天繪－1立體測繪衛星概覽

徐振堯 楊俊峰 李輝 李晶（中國天繪衛星中心）

天繪－1立體測繪衛星是我國自主研制的第一顆傳輸型立體測繪衛星，搭載了全色分辨率2m、多光譜分辨率10m和三線陣測繪（也叫立體測繪）分辨率5m的相機各1臺。天繪－1的01、02星分別于2010年8月24日、2012年5月6日成功發射，兩顆星同時在軌運行。目前，已獲取海量國內外有效數據（單景云量小于20%），覆蓋了全球陸地50%左右、全國陸地93%以上，為我國國土測繪、農業、林業、水利和交通等部門提供了大量衛星產品，應用前景廣闊。

1 項目背景

我國的航天測繪始于20世紀70年代，研制了返回式攝影測量衛星，獲取了國內外地區的衛星影像數據，為我國立體測繪衛星的發展積累了寶貴經驗。20世紀90年代，王任享院士跟蹤國外傳輸型衛星技術的發展，開展了三線陣CCD影像攝影測量研究，并聯合中國科學院長春光機所自主研制了我國第一臺傳輸型立體測繪相機。經過在軌衛星的演示驗證，并對立體測繪衛星設計和地面數據處理技術進行研究攻關，現已突破了傳輸型立體測繪衛星的多項關鍵技術，具備了利用傳輸型衛星開展全球測繪的能力。2006年1月，天繪－1衛星工程立項研制，并于2010年8月24日成功發射天繪－1的01星，其主要用途是制作1∶50000的測繪產品，實現國家基礎框架測繪，同時也用于各種遙感應用。之后發射了天繪－1的02星，其技術狀態在01星的基礎上有整體提升。兩星組網運行后，可實現隔天重訪，數據獲取能力大幅提升。目前，地面應用系統已具備了規模化生產能力，生產的多種衛星影像產品和地理空間信息產品，已在國民經濟建設的各行各業發揮著重要作用。

2 衛星簡介

天繪－1衛星由航天東方紅衛星有限公司研制，搭載了具有我國自主產權的線面混合三線陣CCD相機（LMCCD相機，其線陣分辨率5m，面陣分辨率6m）、多光譜相機（分辨率10m）和全色相機（分辨率2m），有效載荷比達42%，是我國目前有效載荷比最高的衛星。衛星設計壽命為3～5年，采用太陽同步近圓軌道，軌道設計高度500km，地面覆蓋寬度優于60km。衛星由公用艙、載荷艙和推進艙組成，公用艙包括結構和機構、熱控、姿控軌控、星務管理、測控與供配電等6個部分。載荷艙裝載了三線陣立體測繪相機、多光譜相機、全色相機和數據傳輸系統。其中，全色相機采用8片CCD拼接而成；三線陣測繪相機由前視、正視、后視3個鏡筒構成，在正視線陣兩側布設了4個小面陣，這種設計能夠有效解決條帶立體模型扭曲問題，提高攝影條帶平差計算的精度和穩定性。多光譜相機包括紅、綠、藍、近紅外4個波段。為滿足衛星影像測繪處理的需要，星上有效載荷還包括“全球定位系統”（GPS）測量儀和星敏感器，用于精確測定衛星位置和攝影時刻的相機姿態。

三線陣測繪相機用于立體測繪，其前、正、后視相機呈一定角度安裝在測繪基座上，3個星敏感器也一同安裝在測繪基座上，以保障立體測繪的精度。全色相機和多光譜相機均采用離軸三反光學系統。

3 地面應用系統能力

天繪－1衛星地面應用系統由任務規劃、數據接收、數據預處理、定位與測圖、攝影參數與影像特性檢測、地理信息產品生產、數據管理與服務7個分系統組成，其主要功能是規劃衛星攝影任務和有效載荷運行管理、接收衛星下傳數據、生成衛星影像產品、完成數據的存儲管理與分發、進行在軌幾何定標和輻射定標等。

目前，天繪－1的01、02星運行安全穩定，地面應用系統工作正常，所獲取的5m三線陣影像、2m全色影像以及10m多光譜影像，層次豐富，圖像清晰，衛星系統和地面應用系統均達到設計指標要求。

3臺相機可同時獲取同一地區的2m分辨率全色影像、5m分辨率立體影像以及10m分辨率4譜段多光譜影像，攝影范圍在地球南北緯80°之間，攝影覆蓋寬度均優于60km，每次攝影最大條帶長度5000km，每顆衛星每天最大可獲取1.5×106km2的遙感影像，單顆星58天覆蓋全球一遍。

經國內大范圍定位精度檢測，天繪－1衛星無地面控制點條件下定位精度平面優于10m，高程優于6m，滿足測制1∶50000比例尺地形圖和修測1∶25000比例尺地形圖的要求。

天繪－1衛星基本參數

地面應用系統長期跟蹤、監測天繪－1衛星有效載荷在軌運行狀態。通過地面試驗場幾何定標，提高定位和數據測繪處理的精度；通過均勻場相對輻射特性檢測，提高影像質量；通過在地面布設靶標和同步信息采集，進行絕對輻射特性、分辨率與調制傳遞函數（MTF）檢測，跟蹤相機參數變化，為定量化遙感提供依據。

4 產品類型與應用

天繪－1衛星數據產品分為6級，分別是0級、1A級、1B級、2級、3A級和3B級，其中：

· 0級為原始數據產品；

· 1A級產品為0級產品經過輻射校正后得到的數據產品；

天繪-1衛星拍攝的北京“鳥巢”融合圖

天繪－1的01星靶標影像

· 1B級產品為1A級數據產品經過攝影測量處理后得到的數據產品；

· 2級產品為1A級數據產品利用系統參數經過粗幾何校正后得到的數據產品；

· 3A級產品為1A級數據產品利用系統參數和地面控制點經過精幾何校正后得到的數據產品；

· 3B級產品為1B級衛星產品經過攝影測量處理形成的正射影像產品。

天繪－1衛星產品已提供給中國衛星資源中心、國土資源部、國家林業局等90余家單位使用，主要用于城市土地利用、國土資源調查、林業調查以及科學試驗等。

5 結束語

按照“天繪”衛星發展規劃，在未來10～20年內，將研制光學、微波、重力、磁力等一系列用于地貌測繪和地球物理場探測的遙感測繪衛星。地形、地貌測繪衛星主要用于獲取多尺度、高精度地理空間信息，地球物理場探測衛星主要用于構建全球重力場和磁力場，建立重力基準和磁力基準。“天繪”衛星將為國內外相關行業提供多元、多尺度、全要素的遙感測繪數據，為推動我國的測繪遙感技術發展和國民經濟建設發揮巨大作用。