天绘－1立体测绘卫星概览

徐振尧 杨俊峰 李辉 李晶（中国天绘卫星中心）

天绘－1立体测绘卫星是我国自主研制的第一颗传输型立体测绘卫星，搭载了全色分辨率2m、多光谱分辨率10m和三线阵测绘（也叫立体测绘）分辨率5m的相机各1台。天绘－1的01、02星分别于2010年8月24日、2012年5月6日成功发射，两颗星同时在轨运行。目前，已获取海量国内外有效数据（单景云量小于20%），覆盖了全球陆地50%左右、全国陆地93%以上，为我国国土测绘、农业、林业、水利和交通等部门提供了大量卫星产品，应用前景广阔。

1 项目背景

我国的航天测绘始于20世纪70年代，研制了返回式摄影测量卫星，获取了国内外地区的卫星影像数据，为我国立体测绘卫星的发展积累了宝贵经验。20世纪90年代，王任享院士跟踪国外传输型卫星技术的发展，开展了三线阵CCD影像摄影测量研究，并联合中国科学院长春光机所自主研制了我国第一台传输型立体测绘相机。经过在轨卫星的演示验证，并对立体测绘卫星设计和地面数据处理技术进行研究攻关，现已突破了传输型立体测绘卫星的多项关键技术，具备了利用传输型卫星开展全球测绘的能力。2006年1月，天绘－1卫星工程立项研制，并于2010年8月24日成功发射天绘－1的01星，其主要用途是制作1∶50000的测绘产品，实现国家基础框架测绘，同时也用于各种遥感应用。之后发射了天绘－1的02星，其技术状态在01星的基础上有整体提升。两星组网运行后，可实现隔天重访，数据获取能力大幅提升。目前，地面应用系统已具备了规模化生产能力，生产的多种卫星影像产品和地理空间信息产品，已在国民经济建设的各行各业发挥着重要作用。

2 卫星简介

天绘－1卫星由航天东方红卫星有限公司研制，搭载了具有我国自主产权的线面混合三线阵CCD相机（LMCCD相机，其线阵分辨率5m，面阵分辨率6m）、多光谱相机（分辨率10m）和全色相机（分辨率2m），有效载荷比达42%，是我国目前有效载荷比最高的卫星。卫星设计寿命为3～5年，采用太阳同步近圆轨道，轨道设计高度500km，地面覆盖宽度优于60km。卫星由公用舱、载荷舱和推进舱组成，公用舱包括结构和机构、热控、姿控轨控、星务管理、测控与供配电等6个部分。载荷舱装载了三线阵立体测绘相机、多光谱相机、全色相机和数据传输系统。其中，全色相机采用8片CCD拼接而成；三线阵测绘相机由前视、正视、后视3个镜筒构成，在正视线阵两侧布设了4个小面阵，这种设计能够有效解决条带立体模型扭曲问题，提高摄影条带平差计算的精度和稳定性。多光谱相机包括红、绿、蓝、近红外4个波段。为满足卫星影像测绘处理的需要，星上有效载荷还包括“全球定位系统”（GPS）测量仪和星敏感器，用于精确测定卫星位置和摄影时刻的相机姿态。

三线阵测绘相机用于立体测绘，其前、正、后视相机呈一定角度安装在测绘基座上，3个星敏感器也一同安装在测绘基座上，以保障立体测绘的精度。全色相机和多光谱相机均采用离轴三反光学系统。

3 地面应用系统能力

天绘－1卫星地面应用系统由任务规划、数据接收、数据预处理、定位与测图、摄影参数与影像特性检测、地理信息产品生产、数据管理与服务7个分系统组成，其主要功能是规划卫星摄影任务和有效载荷运行管理、接收卫星下传数据、生成卫星影像产品、完成数据的存储管理与分发、进行在轨几何定标和辐射定标等。

目前，天绘－1的01、02星运行安全稳定，地面应用系统工作正常，所获取的5m三线阵影像、2m全色影像以及10m多光谱影像，层次丰富，图像清晰，卫星系统和地面应用系统均达到设计指标要求。

3台相机可同时获取同一地区的2m分辨率全色影像、5m分辨率立体影像以及10m分辨率4谱段多光谱影像，摄影范围在地球南北纬80°之间，摄影覆盖宽度均优于60km，每次摄影最大条带长度5000km，每颗卫星每天最大可获取1.5×106km2的遥感影像，单颗星58天覆盖全球一遍。

经国内大范围定位精度检测，天绘－1卫星无地面控制点条件下定位精度平面优于10m，高程优于6m，满足测制1∶50000比例尺地形图和修测1∶25000比例尺地形图的要求。

天绘－1卫星基本参数

地面应用系统长期跟踪、监测天绘－1卫星有效载荷在轨运行状态。通过地面试验场几何定标，提高定位和数据测绘处理的精度；通过均匀场相对辐射特性检测，提高影像质量；通过在地面布设靶标和同步信息采集，进行绝对辐射特性、分辨率与调制传递函数（MTF）检测，跟踪相机参数变化，为定量化遥感提供依据。

4 产品类型与应用

天绘－1卫星数据产品分为6级，分别是0级、1A级、1B级、2级、3A级和3B级，其中：

· 0级为原始数据产品；

· 1A级产品为0级产品经过辐射校正后得到的数据产品；

天绘-1卫星拍摄的北京“鸟巢”融合图

天绘－1的01星靶标影像

· 1B级产品为1A级数据产品经过摄影测量处理后得到的数据产品；

· 2级产品为1A级数据产品利用系统参数经过粗几何校正后得到的数据产品；

· 3A级产品为1A级数据产品利用系统参数和地面控制点经过精几何校正后得到的数据产品；

· 3B级产品为1B级卫星产品经过摄影测量处理形成的正射影像产品。

天绘－1卫星产品已提供给中国卫星资源中心、国土资源部、国家林业局等90余家单位使用，主要用于城市土地利用、国土资源调查、林业调查以及科学试验等。

5 结束语

按照“天绘”卫星发展规划，在未来10～20年内，将研制光学、微波、重力、磁力等一系列用于地貌测绘和地球物理场探测的遥感测绘卫星。地形、地貌测绘卫星主要用于获取多尺度、高精度地理空间信息，地球物理场探测卫星主要用于构建全球重力场和磁力场，建立重力基准和磁力基准。“天绘”卫星将为国内外相关行业提供多元、多尺度、全要素的遥感测绘数据，为推动我国的测绘遥感技术发展和国民经济建设发挥巨大作用。