資源－3立體測繪衛(wèi)星概覽

戴君 張新偉 李少輝 徐文霞 劉寧 劉付強 黃縉（中國空間技術(shù)研究院總體部）

2012年7月30日，在國家國防科技工業(yè)局舉行的在軌交付儀式上，資源－3衛(wèi)星由研制單位—中國航天科技集團公司正式交付主用戶—國家測繪地理信息局。國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設部、水利部、農(nóng)業(yè)部等用戶也將利用資源－3衛(wèi)星數(shù)據(jù)，服務國民經(jīng)濟建設。資源－3衛(wèi)星是一顆1∶50000比例尺光學傳輸型立體測繪衛(wèi)星，于2012年1月9日成功發(fā)射。經(jīng)過在軌驗證，衛(wèi)星取得了良好的效果，圖像層次分明，動態(tài)范圍良好，細節(jié)表現(xiàn)力強，彩色融合圖像效果顯著，圖像質(zhì)量和定位精度得到用戶、同行的一致認可。

1 項目背景

根據(jù)國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設部、林業(yè)局等各行業(yè)部門對基礎地理信息的強烈需求，我國急需建立并持續(xù)更新全國1∶50000地形數(shù)據(jù)庫，建立全國2.5m分辨率正射影像數(shù)據(jù)庫，并更新1∶25000地形圖。按照以上業(yè)務需求，2008年4月，我國正式啟動資源－3衛(wèi)星研制工作。

資源－3衛(wèi)星是一顆光學傳輸型立體測繪衛(wèi)星，衛(wèi)星集測繪和資源調(diào)查功能于一體，用于1∶50000立體測圖及更大比例尺基礎地理信息產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新，開展國土資源調(diào)查與監(jiān)測。資源－3衛(wèi)星工程的建設，將大力增強獨立獲取地理空間信息的能力，提升我國測繪服務保障水平，提高國土資源調(diào)查與監(jiān)測的數(shù)據(jù)保障能力，加快空間數(shù)據(jù)基礎設施建設，推動地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

資源－3衛(wèi)星于2008年4月立項進入工程研制階段，經(jīng)歷方案、初樣、正樣的研制過程，于2011年11月出廠。2012年1月9日11：17，資源－3衛(wèi)星由長征－4B運載火箭從太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。隨后，衛(wèi)星太陽電池翼順利展開，衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定，成功定點到預定的軌道。2012年1月11日，衛(wèi)星順利傳回第一幅高精度立體影像及高分辨率多光譜圖像，圖像清晰、層次分明、動態(tài)范圍較好。隨后，經(jīng)過為期90天的在軌測試，衛(wèi)星工作正常，圖像質(zhì)量和定位精度滿足設計指標，得到用戶、業(yè)內(nèi)一致認可。

2 任務概況

資源－3衛(wèi)星主要用于測繪行業(yè)的立體測圖和資源遙感應用，為國民經(jīng)濟和社會信息化建設服務；對全國范圍實施立體測圖，加快我國空間信息基礎設施建設和測繪信息產(chǎn)品的生產(chǎn)更新；支持國土資源調(diào)查、測繪和城市規(guī)劃的國民經(jīng)濟建設。資源－3衛(wèi)星的主要功能包括：

1）充分利用三線陣立體影像以及多光譜影像，制作1∶ 50000地形圖，包括數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像、數(shù)字線劃圖；

2）對1∶25000及更大比例尺的地形圖的修測、更新；

3）制作各種初級和高級的遙感影像產(chǎn)品；

4）進行國土資源詳查、城市變化監(jiān)測、電子政務、衛(wèi)星導航定位、地質(zhì)、礦產(chǎn)、林業(yè)、水利、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、交通、減災防災、海洋、氣象、通信、電力等領(lǐng)域的應用。

3 衛(wèi)星簡介

資源－3衛(wèi)星是一顆三軸穩(wěn)定的太陽同步軌道傳輸型對地觀測衛(wèi)星，工作在降交點地方時為10：30的軌道，衛(wèi)星壽命5年。衛(wèi)星軌道高度為500km，回歸周期59天。

資源－3衛(wèi)星包括有效載荷和衛(wèi)星平臺，其中有效載荷由三線陣相機、多光譜相機、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)傳天線和數(shù)據(jù)記錄5個分系統(tǒng)構(gòu)成，衛(wèi)星平臺由結(jié)構(gòu)與機構(gòu)、熱控、控制與推進、供配電、測控、數(shù)據(jù)管理6個分系統(tǒng)構(gòu)成。

資源－3衛(wèi)星基本參數(shù)

4 重要分系統(tǒng)

三線陣相機分系統(tǒng)

三線陣相機由前視相機、后視相機、正視相機和一體化支架共同組成。前、后視相機與正視相機的交會角均為22°，它們在同一時刻從不同方向?qū)Φ孛婢拔锍上瘛Ｔ诤较蛑丿B區(qū)域，可利用至少2臺相機在不同時刻對同一地物的影像獲取全色立體圖像，從而實現(xiàn)資源－3衛(wèi)星立體測繪功能。3臺相機通過推掃方式對地面景物成像，前、后視相機分辨率為4m，正視相機分辨率為2.5m。

三線陣相機外觀圖

多光譜相機分系統(tǒng)

多光譜相機在正視方向以推掃的方式對地面景物成像，分別獲得藍光譜段（0.45～0.52μm）、綠光譜段（0.52～0.59μm）、紅光譜段（0.63～0.69μm）和近紅外譜段（0.77～0.89μm）的地面影像。多光譜相機采用三反離軸光學系統(tǒng)，其探測器為4譜段集成的時間延遲積分電荷耦合器件（TDI CCD），地面像元分辨率優(yōu)于10m。多光譜譜段的設置不僅可以用于資源遙感，同時也能夠增強對測繪地物的判別。

數(shù)據(jù)傳輸與記錄分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)主要完成相機分系統(tǒng)和部分服務分系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收、處理、調(diào)制和功率放大等功能，并可根據(jù)工作模式要求，完成圖像數(shù)據(jù)的實時傳輸、記錄或回放。其功能主要包括：對相機分系統(tǒng)輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行壓縮編碼、格式編排、信道編碼和加擾處理，全色圖像壓縮比為4∶1或2∶1可選，多光譜數(shù)據(jù)無損壓縮；將處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)傳通道進行傳輸，或送圖像數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)進行存儲。

數(shù)傳天線采用點波束天線，接收數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)送的兩路X頻段信號，將信號正交雙圓極化后輻射至地面接收站。資源－3衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸速率為2×450Mbit/s，在國內(nèi)首次實現(xiàn)極化復用高速傳輸。

三線陣相機基本參數(shù)

多光譜相機外形圖

數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)主要用于記錄/回放三線陣測繪相機、多光譜相機、星敏感器和陀螺等的數(shù)據(jù)，具有記錄、回放、擦除、自檢等功能。數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)配置了2臺存儲器，每臺有效容量大于500Gbit。

測控分系統(tǒng)

資源－3衛(wèi)星通過GPS和激光角反射器實現(xiàn)精密定軌。計算分析結(jié)果表明，在衛(wèi)星軌道的切向、法向、徑向等3個方向的位置精度均優(yōu)于5cm。同時，結(jié)合激光角反射器的測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)衛(wèi)星測距精度優(yōu)于1cm。

多光譜相機基本參數(shù)

資源－3衛(wèi)星數(shù)字高程模型（DEM）圖像

資源－3衛(wèi)星DEM+數(shù)字正射影像（DOM）圖像

資源－3衛(wèi)星紅綠立體影像

資源－3衛(wèi)星多光譜與三線陣正視融合圖像

控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)選用高精度星敏感器和陀螺，相互配合完成高精度姿態(tài)測量任務。通過敏感器的高精度測量，并利用優(yōu)化后的算法進行數(shù)據(jù)融合，衛(wèi)星在軌可以實現(xiàn)0.01°的姿態(tài)測量精度。同時，利用星上下傳的敏感器原始輸出數(shù)據(jù)進行事后處理，衛(wèi)星的相對姿態(tài)測量精度可以實現(xiàn)優(yōu)于3″的指標。

5 應用成果

在軌測試期間，用戶對資源－3衛(wèi)星及相關(guān)系統(tǒng)功能、性能進行了測試，結(jié)果表明，資源－3衛(wèi)星影像及輔助數(shù)據(jù)、姿態(tài)和軌道原始觀測數(shù)據(jù)完整、正確，數(shù)據(jù)獲取鏈路暢通，衛(wèi)星圖像清晰、層次分明。

根據(jù)資源－3衛(wèi)星測試結(jié)果，在未利用高精度GPS事后處理數(shù)據(jù)的情況下，衛(wèi)星在無控制點條件下的定位精度優(yōu)于50m，達到了國際先進水平。同時，在有控制點條件下的平面和高程精度完全滿足1∶50000立體測圖精度、1∶25000地圖修測與更新精度的要求，具備生產(chǎn)1∶50000地形圖及1∶25000地圖修測與更新的能力。

6 結(jié)束語

資源－3衛(wèi)星的用戶是國家測繪地理信息局。從影像來看，圖像層次分明，動態(tài)范圍良好，細節(jié)表現(xiàn)力強，彩色融合圖像效果顯著；利用三線陣影像生產(chǎn)的DSM/DOM檢查精度來看，衛(wèi)星已經(jīng)達到了國外同等商業(yè)測繪衛(wèi)星的精度水平。資源－3衛(wèi)星的投入使用打破了我國測繪影像資料貧乏的制約，從根本上解決了我國廣泛采購國外商用衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)進行測圖工作的現(xiàn)狀。同時，標志著我國高精度遙感衛(wèi)星設計、制造和地面處理水平達到世界先進水平，具備強大的市場競爭力和廣闊的應用前景。

在“十二五”期間，我國還將繼承資源－3衛(wèi)星的技術(shù)基礎，發(fā)射后續(xù)的業(yè)務衛(wèi)星，實現(xiàn)多顆1∶50000立體測繪衛(wèi)星連續(xù)在軌運行，構(gòu)成空間立體監(jiān)測系統(tǒng)，對國土測繪、資源調(diào)查與監(jiān)測形成持續(xù)、穩(wěn)定的業(yè)務化數(shù)據(jù)獲取能力。