中國衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展及展望

一、發(fā)展成就

1.空間分辨率持續(xù)提升

空間分辨率是衡量衛(wèi)星性能的重要指標(biāo)。從空間分辨率上看，近10年我國衛(wèi)星技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，分辨率由原來的20米達(dá)到了現(xiàn)在的0.5米，在國際上處于先進(jìn)水平。

2.形成了民用三大系列遙感衛(wèi)星

我國已形成陸地資源、海洋、大氣民用三大系列衛(wèi)星。陸地資源系列包括以中分辨率、寬覆蓋為主的遙感系列衛(wèi)星、測繪為主的衛(wèi)星以及合成孔徑雷達(dá)SAR成像衛(wèi)星。總體來講，該系列的光學(xué)技術(shù)發(fā)展較快，SAR合成孔徑受技術(shù)限制發(fā)展較慢，但也取得了顯著成就。在海洋系列中，海洋水色、海洋動力、海洋監(jiān)測這三個系列取得了良好的發(fā)展，是目前世界上較為完善的海洋監(jiān)測體系。大氣系列以風(fēng)云為主，特別是風(fēng)云三號和風(fēng)云四號，在應(yīng)用于業(yè)務(wù)的同時，還開展了以激光探測手段為主的大氣成分的探測。

3.具有較寬譜段覆蓋

在光學(xué)領(lǐng)域，我國衛(wèi)星已擁有了全譜段的遙感能力，且分辨率較高。紅外特別是長波紅外方面，由于探測器水平的限制，發(fā)展相對滯后。微波遙感方面，主要用于海洋環(huán)境和氣象，與國外相比技術(shù)差別不大。在成像的幾個主要頻段——X、C、S、L都有所建樹，但技術(shù)水平與國外相比，目前高分三號為主的C頻段處于國際領(lǐng)先地位，其他頻段與國際水平相近。

4.取得良好的應(yīng)用效果

截至2017年底，我國陸地資源衛(wèi)星中心的遙感影像數(shù)據(jù)，僅陸地資源衛(wèi)星就與美國兩個主流民用數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量相當(dāng)，但年分發(fā)數(shù)據(jù)量與之相比尚存差距。后續(xù)我們要維持長期穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源，以便更好地挖掘和使用信息資源。

二、技術(shù)進(jìn)步

我國遙感衛(wèi)星的進(jìn)步主要源于平臺技術(shù)和載荷技術(shù)的發(fā)展以及系統(tǒng)集成的創(chuàng)新。

1.平臺技術(shù)的發(fā)展

一是平臺能力提升。過去，1～2噸、載荷在500公斤左右的衛(wèi)星平臺是主流，現(xiàn)在，則擴(kuò)展到更大的遙感平臺，10噸左右的衛(wèi)星平臺載荷可以達(dá)到2～3噸。通常，一臺相機的重量在200～300公斤，普通平臺一般可裝一兩臺相機，通過擴(kuò)展平臺，能夠增加相機的數(shù)量和增大鏡頭的口徑。平臺能力有效提升，滿足了高軌與低軌、光學(xué)與微波等多種遙感配置需求。

二是電源系統(tǒng)技術(shù)水平提高。能源是衛(wèi)星所需的重要資源，特別是對于微波遙感來講，合成孔徑雷達(dá)往往使用大功率發(fā)射的高靈敏度接收的系統(tǒng)，它本身已經(jīng)從千瓦級發(fā)展到萬瓦級。太陽電池、蓄電池以及電源控制技術(shù)水平的提高，成為衛(wèi)星性能發(fā)展的前提。

三是測定軌技術(shù)跨越發(fā)展。以往，靠USB地面站測軌通常在百米到公里的量級，現(xiàn)在，通過雙頻GPS導(dǎo)航星的精密定位，衛(wèi)星成像定位精度已由原來的百米甚至公里級的量級，提升到米級乃至厘米級，使數(shù)據(jù)質(zhì)量大大的提升。

四是控制系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展。目前我國衛(wèi)星的控制精度已從原來的1%達(dá)到萬分之一，這與衛(wèi)星整體綜合技術(shù)水平的發(fā)展息息相關(guān)。平臺技術(shù)的發(fā)展，使衛(wèi)星的性能和效率大幅度上升。

2.載荷技術(shù)的發(fā)展

我國衛(wèi)星的光學(xué)載荷中，相機鏡頭已由最初的0.5米達(dá)到2米甚至3米，圖像分辨率大大增加;在探測器規(guī)模上，也已從單線振向多線振、多譜段的方向發(fā)展。但由于關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”問題，我國衛(wèi)星的探測器水平仍處于起步階段。

天線是微波遙感最重要的部件，目前，我國衛(wèi)星的天線長度已由幾米達(dá)到幾十米，為微波遙感的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。同時，微波所需要的功率器件也取得了技術(shù)上的突破，逐步實現(xiàn)自主可控。

3.系統(tǒng)集成的創(chuàng)新

采用多體制、多源信息聯(lián)合獲取，綜合反演，遙感從定性到定量，解決了橫向的多維度信息問題;通過“星地用一體化”建模型，圍繞效能開展系統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化，從技術(shù)突破到面向應(yīng)用，解決了縱向的從上到下的質(zhì)量問題。橫向擴(kuò)展與縱向深入結(jié)合，打通了系統(tǒng)集成發(fā)展的路子。

比如，在資源一號02B衛(wèi)星發(fā)射之前，民用衛(wèi)星的相機鏡頭多采用多光譜、低分辨率，軍用衛(wèi)星的鏡頭多采用高分辨率、黑白成像，都是單鏡頭。從02B衛(wèi)星開始，衛(wèi)星相機使用多鏡頭，所拍攝的圖像既是高分辨率又有光譜信息。在微波遙感、海洋遙感中，國外的監(jiān)測衛(wèi)星往往只測高，而我國的衛(wèi)星則同時把測風(fēng)和測溫的載荷放在一起，做到一星多能、多星組網(wǎng)，成像模式多、成像時間也大大加強。

三、發(fā)展展望

1.2025年前完成空間基礎(chǔ)設(shè)施大部分業(yè)務(wù)和全部科研星

到2025年，力爭建立相對完善的觀測體系，在SAR方面有所突破，各領(lǐng)域衛(wèi)星的數(shù)據(jù)源問題得到基本解決，這也是衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

2.在衛(wèi)星遙感新理論、方法和技術(shù)發(fā)展方面，將在“高、精、尖”上下功夫

其中，“高”，是指以地球同步軌道、微波和光學(xué)為主，解決我國長期連續(xù)觀測的問題;“精”是以海洋的定量化應(yīng)用為主導(dǎo)，將定量化應(yīng)用中高精度測量系統(tǒng)做好;“尖”則是發(fā)展以低軌0.1米光學(xué)軌道成像為代表的接近技術(shù)極限的遙感系統(tǒng)，更加清晰地觀測世界。

3.從模仿到超越

我國高軌25米SAR衛(wèi)星發(fā)射后，有望成為世界上首顆高軌SAR衛(wèi)星。海洋鹽度衛(wèi)星將要立項，主要用于海洋多要素探測。

4.戰(zhàn)略性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息取得新突破

在信息獲取方面，與國外相比，我國還有許多欠缺之處。如，數(shù)字高程信息在微波方面基本上還是依靠國外，以美國航天飛機和TerraSAR這種雙星編隊衛(wèi)星為主，我國還沒有發(fā)射相應(yīng)衛(wèi)星;精確的電離層模型及數(shù)據(jù)欠缺;重力場數(shù)據(jù)、空間環(huán)境數(shù)據(jù)盡管有許多衛(wèi)星可以發(fā)送，但在應(yīng)用過程中尚有許多缺失，等等。未來，我國將立項并發(fā)射相關(guān)衛(wèi)星，以解決關(guān)鍵的DEM數(shù)據(jù)受制于人的局面，預(yù)計產(chǎn)值在300億到1500億。

四、發(fā)展建議

在衛(wèi)星遙感方面，我國目前還存在很多問題：一是衛(wèi)星遙感模式固定，一次成像會產(chǎn)生大量不需要的信息;二是軌道和時間設(shè)計不合理，光學(xué)遙感受太陽的影響，現(xiàn)有衛(wèi)星基本設(shè)置在上午10點多或下午2點多、3點多的軌道，其他軌道的衛(wèi)星沒有數(shù)據(jù)，很難滿足使用需求;三是成像是孤立行為，用戶是即時需求，計劃是照單抓藥;四是遙感的目標(biāo)不明確，海選、廣種薄收，再加工工作量大;五是數(shù)據(jù)量大、存儲量大;六是雜亂無序，再分析、再利用非常困難;七是數(shù)據(jù)共享不夠，普通人很難拿到有效數(shù)據(jù)。

當(dāng)前新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，尤其是寬帶互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)，應(yīng)盡早將新技術(shù)應(yīng)用到衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化和遙感技術(shù)中，建立“區(qū)塊鏈+人工智能+星地一體化”的智慧遙感系統(tǒng)。系統(tǒng)建成后，任何在軌衛(wèi)星，都將受到以5G為核心的網(wǎng)絡(luò)管控，可以實現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的網(wǎng)上信息共享。用戶還可通過區(qū)塊鏈等技術(shù)控制衛(wèi)星成像，促進(jìn)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的良性競爭。如今，越來越多的公司在發(fā)展衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)，衛(wèi)星的質(zhì)量和水平參差不齊，亟需一個公用平臺整合所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并共享公共信息;最重要的是，利用這個平臺，既能圍繞主要的地理信息系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，又能研制出高質(zhì)量又好用的信息。此外，建議將衛(wèi)星列入新基建，并將衛(wèi)星的研制模型從單星轉(zhuǎn)化為多星，以網(wǎng)絡(luò)化的模式進(jìn)行建設(shè)。

責(zé)任編輯：馬莉莎