出通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星的設(shè)計(jì)構(gòu)想。

通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星以“一星多用，多星組網(wǎng)，星地協(xié)同，智能處理，組網(wǎng)傳輸，按需服務(wù)”為核心理念，以遙感信息的實(shí)時(shí)化、智能化服務(wù)為牽引，其概念體系如圖4所示。通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星是由通信、導(dǎo)航、遙感等多載荷的集成于一體化協(xié)同布局構(gòu)建而成的一種多功能衛(wèi)星平臺(tái)，在天基信息網(wǎng)絡(luò)中擔(dān)任關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過(guò)通導(dǎo)遙多載荷集成與協(xié)同應(yīng)用，促進(jìn)天基信息網(wǎng)絡(luò)中其他通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的互聯(lián)互通。在服務(wù)方式上，以數(shù)據(jù)獲取、信息提取、信息發(fā)布一體化結(jié)合為目標(biāo)，基于星地協(xié)同的全鏈路遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)體系，通過(guò)配合使用導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、地面接收站、移動(dòng)接收站、智能終端等，直接面向用戶需求，通過(guò)星上智能任務(wù)規(guī)劃獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)在星上完成導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)、實(shí)時(shí)高精度定位、興趣區(qū)域智能篩選、信息智能提取和智能高效壓縮等，通過(guò)星地、星間傳輸鏈路將有用的信息準(zhǔn)確高效地傳遞至用戶移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的遙感影像從數(shù)據(jù)獲取到應(yīng)用終端分鐘級(jí)延時(shí)的遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)。

圖4 通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星概念

通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星平臺(tái)集成通信、導(dǎo)航、遙感等多種類型的有效載荷，以一種用途為主，兼顧其他功能，包括的功能有：高分辨率遙感成像、在軌實(shí)時(shí)智能處理、導(dǎo)航接收與增強(qiáng)、星地-星間通信傳輸?shù)取?/p>

(1)高分辨率遙感成像功能：是智能遙感衛(wèi)星的基礎(chǔ)功能，通過(guò)在星上配置成像相機(jī)獲取亞米級(jí)分辨率的光學(xué)遙感影像，具有靈活的姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力，具備圖像、視頻、立體等多種成像模式，能獲取動(dòng)靜態(tài)遙感影像，滿足靜態(tài)目標(biāo)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤、大眾生活服務(wù)等多樣應(yīng)用需求。

(2)在軌實(shí)時(shí)智能處理功能：是智能遙感衛(wèi)星的核心功能，通過(guò)在星上配置可擴(kuò)展智能處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的在軌按需、實(shí)時(shí)和智能處理。針對(duì)遙感數(shù)據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)智能處理需求，該功能集成大量的處理算法，包括自主任務(wù)規(guī)劃、興趣區(qū)域智能篩選、高質(zhì)量實(shí)時(shí)成像、高精度實(shí)時(shí)幾何定位、信息智能處理和智能高效壓縮等，完成任務(wù)驅(qū)動(dòng)的成像數(shù)據(jù)在軌實(shí)時(shí)、智能、高精度地處理和高效數(shù)據(jù)壓縮。同時(shí)，配置的智能處理平臺(tái)具備開(kāi)放軟件API接口，支持APP軟件靈活上注和動(dòng)態(tài)加載、運(yùn)行。

(3)導(dǎo)航接收與增強(qiáng)功能：是智能遙感衛(wèi)星的增值功能，通過(guò)在星上配置導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信號(hào)的對(duì)天接收、在軌處理和對(duì)地發(fā)射。一方面接收導(dǎo)航衛(wèi)星(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)或北斗系統(tǒng))發(fā)射的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，對(duì)接導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)、在軌實(shí)時(shí)智能處理單元，在軌計(jì)算精密軌道和精密時(shí)間同步，避免地面建站，有利于提升我國(guó)自主導(dǎo)航系統(tǒng)在境外的精確導(dǎo)航定位精度；另一方面，自主生成測(cè)距信號(hào)，并與現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)聯(lián)合定位，縮短精密定位的收斂時(shí)間，滿足米級(jí)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度，提升現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)系統(tǒng)的服務(wù)性能[27]。

(4)星地-星間通信傳輸功能：是智能遙感衛(wèi)星的增值功能，通過(guò)在星上配置星地-星間通信傳輸載荷進(jìn)行海量高分辨率數(shù)據(jù)的星地、星間快速傳輸。同時(shí)支持星地、星間的雙向高速傳輸，用于建立衛(wèi)星到數(shù)傳地面站/中繼衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，保證任務(wù)規(guī)劃指令、協(xié)同處理程序與參數(shù)、遙感數(shù)據(jù)可快速流通。通過(guò)星間傳輸鏈路和組網(wǎng)，可及時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行下傳，能夠有效解決衛(wèi)星過(guò)頂傳輸?shù)难訒r(shí)問(wèn)題，同時(shí)具備星間傳輸功能的智能遙感衛(wèi)星平臺(tái)還可作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充。

通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和信息的聚焦服務(wù)，同時(shí)有助于促進(jìn)天基信息系統(tǒng)的通信、導(dǎo)航及遙感衛(wèi)星的一體化發(fā)展和應(yīng)用，快速提高空間信息獲取、傳輸、處理和分發(fā)的能力，實(shí)現(xiàn)信息的融合和高效利用，可為全球范圍內(nèi)提供通信、導(dǎo)航、遙感全方位、多層次的一體化服務(wù)。

3 珞珈三號(hào)01星性能與特點(diǎn)

珞珈三號(hào)01星是武漢大學(xué)聯(lián)合航天東方紅衛(wèi)星有限公司等單位研制的一顆集遙感與通信功能于一體的智能測(cè)繪遙感試驗(yàn)衛(wèi)星。衛(wèi)星運(yùn)行在約500 km的太陽(yáng)同步軌道，配置一臺(tái)高分辨率彩色面陣相機(jī)，具有動(dòng)靜態(tài)成像能力，能夠獲取星下點(diǎn)空間分辨率優(yōu)于0.75 m的Bayer格式圖像；配置X頻段擴(kuò)頻測(cè)控、X頻段星地直接傳輸及Ka頻段星間中轉(zhuǎn)傳輸?shù)耐ㄐ朋w制，能夠打通星地-星間傳輸通信鏈路；具備高性能實(shí)時(shí)處理的硬件平臺(tái)和支持動(dòng)態(tài)加載開(kāi)放的軟件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的在軌實(shí)時(shí)智能處理。珞珈三號(hào)01星是新一代的智能測(cè)繪遙感科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，用于驗(yàn)證遙感數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取、智能處理、壓縮傳輸?shù)年P(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，探索天基空間網(wǎng)絡(luò)遙感信息服務(wù)新模式。

3.1 珞珈三號(hào)01星成像模式

珞珈三號(hào)01衛(wèi)星具有視頻凝視、面陣推幀、面陣推掃3種成像模式，搭配不同的星上處理流程，可進(jìn)行不同的任務(wù)工作模式設(shè)計(jì)。珞珈三號(hào)01星具備的多種成像模式可以在軌獲取大量動(dòng)態(tài)和靜態(tài)遙感數(shù)據(jù)。衛(wèi)星工作在凝視成像模式時(shí)(圖5(a))，相機(jī)的光軸始終指向固定的地面目標(biāo)點(diǎn)，在成像時(shí)間段內(nèi)通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速跟蹤，采用面陣成像方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行凝視視頻成像。衛(wèi)星工作在面陣推幀成像時(shí)(圖5(b))，通過(guò)姿控控制光軸指向沿衛(wèi)星飛行方向在地面勻速掃描，相對(duì)地速小于衛(wèi)星飛行速度，通過(guò)控制相機(jī)可以成多個(gè)單幅圖像，每幅圖像之間有一點(diǎn)搭接，多幅搭接的圖像構(gòu)成一個(gè)條帶。衛(wèi)星工作在面陣推掃成像時(shí)(圖5(c))，在一次推掃成像任務(wù)期間，衛(wèi)星保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的姿態(tài)進(jìn)行面陣推掃成像。

圖5 珞珈三號(hào)01星成像模式

3.2 星上智能處理平臺(tái)

珞珈三號(hào)01星借鑒了智能手機(jī)設(shè)計(jì)模式，基于高性能硬件處理平臺(tái)，在星上設(shè)計(jì)了開(kāi)放的軟件平臺(tái)，包括基礎(chǔ)操作系統(tǒng)環(huán)境、用戶API函數(shù)接口、圖像處理基礎(chǔ)庫(kù)、深度學(xué)習(xí)軟件框架等，支持在軌擴(kuò)展用戶或第三方設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的智能處理APP。衛(wèi)星支持星上自主任務(wù)規(guī)劃，用戶只需要向衛(wèi)星發(fā)送目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯度、數(shù)傳窗口等信息，衛(wèi)星可自主完成成像任務(wù)規(guī)劃、影像獲取、在軌處理、圖像下傳等。衛(wèi)星設(shè)計(jì)了專門(mén)用于APP在軌上注的高速上注通道，支持APP軟件在軌快速上注，支持APP在軌安裝、運(yùn)行、卸載、更新等操作，通過(guò)豐富星載APP可以不斷拓展衛(wèi)星的影像信息服務(wù)能力?；谏鲜龉δ茉O(shè)計(jì)，衛(wèi)星與地面系統(tǒng)配合可向個(gè)人用戶手機(jī)終端提供端到端近實(shí)時(shí)影像信息服務(wù)。

珞珈三號(hào)01星星上智能處理單元采用主備異構(gòu)軟硬件架構(gòu)，主份硬件基于高性能GPU進(jìn)行設(shè)計(jì)，配備開(kāi)放軟件平臺(tái)(Linux)，支持基于APP的在軌實(shí)時(shí)圖像/視頻處理；備份硬件基于FPGA設(shè)計(jì)，支持在軌常規(guī)壓縮；同時(shí)主備通道均配置大容量固存模塊，支持原始圖像及處理后圖像的在軌存儲(chǔ)，由接口部分、處理通道(主)和壓縮通道(備)組成。兩通道相互獨(dú)立，采用冷備份方式，實(shí)現(xiàn)功能備份，確保數(shù)據(jù)可靠下傳。智能處理單元采用主備異構(gòu)通道，主份通道硬件基于GPU模塊，可支持靈活在軌處理，備份通道硬件基于FPGA，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)壓縮。

3.3 測(cè)運(yùn)控一體化服務(wù)系統(tǒng)

珞珈三號(hào)01星測(cè)運(yùn)控一體化服務(wù)系統(tǒng)是支撐智能遙感衛(wèi)星系統(tǒng)為用戶提供端到端服務(wù)的地面系統(tǒng)核心，其具有響應(yīng)用戶手機(jī)請(qǐng)求、智能調(diào)度星座任務(wù)、派送用戶需求訂單、接收衛(wèi)星處理影像、反饋用戶需求結(jié)果等功能。測(cè)運(yùn)控一體化服務(wù)系統(tǒng)主要由首頁(yè)、數(shù)據(jù)中心、遙控中心、遙測(cè)中心、資源中心和應(yīng)用中心組成。圖6所示為系統(tǒng)應(yīng)用中心菜單界面，應(yīng)用中心菜單接入的是珞珈衛(wèi)星大屏在線服務(wù)系統(tǒng)終端，終端支持對(duì)系統(tǒng)內(nèi)不同衛(wèi)星實(shí)時(shí)運(yùn)行軌道及星下點(diǎn)覆蓋軌跡的可視化，右側(cè)面板展示了系統(tǒng)狀態(tài)信息、衛(wèi)星狀態(tài)信息、遙測(cè)顯示控制信息、地面站狀態(tài)信息以及鼠標(biāo)的位置信息等，左側(cè)為系統(tǒng)的主要功能菜單。珞珈三號(hào)01星測(cè)運(yùn)控一體化服務(wù)系統(tǒng)支持從衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取端到智能服務(wù)終端全鏈路的演示驗(yàn)證，面向移動(dòng)終端和監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星影像/視頻、星間星地通信傳輸狀態(tài)等資源在三維虛擬地球中的高效在線可視化。

圖6 測(cè)運(yùn)控一體化服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用中心界面

珞珈三號(hào)01星的服務(wù)模式為數(shù)據(jù)獲取、在軌信息提取、實(shí)時(shí)傳輸、信息服務(wù)，打破了傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)獲取、過(guò)頂傳輸、地面接收處理后再進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的低效模式及服務(wù)滯后的現(xiàn)狀，縮短了遙感信息從數(shù)據(jù)獲取到信息智能服務(wù)的時(shí)間周期，能夠?qū)崿F(xiàn)遙感信息的快速高效服務(wù)，充分展示了空間信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下遙感信息的智能服務(wù)能力，對(duì)于提高遙感信息服務(wù)的時(shí)效性、提升遙感信息大眾化應(yīng)用服務(wù)水平、推進(jìn)遙感信息的應(yīng)用有積極意義。

4 總結(jié)與展望

智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星是光學(xué)測(cè)繪遙感衛(wèi)星由專業(yè)向大眾化應(yīng)用轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵，本文指出適合于智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星的測(cè)繪體制，提出通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星的設(shè)計(jì)構(gòu)想，并介紹智能測(cè)繪遙感試驗(yàn)衛(wèi)星珞珈三號(hào)01星的性能與特點(diǎn)。通導(dǎo)遙一體化智能遙感衛(wèi)星能夠提供快速、準(zhǔn)確、智能的測(cè)繪遙感信息服務(wù)，有助于推進(jìn)天基信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)(PNTRC)的建設(shè)。珞珈三號(hào)01星是智能測(cè)繪遙感衛(wèi)星的一種嘗試，為遙感數(shù)據(jù)的在軌處理與實(shí)時(shí)傳輸提供真實(shí)的服務(wù)驗(yàn)證平臺(tái)。珞珈三號(hào)01星計(jì)劃于2022年7月發(fā)射，其智能服務(wù)平臺(tái)將對(duì)外免費(fèi)開(kāi)放，并提供基金委相應(yīng)科研項(xiàng)目的在軌驗(yàn)證服務(wù)，歡迎廣大優(yōu)秀科研人員使用，共同為我國(guó)PNTRC的建設(shè)做貢獻(xiàn)！

致謝：特別感謝郭貝貝、仵倩玉博士生和皮英東博士后在寫(xiě)作過(guò)程中的幫助。