面向測(cè)繪應(yīng)用的遙感小衛(wèi)星發(fā)展趨勢(shì)分析

周碧蓮

摘? 要：隨著空間科技的不斷進(jìn)步，遙感小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外受到航空航天、軍事和工業(yè)部門以及部分民間機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，涵蓋通信、遙感和國(guó)防等多重領(lǐng)域。但是其研制周期短、投資成本低、部署方式靈活和數(shù)據(jù)獲取現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)在當(dāng)今現(xiàn)實(shí)條件下還沒有充分得到關(guān)注。該文在系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外遙感小衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出基于測(cè)繪應(yīng)用的遙感小衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：測(cè)繪應(yīng)用;遙感小衛(wèi)星;應(yīng)用現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：P237? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

關(guān)于小衛(wèi)星的定義和分類至今仍存在定位與標(biāo)準(zhǔn)上的分歧，一般來說國(guó)際上將衛(wèi)星質(zhì)量作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，一般質(zhì)量小于1 000 kg的衛(wèi)星稱作小衛(wèi)星。研發(fā)應(yīng)用小衛(wèi)星的熱潮是隨著微電子和微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展而逐漸興起的，到目前為止，小衛(wèi)星已成為空間科技領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)和前沿。小衛(wèi)星群之所以獲得如此迅速的發(fā)展，與它的研制周期短、部署靈活、數(shù)據(jù)收集能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)是分不開的。在基于測(cè)繪應(yīng)用的遙感小衛(wèi)星得到廣泛應(yīng)用之前，我國(guó)重點(diǎn)區(qū)域的測(cè)繪產(chǎn)品制作仍然是以航空攝像測(cè)量為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的。這種方式受天氣和環(huán)境等因素制約較嚴(yán)重，導(dǎo)致數(shù)據(jù)來源穩(wěn)定性低、更新速度和覆蓋率不能滿足實(shí)際需求。

1 遙感小衛(wèi)星應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 全球遙感小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速

20世紀(jì)80年代以來衛(wèi)星的荷載量隨著各行業(yè)需求的不斷增加而呈現(xiàn)出巨大的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，這就在一定程度上增大了衛(wèi)星的生產(chǎn)成本，并使其研制周期不斷增長(zhǎng)。在這種背景下，小衛(wèi)星的研發(fā)應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，它對(duì)于提升衛(wèi)星應(yīng)用性能、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。歐美等發(fā)達(dá)資本主義國(guó)家早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)開始了相關(guān)的小衛(wèi)星研究工作，美、德、法等國(guó)都先后擁有了本國(guó)的小衛(wèi)星運(yùn)行系統(tǒng)。近年來，基于測(cè)繪應(yīng)用的遙感小衛(wèi)星的關(guān)注重點(diǎn)逐漸向高頻次重訪和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方向轉(zhuǎn)變，這就進(jìn)一步擴(kuò)展了遙感小衛(wèi)星的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了其全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。

1.2 國(guó)際遙感小衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、管理方式轉(zhuǎn)變巨大

當(dāng)今遙感小衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和運(yùn)行大都采用平臺(tái)載荷一體化構(gòu)型設(shè)計(jì)，衛(wèi)星系統(tǒng)在集成化、模式化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則下逐漸降低了小衛(wèi)星的生產(chǎn)成本。另外，遙感小衛(wèi)星的運(yùn)營(yíng)技術(shù)也得到了發(fā)展，空間分辨率的不斷提高、傳感器觀測(cè)譜段由可見光、近紅外向熱紅外、微波等的不斷擴(kuò)展，這些技術(shù)的更新?lián)Q代都拓展了遙感小衛(wèi)星的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。在衛(wèi)星研制方面，有公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)并交由衛(wèi)星制造商進(jìn)行批量生產(chǎn)，這就大大帶動(dòng)了相關(guān)專門人才的培養(yǎng)，推動(dòng)了航天領(lǐng)域的飛速發(fā)展。

1.3 國(guó)產(chǎn)遙感小衛(wèi)星應(yīng)用已進(jìn)入快速增長(zhǎng)期

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著各大院校和科研院所不斷進(jìn)行遙感小衛(wèi)星設(shè)計(jì)、研發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)創(chuàng)新，使我國(guó)的遙感小衛(wèi)星建設(shè)在國(guó)際產(chǎn)研學(xué)方面取得了較大了進(jìn)展。近年來CAST3000、CAST3000B以及正在研制過程中的CAST4000等新一代國(guó)產(chǎn)小衛(wèi)星不僅取得了數(shù)量上的進(jìn)步，而且在運(yùn)行姿態(tài)的精準(zhǔn)能力和軌道運(yùn)行動(dòng)力機(jī)能方面獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，在相當(dāng)大的程度上縮小了與國(guó)外的技術(shù)差距。哈工大研制的“快舟一號(hào)”及“快舟二號(hào)”主要應(yīng)用于突發(fā)災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域，國(guó)防科技大學(xué)研制的“天拓二號(hào)”為高分辨率視頻成像技術(shù)發(fā)展提供了有力支持。此外“北京二號(hào)”、“吉林一號(hào)”都對(duì)視頻成像技術(shù)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的推動(dòng)作用。近年來“深圳一號(hào)”小成本遙感衛(wèi)星計(jì)劃正在籌備過程中，預(yù)計(jì)2021年發(fā)射成功后將對(duì)我國(guó)的城市三維建模、重大地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等方面產(chǎn)生重大影響。

1.4 國(guó)產(chǎn)遙感小衛(wèi)星應(yīng)用的商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化正處于起步階段

近幾年，遙感小衛(wèi)星在國(guó)防和航空等部門的應(yīng)用程度逐漸加深，但是相對(duì)來說其在民用部門的普及程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國(guó)外，實(shí)現(xiàn)遙感小衛(wèi)星的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍然需要較長(zhǎng)的時(shí)間。下游市場(chǎng)規(guī)模小以及相關(guān)企業(yè)對(duì)遙感小衛(wèi)星的認(rèn)識(shí)程度不夠是阻礙其商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要障礙。隨著國(guó)家專項(xiàng)財(cái)政資金的投入，相關(guān)民營(yíng)企業(yè)積極投資遙感衛(wèi)星的研發(fā)建設(shè)，使遙感小衛(wèi)星的下游市場(chǎng)逐漸呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)，在一定程度上提升了它的民營(yíng)化和商業(yè)化發(fā)展水平。在這一產(chǎn)業(yè)化初期階段，相關(guān)技術(shù)科研人員要抓緊時(shí)機(jī)創(chuàng)新思維模式和市場(chǎng)觀念，不斷提升產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，推動(dòng)遙感小衛(wèi)星的批量化生產(chǎn)、多星低成本發(fā)射以及多星編隊(duì)組網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。在具體的創(chuàng)新過程中，技術(shù)研發(fā)人員還要加強(qiáng)集體技術(shù)攻關(guān)，在體現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)的同時(shí)最大程度地避免技術(shù)的同質(zhì)化，明確自身的市場(chǎng)定位，逐漸實(shí)現(xiàn)行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

2 基于測(cè)繪應(yīng)用的遙感小衛(wèi)星發(fā)展趨勢(shì)分析

基于測(cè)繪應(yīng)用的遙感小衛(wèi)星的繪圖精度受到多方面因素的影響，所用平臺(tái)和傳感器的差異都會(huì)影響到數(shù)據(jù)和圖像的精確程度。就衛(wèi)星體積和質(zhì)量來看，已發(fā)射的資源三號(hào)01星、02星以及后續(xù)的高分七號(hào)衛(wèi)星、資源三號(hào)03星都屬于大中型遙感衛(wèi)星，它的優(yōu)勢(shì)是成像系統(tǒng)畸變小、姿軌控精度和平臺(tái)穩(wěn)定度高，但是生產(chǎn)成本就會(huì)高于遙感小衛(wèi)星。因此遙感小衛(wèi)星的未來發(fā)展趨勢(shì)就會(huì)立足于部署靈活、數(shù)據(jù)采集能力強(qiáng)等方面進(jìn)行具體開展。下面進(jìn)行具體闡述。

2.1 面向立體測(cè)圖應(yīng)用

立體測(cè)圖能力是判斷遙感小衛(wèi)星自身能力的重要標(biāo)準(zhǔn)，想要達(dá)到合格程度就必須使衛(wèi)星的姿態(tài)固定度不低于10-4每秒量級(jí)并且保證不低于0.01°的指向精度，以實(shí)現(xiàn)立體測(cè)圖精度的提升。在這種情況下，傳感器的譜段設(shè)置、幅寬和高分辨率也要相應(yīng)有更高的發(fā)展要求。在衛(wèi)星研制過程中，小型衛(wèi)星（質(zhì)量小于50 kg）以其易于批量化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，可以廣泛應(yīng)用于大規(guī)模、低成本的數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)，但是小質(zhì)量衛(wèi)星受到精度、功耗等的限制使其未來的應(yīng)用前景仍比不上單星質(zhì)量在50 kg～500 kg的小衛(wèi)星，這也是發(fā)展趨勢(shì)之一。

2.2 逐漸向精細(xì)化、星座化、系統(tǒng)化發(fā)展

基于測(cè)繪的遙感小衛(wèi)星在衛(wèi)星傳感器譜段方面由可見光、近紅外向微波、遠(yuǎn)紅外擴(kuò)展的實(shí)踐事實(shí)，遙感小衛(wèi)星的發(fā)展逐漸朝著精細(xì)化、系統(tǒng)化發(fā)展。因此，及時(shí)合理地發(fā)展高分辨率光學(xué)遙感小衛(wèi)星星座、干涉SAR遙感衛(wèi)星星座等技術(shù)能夠更便利地實(shí)現(xiàn)對(duì)全球測(cè)繪高分辨率影像的獲取和利用，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的精細(xì)觀測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在這種前提下，基于測(cè)繪的遙感小衛(wèi)星就成為保障地理公益信息和實(shí)現(xiàn)大眾用戶地理信息定位的重要手段，有利于推進(jìn)遙感小衛(wèi)星的企業(yè)化和國(guó)際化發(fā)展。

2.3 突破關(guān)鍵技術(shù)，提升我國(guó)航天遙感水平

在進(jìn)行遙感小衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的過程中，需要對(duì)光學(xué)、SAR等有效測(cè)繪新體制和構(gòu)型設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新，還要不斷接觸有效載荷高精度實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)和集成化、小型化技術(shù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新和降低生產(chǎn)成本。其次，基于測(cè)繪的遙感小衛(wèi)星研制還要攻克能源瓶頸，進(jìn)行相關(guān)的太陽(yáng)能電池陣或蓄電池的研發(fā)，以保證航天器的能源續(xù)航。此外精細(xì)的數(shù)據(jù)化處理和智能化多星地面校驗(yàn)技術(shù)的研發(fā)開展，對(duì)于開展多衛(wèi)星的協(xié)同應(yīng)用、提升衛(wèi)星的綜合服務(wù)效能具有關(guān)鍵性意義。基于測(cè)繪的遙感小衛(wèi)星相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的突破，是實(shí)現(xiàn)航天遙感技術(shù)不斷提升的重要推動(dòng)力量。

3 結(jié)語(yǔ)

基于測(cè)繪的遙感小衛(wèi)星在國(guó)內(nèi)外航天、國(guó)防和民用領(lǐng)域都取得了長(zhǎng)足發(fā)展，這得益于衛(wèi)星設(shè)計(jì)理念的成熟和技術(shù)手段的不斷完善。響應(yīng)更及時(shí)、數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、覆蓋范圍更廣的遙感小衛(wèi)星將與大中型衛(wèi)星形成互補(bǔ)關(guān)系，共同推動(dòng)地理測(cè)繪服務(wù)的不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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