——走近我国首颗传输型立体测绘卫星天绘一号

　天绘一号卫星效果图

　测绘相机外形图

　测绘相机像面装调现场

　　“知天知地，胜乃可全。”我国古代军事家孙子用简单八个字道出了取胜的秘诀——通晓天时，熟知地利。然而，这八个字在古代却因为科学技术的落后，常常是难以完成的任务。如今，伴随着现代航天测绘技术的发展，古人所期盼的“千里眼”终于变为现实。

　　2010年8月24日，我国首颗传输型立体测绘卫星天绘一号01星成功发射，实现了我国传输型立体测绘卫星零的突破。巧合的是，两年后的8月24日，天绘一号02星圆满完成110天的在轨测试任务，和天绘一号01星一起，首次实现测绘卫星的组网运行。双星影像经无缝拼接后，测绘覆盖宽达110公里，极大地提高了测绘效率和几何控制能力，加快了测绘区域影像获取速度。这是我国航天领域的重大突破，对促进我国测绘事业具有里程碑意义，标志着我国已全面掌握传输型立体测绘卫星的关键技术，为我国后续航天测绘卫星的发展奠定了坚实基础。

　　银河添新秀，天绘写华章。截至2012年9月底，天绘一号01星已获取全球区域立体影像21万余景，地理影像约8亿平方公里，有效覆盖全球陆地面积已达46%，我国陆地面积约95%。在国防建设的大舞台上，天绘一号精确地理影像数据服务已经开始发挥效能，在上合组织“和平使命”军演、新疆反恐维稳、首都防空、盈江和彝良地震等重大事件应急保障中，天绘成果全面开花。在如火如荼的国民经济建设大潮中，天绘更是大显身手，已经为国土测绘、水利电力、交通运输、城市规划、土地利用、资源普查、灾害监测等部门的90余家用户提供了2万余景、面积达7千万平方公里的各级各类遥感影像数据，广泛应用于土地、农业、林业、矿产、环境。古人所盼望拥有的遥望千里、目观八方、万里之内、纤毫毕现的神通已经实现！

　　今天，就让我们走近我国首颗传输型立体测绘卫星天绘一号，近距离了解一下这个神通广大的“千里眼”。

　长春2米全色影像1比2万

　长春5米三线阵影像1比4万

　　用途广泛，新一代测绘卫星贡献大

　　如今，距我国发射第一颗人造地球卫星已经过去30余年，可卫星究竟能做什么，恐怕很多人还不清楚，特别是颇显神秘的测绘卫星。其实，当今时代我们的很多行动都离不开测绘卫星。举个简单例子，汶川大地震发生后，如果没有测绘卫星第一时间绘制出震后地形图，我们的救援大军就无法快速挺进灾区，展开救援。

　　放眼望去，国土普查、石油勘探、铁路选线、海岸带测绘、地图测制、控制定位、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域均有测绘卫星的身影。在农业估产、林业调查、土壤、水文、地质分析、海洋环境监测、城市土地利用、国土资源调查、多种自然灾害监测与评估等方面，测绘卫星同样扮演了重要角色。可以说，测绘卫星已经广泛应用于科学研究和工农业生产领域，在多个方面发挥显著作用。天绘一号就是其中的佼佼者。

　　笔者从天绘卫星应用管理中心了解到，天绘一号卫星由中国航天科技集团公司所属航天东方红卫星有限公司研制，是我国第一颗传输型立体测绘卫星。作为我国目前有效载荷比最高的高分辨率遥感卫星，它搭载了自主创新的线面混合三线阵CCD相机、多光谱相机和2米分辨率全色相机，有效载荷比高达42%，当之无愧的成为国产卫星之冠。它还是我国目前无地面控制点条件下几何定位精度最高的测绘卫星，经过两年的大规模生产试验，在无地面控制条件下的三维几何定位中误差优于15米，其中高程中误差优于6米。同时还形成了我国第一个完全自主产权和国产化的集数据接收、运控管理、产品生产和应用服务为一体的地面应用系统。

　　天绘一号卫星可以长期在轨运行并快速获取全球地理空间信息，具备快速甚至实时获取三维地理信息的能力，克服了返回式卫星因受携带的胶片数量限制而在轨寿命较短，获取信息的时效性差，不能直接形成数字影像等不足。它采用（近）圆形太阳同步、回归、全球覆盖轨道，轨道高度约500公里。卫星由有效载荷、卫星公用舱两部分组成，其有效载荷部分包括三线阵测绘相机、多光谱相机、高分辨率相机和数据处理与传输系统。卫星公用舱包括结构和机构、热控、姿轨控、星务管理、测控、供配电等6个部分。

　贵州省清镇市百花湖乡林相图

　　具体来说，天绘一号卫星具有以下功能特点：

　　功能密度高 天绘一号卫星重约1000公斤，装有5台相机， 3台星敏感器，2台测量型GPS接收机，是目前我国最复杂、功能密度最高的小卫星。既能获取地面像元分辨率优于5米、幅宽60公里的立体影像，建立全球摄影测量控制网，实施控制定位，测制1∶5万比例尺地形图，又能获取蓝、绿、红、近红外4谱段多光谱影像，定量反演地物的物理属性，提高地图测制的完整性。同时，通过多光谱影像与全色影像的融合处理，可以生成彩色或假彩色正射影像产品。还可以获取2米分辨率全色地物影像，增强对地物目标的详细、快速、准确判读能力，配合完成1∶5万比例尺地形图测制和1∶2.5万比例尺地形图的修测。

　　测绘体制新天绘一号卫星采用基于我国摄影测量专家发明的线面阵混合的LMCCD测绘体制、以三线阵、三视角摄影为主，辅以小面阵成像，巧妙解决了三线阵测绘相机动态摄影测量中的航线立体模型扭曲、高程精度差问题，解决了传输型光学摄影测量卫星难以实现无地面控制点的高精度摄影测量的问题。卫星摄影测量基高比为1，是国际同类摄影测量系统中基高比最大的系统之一，为提高定位精度，特别是高程精度奠定了基础。

　　笔者了解到，利用天绘一号卫星高分辨率全色影像和多光谱影像，经融合处理可生成彩色正射影像，加入来自三线阵测绘相机的高程信息，可制作彩色立体影像；利用天绘一号卫星高分辨率全色和多光谱数据，经融合处理后，使多光谱影像信息的应用更加精细、广阔；利用多光谱信息可绘制森林矿产资源分布图，还可以通过林木的光谱反射率特征定量反演林木的叶面积指数、叶绿素含量、氮含量和冠层高度等信息，完成树种识别、树林健康状态监视和林地类型的分类等。

鸟巢融合图

　　小个子大眼睛，“千里眼”锁定高精度

　　让人们惊奇的是，天绘一号卫星个头虽然不大，仅重约1000kg，但却集成5台成像宽度均为60公里的相机。小个子大眼睛，地面上任何细节都逃不过它的“法眼”。

　　据了解，天绘一号卫星的光学有效载荷由中科院长春光机所独家研制，各光学相机获取的影像清晰，层次分明。其光学有效载荷包括两个独立分系统，测绘相机分系统和高分辨率相机分系统。

　　天绘一号卫星的测绘相机分系统包括三线阵LMCCD立体测绘相机、三台高精度星敏感器和四谱段多光谱相机。立体测绘相机是正视相机、前视相机和后视相机的统称，其连续推扫的影像可以构建5米分辨率的立体测量模型，其中正视相机焦面上还装有4个小面阵CCD，用于提高无地面控制条件下的测绘定位精度。测绘相机采用像方远心的亚对称光学系统，光学系统成像质量好。镜头前端设计有碳纤维复合材料遮光罩，用于消除相机对地成像时进入镜头内部的杂散光，也有利于减轻相机质量。相机共应用了线阵、面阵、TDICCD传感器共计16片，是我国光学有效载荷图像传感器最多的。

　　在这个共计5台独立光学载荷构建的测绘相机组合体中，正视相机、前视相机和后视相机互成角度装入测绘基座安装孔内，多光谱相机安装在测绘基座正视相机底部的安装腔内，3个星敏感器分别安装在星敏支架顶部斜面上，通过星敏支架安装到测绘基座顶部，有效保证了测绘相机的内部几何关系。打造天绘一号“千里眼”的专家们告诉笔者，三线阵CCD立体测绘相机相互几何位置关系的稳定性是保证相机在轨工作的前提条件，因此，构建测绘相机的支撑结构——测绘基座的结构形式和几何稳定性是三线阵CCD立体测绘相机研制工作中的关键环节之一。

　　天绘一号卫星的高分辨率相机具有分辨率高、覆盖范围宽、寿命长等特点，与三线阵CCD立体测绘相机相结合，可对同一地区进行高分辨率影像获取，增强地物的详细测绘和修测能力，提高卫星的整体应用价值。

　　为保证相机的内部几何精度，在国内首次研制采用了0.5秒转台和大口径长焦距平行光管，对相机内方位元素和相机间坐标系关系进行了精密几何标定，为测绘应用提供高精度的摄影测量参数。

　　天绘一号卫星开创了小卫星搭载光学相机数量多和重量轻的先河，为国家节省了大量研制经费。目前，天绘一号01星在轨运行两年来，各相机运行稳定，未出现任何故障。

　香港三维仿真立体影像

　钓鱼岛卫星图

　　规模化生产，地面应用系统写神奇

　　地面应用系统是天绘一号卫星系统工程的重要组成部分，是发挥卫星应用效能的主要环节。其主要功能是完成卫星摄影任务规划和卫星有效载荷运行管理；接收卫星下传数据；对卫星下传数据进行预处理，生成卫星影像产品；完成数据的存储、管理和分发；进行卫星摄影系统主要参数检测和影像特性的标定；进行应急测绘保障处理，生成应急测绘保障产品；完成卫星影像的平差定位；测制1∶5万比例尺数字地形图、数字高程模型数字和正射影像地图；修测1∶2.5万比例尺数字地形图。

　　如果说测绘相机是天绘一号的“眼睛”，那么地面应用系统就是天绘一号的“双手”和“大脑”。

　　据了解，天绘一号卫星地面应用系统可分为任务规划、数据接收、数据预处理、数据管理服务、摄影参数与影像特性检测、定位与测图以及应急测绘保障等7个系统。其主要特点是：

　　新技术的密集运用与集成从系统设计到功能系统研制，集成运用了多层分布式应用系统框架技术，规范化、标准化的组件模型设计技术，多站接收的集中调度和监控技术，海量遥感数据的经济高效存储管理技术，大数据量的快速共享与交换技术，基于网络的高效无缝测图技术，基于等效光束法的摄影测量参数检测与高精度控制定位技术等大量新技术和新方法，大大提高了系统的先进性。

　　整体性与可扩展性相结合系统从摄影任务规划、数据接收到后期数据处理，是一个完整的闭合链路。系统采用宽松耦合、模块化独立的设计理念，以任务规划系统作为任务流中心，以数据管理服务系统作为数据信息中心，联系各功能系统完成任务调度和数据的管理，各功能系统则独立进行本系统的任务处理和系统维护，相互间耦合关联程度较低，整个系统功能拓展能力、维护能力、稳定运行能力强。

　　影像产品的多样化系统具备对各种分辨率影像进行0－3级影像产品生产能力；具备数字地形图、正射影像图、数字高程模型等测绘产品的生产能力；具备各类应急测绘产品生产能力。产品种类非常齐全，满足了各类用户的使用要求。

　　高精度定位与测图采用具有自主知识产权、创新提出的基于线阵与面阵混合配置LMCCD相机，并研发了等效框幅（EFP）多功能光束法平差理论与计算软件，有效地解决了线阵影像空中三角测量航线模型扭曲变形问题，使无地面控制点定位和测制1∶5万地形图的精度达到了工程指标。突破了航天摄影测量在实际生产应用中的技术瓶颈，为我国航天摄影测量的实际应用奠定了基础。

　　数据信息可视化服务在基于三维地球的遥感影像展示平台上，叠加显示天绘一号卫星影像产品与缩略图数据、矢量、DEM、标绘符号等信息，用户通过显示环境与数据服务系统进行实时交互，可根据实际情况进行产品可视化订制，提高服务效率。

　　目前，天绘一号卫星地面应用系统已具备了规模化生产的能力，生产了多类卫星影像产品和地理信息产品，生产的多种卫星影像产品和地理空间信息产品，已向包括中国资源卫星中心、国土资源部、国家林业局、长江水利委员会等90余家单位提供了影像和测绘保障，为国防和国民经济建设发展做出了突出贡献。

　7—10米分辨率多光谱影像

　　展望未来，天绘家族群星闪烁

　　当天绘一号张开太阳翼穿破万里霞光，当数据电波追云逐月重建七洲四洋，当中华大地因为立体天绘而毫发毕现……我国首颗传输型立体测绘卫星——天绘一号，开始以一种昂扬的姿态傲视苍穹，揽神州山川，摄天地景象，使我国航天测绘应用进入了全新的发展阶段！

　　知天知地的背后因为航天测绘的天高地阔，知彼知己的源头尽是遥感科技的山高水长。

　　据了解，21世纪的下一个10年里，我国还将陆续发射一系列测绘用途的卫星，以满足地形图测绘与更新以及各行业部门对卫星遥感影像的需求，天绘将重点发展两类测绘卫星系统。一类测地形地貌，主要获取各种分辨率的高精度地形地貌信息；一类测地球物理场，构建全球重力场和磁力场模型，建立重力基准和磁力基准。

　　在可以预计的未来，天绘家族群星闪烁，天绘数据随处闪光，全天候、全天时、全要素、多分辨率天基对地探测网络初步建成。届时，陆地上的任何细节都逃不过天绘的“眼睛”，天绘将在科学研究、国土资源普查、地图测绘等诸多领域大显神通，对国民经济社会的发展必将起到巨大的推动作用。

　　群星逐鹿摄寰宇，天绘测地傲苍穹。天绘一号卫星不仅是中国航天测绘人的骄傲，更是中华民族的自豪。在航天科技大发展的浪潮里，让我们用毅力和智慧共同演绎航天测绘的精彩！