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高分辨率对地观测卫星为我国经济社会发展提供有力支撑——高分专项首批启动研制的“高分二号”卫星成果

2015-10-21

中国高分辨率对地观测系统(简称“高分专项”)是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》所确定的16个重大专项之一。该系统由天基观测系统、临近空间观测系统、航空观测系统、地面系统、应用系统等组成,于2010年启动实施。由中国航天科技集团公司五院(空间技术研究院)研制的“高分二号”卫星是国家高分辨率对地观测系统重大专项首批启动研制的卫星,是目前我国研制的空间分辨率、观测幅宽、设计寿命居首的民用遥感卫星。其主要目的是突破亚米级高分辨率大幅宽成像、长焦距大F数轻小型相机设计、高稳定度快速姿态侧摆机动、图像高精度定位、低轨道遥感卫星长寿命高可靠设计等关键技术,大幅提升我国遥感卫星观测效能,打破高分辨率对地观测数据依赖进口的被动局面,提升我国高分辨率对地观测卫星技术及应用水平,提高国家高分辨率对地观测系统重大专项工程的社会和经济效益。

一、卫星研制历程及在轨测试情况

“高分二号”卫星从2010年4月启动研制,经历方案设计、初样、正样研制阶段;2012年7月正样产品齐套;2012年8月至2014年6月,先后完成了整星总装,电性能测试,力、热学试验等全部AIT工作;2014年8月19日成功发射。

2014年8月至2015年1月,“高分二号”卫星完成了平台测试、载荷测试与设置、辐射与几何定标测试及应用评价工作。“高分二号”卫星在轨测试结果表明,图像纹理清晰、层次分明、信息丰富,在国土资源监测、矿产资源开发、城市精细化管理、交通设施监测、林业资源调查、灾区恢复重建等众多方面具有广泛的应用潜力。

二、主要技术特点

1.分辨率高、幅宽大

相机采用长焦距、大F数光学系统设计,焦距达到7.8米,F数15;采用全色和多光谱五谱合一的TDI /CCD线阵拼接和双相机拼接实现宽幅成像;星下点地面像元分辨率全色0.81米、多光谱3.24米,观测幅宽45.3千米,在亚米级高分辨率卫星中幅宽达到世界领先水平。

2.侧摆机动能力强

采用控制力矩陀螺+动量轮的混合控制方式,实现卫星的快速侧摆机动和稳定控制,150s之内可侧摆机动35°且稳定度高,姿态稳定度可以达到1.5×10-4°/s。

3.图像定位精度高

卫星采用高精度时统设计,确保统一时间基准精度;采用双频GPS定轨,确保卫星成像轨道测量精度实时10、事后0.5;采用高精度APS星敏感器直接定姿和星敏感器+陀螺联合定姿等多种措施,确保姿态测量精度达到0.003°。各种措施确保在轨图像无控制点定位精度达到39.8,优于50米设计指标。

4.图像辐射质量高

“高分二号”卫星针对调制传递函数采用星地大系统优化设计方法,在大F数情况下实现了在轨动态MTF不低于0.1的要求;在图像10bit量化的基础上,采取多种噪声抑制措施,信噪比全色达到2343dB,多光谱达到2543dB,系统动态范围达到20800DN值,线性度优于3%。

5.单机国产化程度高

“高分二号”卫星在产品实现上做到完全自主可控,关键单机全部自研,单机国产化率达到98%。

 

项 目

技术指标

轨道类型

太阳同步回归轨道

平均轨道高度

631.5km

降交点地方时

10:30a.m.

回归周期

69天

重访周期

不大于5天

卫星重量

2100kg

谱段/μm

全色:0.45~0.90;

多光谱:0.45~0.52;0.52~0.59;0.63~0.69;0.77~0.89。

分辨率

全色谱段0.81m,多光谱谱段3.24m

幅宽

>45km

定位精度

平面无控制点50m

姿态指向精度

≤0.05°(三轴,3σ)

姿态稳定度

≤5×10-4°/s(三轴,3σ)

姿态机动能力

侧摆±35°,35°范围内侧摆及稳定时间小于180s,

数据存储容量

≥3756Gbits

传输数据率

2×450Mbps

寿命

5~8年

 

 

三、应用情况及前景分析

“高分二号”卫星作为目前国内分辨率居首的遥感卫星,综合性能指标达到了国外同类卫星先进水平,成为国内首个可支持行业用户开展大比例尺(1:1万)调查与监测的民用遥感卫星,填补了我国遥感卫星数据用于大比例尺调查与监测的空白。“高分二号”卫星可广泛应用于土地利用动态监测、变更调查、矿产资源开发、地质灾害调查与监测、城乡精细化规划管理、风景名胜区资源保护、城市园林绿化评价、城市建筑节能、交通路网规划、交通运输管理、森林资源调查、林业生态工程监测等业务化应用领域,同时还可用于国防与军事领域。

1.地质矿产资源业务应用

“高分二号”卫星已广泛应用于矿产资源开发现状调查与监测、区域遥感地质矿产调查等领域,有效支撑了1:1万1:5万遥感地质解译、地质灾害遥感调查、矿山开发遥感调查与监测、生态地质环境遥感调查等业务。

2.土地资源业务应用

“高分二号”卫星图像数据已广泛应用于土地利用现状解译、新增建设用地监测的属性、面积精度以及最小识别或监测图斑面积提取等业务,有效支撑了1:1万1:2.5万土地利用动态监测、土地利用变更调查等土地资源业务应用。

3.交通运输业务应用

“高分二号”卫星图像数据已广泛应用于路域土地利用地类、主要路网、路域基础设施、航道航标、路面车辆等领域,有效支撑了1:1万1:2.5万路网规划及工程可行性分析、路网灾害监测与应急、航道环境监测、出行服务信息历史数据分析、道路基础设施长期监测等交通运输业务。

4.住房与城乡建设应用

“高分二号”卫星数据已广泛应用于城市建筑物识别、风景名胜区用地分类、小城镇水源地水系和农村居住建筑物识别等业务应用,有效支撑了1:1万风景名胜区用地分类应用、城市建筑物识别应用、小城镇水源地水系和农村居住建筑物识别应用等住房与城乡建设主体业务。

5.林业应用

利用“高分二号”卫星数据开展森林资源监测、沙化土地制图、湿地资源监测、林业生态工程监测解译和森林灾害监测等业务应用,结果表明,“高分二号”卫星在轨图像上林地、湿地和沙化土地特征明显,满足小班地类变化监测、湿地类型提取、沙化土地分类识别、稀疏植被信息提取、造林和成林地块识别、变色立木监测与林火灾情监测等对遥感数据质量的要求,支撑1:1万森林资源、湿地、荒漠化、林业生态工程及森林灾害的监测应用等业务。

“高分二号”卫星除提供给国土资源、住房与城乡建设、交通运输和林业等四个主用户外,还可广泛应用于环境监测、精准农业、公共安全以及国防等领域。