“資源三號(hào)”衛(wèi)星遙感技術(shù)

曹海翊 劉希剛 李少輝 張新偉

（中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部，北京 100094）

“資源三號(hào)”（ZY-3）衛(wèi)星是我國(guó)自行研制的民用高分辨率光學(xué)傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星，衛(wèi)星集測(cè)繪和資源調(diào)查功能于一體，開展國(guó)土資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)。ZY-3衛(wèi)星裝載三線陣測(cè)繪相機(jī)和多光譜相機(jī)，運(yùn)行在軌道高度約506km、傾角為97.421°的太陽(yáng)同步回歸圓軌道上，衛(wèi)星可提供幅寬大于51km、分辨率2.1m全色/5.8m多光譜平面影像和3.5m的立體影像。

ZY-3衛(wèi)星于2012年1月9日成功發(fā)射，1月11日衛(wèi)星獲取第一幅影像，圖像清晰，層次分明，定位精度滿足1∶50 000比例尺地形圖要求。ZY-3衛(wèi)星的成功發(fā)射和應(yīng)用填補(bǔ)了我國(guó)民用測(cè)繪衛(wèi)星領(lǐng)域的空白，扭轉(zhuǎn)了民用航天測(cè)繪業(yè)務(wù)依賴國(guó)外遙感數(shù)據(jù)的局面，為我國(guó)測(cè)繪領(lǐng)域建設(shè)和地理信息化發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支持和服務(wù)保障。

1 衛(wèi)星簡(jiǎn)介

1.1 測(cè)繪觀測(cè)任務(wù)分析

ZY-3 衛(wèi)星要完成測(cè)繪 1∶50 000 地形圖、1∶50 000 數(shù)字高程圖、1∶25 000 地形圖修測(cè)以及 1∶50 000、1∶25 000國(guó)土資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)任務(wù)。地圖比例尺的大小，決定了地圖的精度和圖上地理信息的承載能力。地形圖信息主要包括地圖的內(nèi)容、平面位置和高程。

1）地圖的內(nèi)容：地圖上表示的各種天然和人工的地物要素，其主要取決于圖像的分辨率和觀測(cè)譜段。

2）平面位置：即地物要素在絕對(duì)坐標(biāo)系中的平面位置，取決于成像系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素。

3）高程：用于描述地形的起伏，由量測(cè)立體像對(duì)的像點(diǎn)視差求得。取決于成像系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素和地面控制點(diǎn)的選取。

根據(jù)測(cè)繪規(guī)范要求[1]，表 1給出了制作1∶50 000和1∶2 5000比例尺地圖對(duì)影像地面像元分辨率、平面誤差和高程精度的要求。

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從表 1可以看出，要制作1∶50 000比例尺地圖，圖像地面像元分辨率應(yīng)優(yōu)于5m，平面誤差應(yīng)優(yōu)于25m，高程精度應(yīng)優(yōu)于5m。

1.2 測(cè)繪方式選擇

目前測(cè)繪應(yīng)用中，利用攝影測(cè)量原理進(jìn)行高程量測(cè)主要有兩種方式：雙線陣成像和三線陣成像。兩種方式的基本原理是相同的，都是利用不同基線位置測(cè)量的圖像，通過像對(duì)匹配，采用攝影測(cè)量原理[2]，計(jì)算出目標(biāo)到攝影時(shí)刻衛(wèi)星所處位置之間的相對(duì)距離，結(jié)合高精度的軌道測(cè)量數(shù)據(jù)和高精度的時(shí)間數(shù)據(jù)，計(jì)算出目標(biāo)地形的高度。

三線陣成像與雙線陣成像之間的最大區(qū)別是推掃區(qū)域內(nèi)任一個(gè)地面點(diǎn)均有3個(gè)不同角度觀測(cè)到的影像（即前視、正視和后視影像），3個(gè)線陣CCD推掃條帶影像相互重疊，較雙線陣成像增加了正視影像。采用三線陣測(cè)繪方式實(shí)現(xiàn)測(cè)圖功能，可以按照三線陣CCD影像空中三角測(cè)量光束法平差的方法[3]，以三線陣CCD影像本身計(jì)算外方位元素，從而大大降低對(duì)飛行器姿態(tài)穩(wěn)定度的要求，綜合考慮ZY-3衛(wèi)星選擇三線陣測(cè)繪方式。

ZY-3衛(wèi)星三線陣測(cè)繪原理如圖1所示。

1.3 任務(wù)特點(diǎn)

ZY-3衛(wèi)星作為測(cè)繪衛(wèi)星，具有如下任務(wù)特點(diǎn)：

1）測(cè)圖精度高。ZY-3衛(wèi)星要求1∶50 000比例尺制圖無地面控制點(diǎn)的定位精度為100m；有控制點(diǎn)的平面定位精度為25m，高程精度為5m。高程精度指標(biāo)對(duì)衛(wèi)星定軌精度、姿態(tài)確定精度、星上時(shí)統(tǒng)精度、相機(jī)內(nèi)方位元素標(biāo)定精度及穩(wěn)定性指標(biāo)提出了極高的要求。2）集測(cè)繪任務(wù)與資源調(diào)查功能于一體。ZY-3衛(wèi)星除滿足立體測(cè)繪任務(wù)外，還要滿足國(guó)土資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)的需求，為防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)調(diào)查等提供服務(wù)。測(cè)繪任務(wù)需要配置零畸變或低畸變的測(cè)繪相機(jī)，國(guó)土資源遙感任務(wù)需要配置多光譜相機(jī)，綜合考慮，在全色三線陣相機(jī)外配置了1臺(tái)三反離軸多光譜相機(jī)。多光譜相機(jī)配置了4個(gè)多光譜譜段，不僅可以用于資源遙遙感，同時(shí)也能夠增強(qiáng)對(duì)測(cè)繪地物的判別。3）內(nèi)方位元素在軌穩(wěn)定性強(qiáng)。ZY-3衛(wèi)星是首顆對(duì)相機(jī)內(nèi)方位元素穩(wěn)定性提出要求的遙感衛(wèi)星，要求衛(wèi)星在軌工作半年之內(nèi)相機(jī)內(nèi)方位變化引起的像點(diǎn)移位優(yōu)于0.3像元。4）設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)。ZY-3衛(wèi)星是首顆設(shè)計(jì)壽命為5年的衛(wèi)星。

1.4 方案概述

ZY-3衛(wèi)星是一顆三軸穩(wěn)定的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，衛(wèi)星具有±32°側(cè)擺觀測(cè)能力。衛(wèi)星由有效載荷和服務(wù)系統(tǒng)兩部分組成，有效載荷主要包括三線陣相機(jī)、多光譜相機(jī)、數(shù)傳、數(shù)傳天線和圖像數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)；服務(wù)系統(tǒng)為有效載荷提供安裝、供電、指向、溫度維持和測(cè)控等支持服務(wù)，主要由電源、控制、推進(jìn)、測(cè)控、數(shù)管、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)、熱控分系統(tǒng)組成。

三線陣測(cè)繪相機(jī)是由具有22°夾角的前視、正視和后視3臺(tái)線陣CCD相機(jī)構(gòu)成，相機(jī)垂直衛(wèi)星飛行方向安放，在軌狀態(tài)下從前、正和后3個(gè)方向獲取同一地物的立體影像，攝影基高比為0.89。3臺(tái)相機(jī)均選用透射式像方準(zhǔn)遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)采用機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工裝調(diào)方便、穩(wěn)定性高的零畸變?cè)O(shè)計(jì)。3臺(tái)相機(jī)和星敏感器利用一體化支架組合形成一個(gè)整體，安裝在衛(wèi)星載荷艙頂部。

多光譜相機(jī)分系統(tǒng)選用三反離軸光學(xué)系統(tǒng)，具有無遮攔、無色差、傳函高和視場(chǎng)大等優(yōu)點(diǎn)，光學(xué)系統(tǒng)畸變?cè)O(shè)計(jì)值優(yōu)于萬分之五。多光譜相機(jī)配置了藍(lán)、綠、紅和近紅外4個(gè)譜段，三線陣相機(jī)和多光譜相機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

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數(shù)傳分系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理部分和對(duì)地?cái)?shù)傳通道兩部分組成，配置了2個(gè)450Mbit/s的X波段數(shù)據(jù)傳輸通道，全色相機(jī)設(shè)計(jì)了2∶1和4∶1兩種壓縮比可選，多光譜相機(jī)采用無損壓縮形式。圖像數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)配置了兩臺(tái)容量500Gbit的固態(tài)存儲(chǔ)器，用于記錄圖像數(shù)據(jù)和姿態(tài)原始測(cè)量數(shù)據(jù)。數(shù)傳天線分系統(tǒng)由兩臺(tái)機(jī)械點(diǎn)波束天線及伺服控制器組成，完成星上數(shù)據(jù)下傳至地面接收站的功能。

衛(wèi)星采用成熟的資源衛(wèi)星平臺(tái)，整星質(zhì)量2 636kg，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，服務(wù)系統(tǒng)充分繼承了資源衛(wèi)星平臺(tái)產(chǎn)品基線狀態(tài)，在姿態(tài)控制與測(cè)量、精密定軌、時(shí)間同步等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以適應(yīng)測(cè)繪任務(wù)對(duì)衛(wèi)星的要求。服務(wù)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

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1.5 工作模式

根據(jù)衛(wèi)星任務(wù)要求，主要設(shè)計(jì)了4種工作模式。

1）實(shí)時(shí)傳輸模式。在衛(wèi)星地面接收站可視范圍內(nèi)，衛(wèi)星處于正常飛行姿態(tài)或者側(cè)擺飛行狀態(tài)（滾動(dòng)軸姿態(tài)角處于±32°范圍內(nèi)），相機(jī)分系統(tǒng)對(duì)地成像，數(shù)傳分系統(tǒng)將接收到的相機(jī)圖像數(shù)據(jù)、星敏感器和陀螺數(shù)據(jù)發(fā)送至地面接收站。2）記錄模式。在衛(wèi)星地面接收站不可視范圍內(nèi)，衛(wèi)星處于正常飛行姿態(tài)或者側(cè)擺飛行狀態(tài)（滾動(dòng)軸姿態(tài)角處于±32°范圍內(nèi)），相機(jī)分系統(tǒng)對(duì)地成像，數(shù)傳分系統(tǒng)將接收到的相機(jī)圖像數(shù)據(jù)、星敏感器和陀螺數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理后送至數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)存儲(chǔ)，擇機(jī)回放。3）邊記邊傳模式。在境外地面衛(wèi)星接收站可視范圍內(nèi)，衛(wèi)星處于正常飛行姿態(tài)或者衛(wèi)星處于側(cè)擺飛行狀態(tài)（滾動(dòng)軸姿態(tài)角處于±32°范圍內(nèi)），三線陣相機(jī)和多光譜相機(jī)對(duì)地成像，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后與星敏感器、陀螺數(shù)據(jù)（可選）經(jīng)數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)送至境外地面接收站，同時(shí)送數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)，擇機(jī)回放。4）數(shù)據(jù)回放模式。在地面衛(wèi)星接收站可視范圍內(nèi)，衛(wèi)星處于正常姿態(tài)飛行狀態(tài)，數(shù)傳分系統(tǒng)將數(shù)據(jù)記錄分系統(tǒng)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)、GPS原始測(cè)量數(shù)據(jù)、星敏感器數(shù)據(jù)、陀螺數(shù)據(jù)和力學(xué)環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)回放至地面衛(wèi)星接收站。

2 衛(wèi)星技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

ZY-3衛(wèi)星具有6項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

（1）內(nèi)方位元素高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

ZY-3衛(wèi)星首次提出在軌內(nèi)方位元素穩(wěn)定性優(yōu)于0.3像元的要求，為此在三線陣相機(jī)和多光譜相機(jī)設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)方面均將內(nèi)方位元素穩(wěn)定性作為系統(tǒng)研制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。三線陣相機(jī)和多光譜相機(jī)在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面均采用準(zhǔn)像方遠(yuǎn)心光路，能夠保證溫度變化時(shí)像高保持穩(wěn)定。在材料選擇上，選擇了鈦合金光機(jī)結(jié)構(gòu)，熱膨脹系統(tǒng)小，配合高精度熱控技術(shù)，保證了內(nèi)方位元素穩(wěn)定性設(shè)計(jì)指標(biāo)。

針對(duì)在軌環(huán)境影響情況，ZY-3衛(wèi)星開展了內(nèi)方位元素穩(wěn)定性專項(xiàng)試驗(yàn)，相機(jī)分系統(tǒng)及整星大型試驗(yàn)前后均開展內(nèi)方位元素測(cè)試工作，測(cè)試結(jié)果表明內(nèi)方位元素變化優(yōu)于0.3像元（3μm）（如圖2所示）。根據(jù)衛(wèi)星在軌定位精度分析，相機(jī)內(nèi)方位元素滿足要求。

（2）高速率雙圓極化復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

ZY-3衛(wèi)星有效載荷多，原始數(shù)據(jù)率超過2Gbit/s，居目前我國(guó)發(fā)射的遙感衛(wèi)星之首，為此，ZY-3衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)采用了高速數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)和高速數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)，通過JPEG-LS壓縮算法對(duì)相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，之后分為兩個(gè)通道，分別進(jìn)行碼速率為450Mbit/s的SQPSK調(diào)制。同時(shí)，衛(wèi)星數(shù)傳天線采用雙圓極化復(fù)用技術(shù)，將兩個(gè)通道450Mbit/s的數(shù)據(jù)通過同一個(gè)高極化隔離度的點(diǎn)波束天線同時(shí)輻射至地面接收站，從而大大提高了遙感數(shù)據(jù)的傳輸效率。針對(duì)該點(diǎn)波束數(shù)傳天線，還采用了高精度跟蹤技術(shù)，使得天線可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面站優(yōu)于0.1°的跟蹤指向。

衛(wèi)星發(fā)射之后，與北京密云地面站進(jìn)行了雙通道450Mbit/s碼速率PN碼信號(hào)傳輸試驗(yàn)。試驗(yàn)中，密云地面站成功捕獲并跟蹤衛(wèi)星發(fā)送的左、右旋圓極化信號(hào)，實(shí)時(shí)解調(diào)后兩路誤碼率均為0。該試驗(yàn)結(jié)果表明，我國(guó)低軌遙感衛(wèi)星首次成功實(shí)現(xiàn)了高速率雙圓極化復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。后續(xù)運(yùn)行期間，數(shù)傳系統(tǒng)通過測(cè)繪實(shí)傳、雙通道數(shù)據(jù)回放等工作模式，成功將大量遙感圖像傳回地面，確保了測(cè)繪任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

（3）角秒級(jí)高姿態(tài)確定精度

為確保衛(wèi)星1∶50 000比例尺立體測(cè)繪任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)相機(jī)成像時(shí)刻衛(wèi)星姿態(tài)測(cè)量精度提出了1″的指標(biāo)要求[4]，此指標(biāo)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)其它類衛(wèi)星。為此，ZY-3衛(wèi)星設(shè)計(jì)了依靠星上高精度陀螺和星敏感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高精度相對(duì)定姿和依靠星敏陀螺下傳的測(cè)量數(shù)據(jù)事后高精度相對(duì)定姿兩種實(shí)現(xiàn)方案。

ZY-3衛(wèi)星配置了高精度姿態(tài)測(cè)量裝置，包括高精度陀螺和3臺(tái)高精度星敏感器；利用授時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制分系統(tǒng)姿態(tài)測(cè)量與衛(wèi)星的高精度時(shí)間同步；下傳高精度時(shí)標(biāo)的星敏陀螺原始數(shù)據(jù)；下傳國(guó)產(chǎn)APS星敏感器原始星圖數(shù)據(jù)。采用星敏器、陀螺和GPS數(shù)據(jù)共同解算衛(wèi)星姿態(tài)，進(jìn)一步提高衛(wèi)星的姿態(tài)測(cè)量精度[5]。

在衛(wèi)星研制階段，針對(duì)事后姿態(tài)處理相對(duì)精度優(yōu)于1″（1σ）的指標(biāo)要求，對(duì)星敏陀螺聯(lián)合定姿方案進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真及氣浮臺(tái)半物理仿真試驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)學(xué)仿真結(jié)果顯示，選取三正交陀螺可在100s內(nèi)實(shí)現(xiàn)0.8″（1σ）的定姿精度，半物理仿真數(shù)據(jù)顯示，采用三正交陀螺進(jìn)行相對(duì)定姿時(shí)，在30s內(nèi)可實(shí)現(xiàn)0.5″（1σ）定姿精度，在100s內(nèi)可優(yōu)于0.8″（1σ）的定姿精度，圖 3是相對(duì)時(shí)間100s時(shí)相對(duì)姿態(tài)確定誤差曲線。通過數(shù)學(xué)仿真及半物理仿真試驗(yàn)結(jié)果，聯(lián)合定姿方案可實(shí)現(xiàn)事后相對(duì)定姿精度指標(biāo)。衛(wèi)星發(fā)射后，根據(jù)影像的地面控制點(diǎn)信息完成系統(tǒng)誤差標(biāo)定，然后利用星敏陀螺原始數(shù)據(jù)以及星圖數(shù)據(jù)開展姿態(tài)最優(yōu)估計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的高精度的測(cè)量。根據(jù)初步在軌測(cè)試結(jié)果，衛(wèi)星定姿精度滿足用戶要求。

（4）厘米級(jí)定軌精度

ZY-3衛(wèi)星為保證相機(jī)成像品質(zhì)，對(duì)衛(wèi)星軌道測(cè)量精度提出了高要求，其事后軌道三軸測(cè)量精度要求優(yōu)于20cm。為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星的高精度定軌，ZY-3衛(wèi)星采用雙頻GPS系統(tǒng)加激光角反射器組合的方式來完成衛(wèi)星的精密定軌任務(wù)。雙頻GPS系統(tǒng)接收兩頻段GPS導(dǎo)航信號(hào)，對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的載波相位和偽距進(jìn)行測(cè)量形成原始測(cè)量信息，這些信息被存儲(chǔ)在授時(shí)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)。當(dāng)衛(wèi)星通過地面站時(shí)，將所有測(cè)量得到的原始測(cè)量數(shù)據(jù)通過數(shù)傳分系統(tǒng)發(fā)送地面。地面應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)這些原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、識(shí)別、處理和計(jì)算，從而完成衛(wèi)星精密軌道的確定。

同時(shí)為確保定軌精度，ZY-3衛(wèi)星還安裝了激光角反射器用于地面激光測(cè)距系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道精測(cè)，用以驗(yàn)證雙頻GPS系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果。

ZY-3衛(wèi)星發(fā)射后，開展了精密定軌驗(yàn)證。通過對(duì)重疊弧段數(shù)據(jù)的互差和殘差分析，來驗(yàn)證衛(wèi)星精密定軌能力。分析結(jié)果表明在重疊弧段內(nèi)衛(wèi)星軌道的切向、法向、徑向等3個(gè)方向精度均優(yōu)于5cm，且GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)的品質(zhì)和接收機(jī)鐘都較為穩(wěn)定。綜合上述結(jié)果，ZY-3衛(wèi)星的軌道測(cè)量精度為三軸5～7cm，滿足用戶使用要求。

（5）高時(shí)間同步精度

為保證圖像定位精度，衛(wèi)星各分系統(tǒng)需工作在同一時(shí)間基準(zhǔn)下，各系統(tǒng)間時(shí)間同步精度要求為優(yōu)于50μs。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一整套時(shí)間同步系統(tǒng)，使各分系統(tǒng)設(shè)備工作在統(tǒng)一的時(shí)間源上。

ZY-3衛(wèi)星時(shí)間同步系統(tǒng)使用雙頻GPS系統(tǒng)作為基準(zhǔn)時(shí)鐘源，利用GPS信號(hào)的整秒特性使接收機(jī)在正常工作階段每個(gè)整秒時(shí)刻都將產(chǎn)生一個(gè)秒脈沖信號(hào)，其精度達(dá)到1μs。該信號(hào)經(jīng)過放大與整形發(fā)送給整星其它分系統(tǒng)，各分系統(tǒng)以收到的秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)調(diào)整自身的時(shí)間系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整星內(nèi)部的時(shí)間同步。在GPS接收機(jī)發(fā)射秒脈沖信號(hào)的同時(shí)，接收機(jī)還將該秒脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間數(shù)據(jù)通過1553B總線進(jìn)行廣播，各分系統(tǒng)通過總線及時(shí)得到收到的脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的具體時(shí)間信息，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)與時(shí)間數(shù)據(jù)的匹配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星完整有效的時(shí)間同步。在衛(wèi)星測(cè)試階段，整星的時(shí)間同步精度優(yōu)于20μs，滿足衛(wèi)星設(shè)計(jì)要求。

（6）高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)ZY-3衛(wèi)星提出的高圖像定位精度要求，測(cè)量部件與測(cè)繪相機(jī)之間連接結(jié)構(gòu)的在軌穩(wěn)定性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在構(gòu)形布局設(shè)計(jì)上，將3臺(tái)星敏感器與測(cè)繪相機(jī)的一體化布局，以減小在軌溫度變化引起星敏感器和相機(jī)的相對(duì)指向變化。在材料選擇上，采用低膨脹系數(shù)的復(fù)合材料成形，以降低支架結(jié)構(gòu)熱變形對(duì)溫度的敏感性，配合高精度熱控從源頭上控制引起相機(jī)指向變化的因素。

在衛(wèi)星研制過程中，開展了多次穩(wěn)定性專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證工作，利用MSC/PATRAN建立了整星級(jí)在軌熱穩(wěn)定性分析模型（如圖4所示），整星溫度場(chǎng)采用分析及熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)在軌星敏感器及相機(jī)指向進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示成像期間星敏感器與相機(jī)之間相對(duì)指向變化不大于0.5″。根據(jù)衛(wèi)星在軌初期星敏感器測(cè)量數(shù)據(jù)，初步顯示3臺(tái)星敏感器之間夾角穩(wěn)定性良好，能夠滿足衛(wèi)星使用要求，目前正在開展進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析與評(píng)估工作。

3 在軌數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)及應(yīng)用情況

3.1 在軌數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)

截至2012年4月20日，衛(wèi)星完成全部在軌測(cè)試工作，測(cè)試結(jié)果表明“資源三號(hào)”測(cè)繪衛(wèi)星衛(wèi)星系統(tǒng)功能和性能全面滿足指標(biāo)要求，定位精度等關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于技術(shù)要求，衛(wèi)星滿足1∶50 000立體測(cè)圖精度要求，滿足1∶25 000地圖修測(cè)與更新精度要求。

2012年1月11日衛(wèi)星獲取大連地區(qū)影像，影像范圍為50km×50km，影像為平原和丘陵地形。如圖5所示，為開展評(píng)測(cè)工作，在地面量測(cè)了18個(gè)外業(yè)控制點(diǎn)坐標(biāo)，精度優(yōu)于0.1m，像點(diǎn)量測(cè)精度為0.5像元。利用其中4個(gè)控制點(diǎn)，生成高精度數(shù)字正射影像，采用其余14個(gè)控制點(diǎn)作檢查點(diǎn)，獲得衛(wèi)星外方位元素標(biāo)定值，評(píng)測(cè)衛(wèi)星有控制點(diǎn)平面精度和高程精度。利用第一軌外方位元素標(biāo)定值和有控制點(diǎn)評(píng)測(cè)方法，開展了對(duì)平地、山地、高山地等多種地形的無控制點(diǎn)定位精度和有控制點(diǎn)定位精度統(tǒng)計(jì)工作，結(jié)果為衛(wèi)星無控制點(diǎn)定位精度小于25m，有控制點(diǎn)平面精度優(yōu)于2.28m，高程精度優(yōu)于1.6m。

2012年2月9日至2月18日在河北安平縣北50km×10km范圍內(nèi)，共布設(shè)32個(gè)40m×40m專業(yè)測(cè)繪標(biāo)志，如圖6所示，對(duì)測(cè)繪相機(jī)內(nèi)方位元素和在軌MTF進(jìn)行檢校，利用內(nèi)方位元素標(biāo)定后全控制點(diǎn)情況下兩個(gè)方向的標(biāo)定精度均優(yōu)于0.13像元。三線陣相機(jī)和多光譜相機(jī)的在軌MTF大于0.12，滿足指標(biāo)要求。

3.2 在軌應(yīng)用情況

ZY-3衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)廣泛用于測(cè)繪產(chǎn)品的制圖和生產(chǎn)，形成DSM、DOM、DEM和DLG等系列測(cè)繪產(chǎn)品。前正后視影像利用控制點(diǎn)平差后，采用密集匹配技術(shù)生產(chǎn)該區(qū)域的DSM如圖7所示，在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)正射影像如圖8所示。

在此基礎(chǔ)上制作了DLG產(chǎn)品以及紅綠立體影像，以大連地區(qū)為例，DLG產(chǎn)品如圖9所示，紅綠立體影像圖如圖12所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

ZY-3衛(wèi)星是我國(guó)首顆由幾何定性遙感到幾何定量遙感的衛(wèi)星，在軌測(cè)試顯示，衛(wèi)星影像清晰，三線陣、多光譜相機(jī)內(nèi)方位元素保持高精度穩(wěn)定，外方位元素（姿態(tài)、軌道、時(shí)間）精度保持穩(wěn)定，經(jīng)過地面幾何檢校后，定位精度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；高碼速率正交圓極化頻率復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。標(biāo)志著我國(guó)幾何高精度衛(wèi)星平臺(tái)、載荷和地面處理水平達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，具有更廣闊的應(yīng)用前景。

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