高分二號開啟我國高分辨率遙感衛星應用時代

□ 崔恩慧 吳佳棟 高劍

俗話說，好事多磨。

高分二號衛星的發射成功，比原計劃晚來了半年多。然而，作為高分專項工程第二顆光學遙感衛星，高分二號衛星對于我國遙感衛星技術及應用產業發展所具有的重大里程碑意義，使其光芒并未因成功的曲折性衰減分毫。8月19日，高分二號衛星在長征四號乙運載火箭的完美托舉下，騰空而起，精確入軌，標志著我國民用遙感衛星領域跨入米級分辨率時代。

二號“種子”實在是“高”

如果說高分一號衛星作為首發星，為我國全面建設高分辨率對地觀測系統開啟了大幕，那么高分二號衛星則使國內民用遙感領域技術攀上了新高峰，真正實現了“高”分辨率。

作為迄今為止我國研制的空間分辨率和壽命要求最高的民用遙感衛星，高分二號衛星具備高空間分辨率優于1米和幅寬大于45千米的成像能力，技術指標達到或超過國外同類光學遙感衛星的水平。

高分二號衛星配置了兩臺相同的分辨率為1米全色/4米多光譜組合而成的相機，是現今我國焦距最長、分辨率最高的民用航天遙感相機，也是國際上同等分辨率幅寬最大的遙感相機。在研制過程中，科研人員突破了大口徑超長焦距光學系統水平重力卸載裝校、海量數據處理等一系列高分辨率相機研制難關。相機首次采用了小相對孔徑的設計理念，在同等光學系統口徑下，分辨率顯著提高。

“打個比方，如果高分一號衛星鏡頭拍攝的是風景照，那么高分二號衛星拍攝的更像是人像。”高分二號衛星相機分系統主任設計師姜海濱形象地比喻道。

衡量遙感衛星是否先進，輕型化也是其中一個重要指標。高分二號衛星的分辨率“上去了”，相機的質量和體積卻“下來了”，僅為傳統設計方案的三分之一，實現了輕型化，對于整星減重作出了很大貢獻。

此外，高分一號衛星是用2米全灰和8米多色的圖像融合成2米分辨率的真彩圖像，高分二號衛星則用1米全灰和4米多色的圖像融合成1米分辨率的真彩圖像。分辨率提高了，顏色信息齊備，高分二號衛星的圖像解譯能力大大提高。這也讓衛星的用戶方對其應用前景更加充滿了期待。

長征四號乙運載火箭待發

普查到詳查 物美價更廉

一般而言，空間分辨率和時間分辨率難以同時做到兩全齊美，通常需要犧牲一方來保證另一方的領先水平。高分一號衛星具有2米的空間分辨率，4天即可將地球完整查看一遍。而空間分辨率升級為1米的高分二號衛星，運行在降交點地方時10點30分的太陽同步軌道，需要5天重訪地球的同一區域。

“我們是根據用戶的需求，來決定衛星的運行軌道和性能參數的。”高分二號衛星總指揮兼總設計師潘騰解釋說，相對于高分一號衛星，高分二號衛星的分辨率更高，且視場變窄、幅寬變小，重訪時間自然變長。

但這點“犧牲”并無大礙。一方面，衛星通過增強側擺能力也可以及時觀測熱點地區；另一方面，在多數用戶方看來，5天或4天差別并不大。他們更看重的是，衛星到底能給他們提供怎樣的分辨率和幅寬。

對于用戶方之一的國土資源部來說，1米和2米分辨率的衛星影像可以滿足他們不同方面的數據應用。但對于住房和城鄉建設部、交通運輸部的需求來說，2米分辨率在多數時候則顯得捉襟見肘。而高分二號衛星米級分辨率的成像能力在城市建設用地規劃、調查和執法以及道路監測和規劃等方面，則顯得游刃有余。因此，高分一號衛星更側重于大面積的“普查”，高分二號衛星則可以更好地發揮“詳查”作用。

作為我國單機國產化程度最高的衛星，高分二號衛星投入使用后，將改善中國高分辨率遙感數據主要依靠進口的狀態，為國內用戶提供高精度對地觀測數據，為推動高分辨率對地觀測系統重大專項建設、引領中國民用高分辨率衛星應用起到重要示范作用。

放眼全球，美國的IKONOS、韓國的KOMPSAT-2等在軌遙感衛星與高分二號衛星的分辨率同為1米，但幅寬僅為十幾千米。比較之下，高分二號衛星45千米大幅寬的技術優勢明顯。而自高分一號衛星等國產遙感衛星投入使用以來，如法國“斯波特” 系列衛星等國外衛星的影像產品在國內市場受到不小沖擊。國土資源部等衛星用戶方在一些項目中，由于越來越多地可以使用國產衛星數據產品，成本大大降低。8月14日，美國WorldView-3衛星發射成功，該衛星具有0.3米分辨率成像能力。目前，世界商業遙感衛星影像的最高空間分辨率已經超過0.5米，美國政府前不久解除了對商業衛星影像0.5米分辨率的限制。

中國航天科技集團公司所屬北京航天世景信息技術有限公司總經理徐麗萍，近20年來一直從事衛星商業遙感服務，深知國外遙感衛星的技術優勢，也親身經歷了國內遙感衛星市場的飛速發展。在她看來，國內的遙感衛星技術已經足夠成熟，在民用領域，國內衛星沒有必要單純地從分辨率方面與國外衛星作比較，而更應該從應用層面下工夫進行競爭。

“高分專項工程不僅帶動了國產高分系列衛星發展，也帶動了衛星應用技術以及衛星本身設計制造的基礎發展。”徐麗萍說：“自主可控地使用本國的衛星影像，是從事地理信息行業的企業最樂于見到的局面。”

湖中之“吻”，青海海北州青海湖畔東北角

高分二號衛星發射升空

量體裁衣 “私人”訂制

對于衛星的用戶方來說，最關心的莫過于他們能否得到一張滿足其使用需求的好圖。高分二號衛星研制團隊為了提高圖像質量，從用戶需求出發，按照其提出的衛星指標，為用戶量體裁衣，做了一系列專門設計。

要敏捷地獲取熱點地區的圖像，需要對地觀測衛星的姿態能夠快速且穩定地側擺。

高分二號衛星在我國民用衛星中首次使用控制力矩陀螺，采用了優化高效的控制定姿方案。姿態執行機構能力更強，使該衛星具備了大角度的快速機動能力。高分一號衛星可在180秒內側擺25度，高分二號衛星則提速至180秒內側擺35度并達到穩定。

高分二號衛星成像的高分辨率對衛星姿態和擾動的穩定度也提出了很高的要求。“衛星姿態不穩定，就好比人攝影時手在抖動，會直接影響成像質量。”高分二號衛星工程總設計師馬世俊說。因此，高分二號衛星研制團隊選用成熟的資源衛星平臺進行了適應性改進，通過采用阻尼減隔振等一系列措施和星敏感器高精度定姿等手段，保證了衛星成像的穩定性和指向精確性。

高分專項工程中，“高分”二字除了指“高分辨率”，還包括了“高精度”的含義，而衡量一顆衛星精度高低的指標就是定位精度。

在某種程度上，衛星的定位精度類似于人射擊時要瞄準靶心。以往衛星的定位精度多為百米量級，高分一號衛星的定位精度達到兩位數；到高分二號衛星，其定位精度要求為無控制點條件下優于50米。

“這就意味著，如果用高分二號衛星去拍攝人民英雄紀念碑，它在衛星圖像中的位置和其真正的地理坐標位置，誤差應不超過50米。”潘騰介紹，高分二號衛星發射后，其搭載的相機會有一個標校調整的過程。等到衛星在軌測試完成后，其圖像定位精度還會進一步提高。

高分二號衛星在天上運轉，將面對各種環境變化，如果相機焦距受到影響，將導致圖像變形或錯位。為了保證用戶獲得高質量的圖像，科研人員努力將圖像畸變控制在各行業用戶要求的很小范圍內。“比如，地面上道路的線條是平行的，我們要保證衛星圖像中的道路線條也是平行的，而不是圖像中間部分的線條平行，到兩邊卻變彎曲了。”潘騰說。

衛星轉場

共同研討

兩星協同 挖潛效能

2013年年底，高分一號衛星投入使用，標志著我國遙感衛星應用進入了一個新階段。如今，高分二號衛星成功入軌，必定會在不久的將來把應用引向深入。真正的高分辨率遙感衛星應用時代正向我們闊步走來。

做好應用的大文章，始終是高分專項工程的出發點和落腳點。就在8月初，云南省魯甸縣發生地震后，中國航天科技集團公司所屬中國資源衛星應用中心緊急調動高分一號衛星等多顆國產遙感衛星，為國家搜救中心及時了解災情、疏通中斷道路等提供了重要信息參考。

自發射成功一年多來，高分一號衛星在國土資源、環境和農業等領域取得了廣泛的應用效果，正由以技術推廣為主的衛星向業務應用型衛星發展。在國家統計局2013年河北等五省秋糧和新疆棉花種植面積統計工作中，高分一號衛星數據替代國外數據的使用率達70%。我國民用高分辨率遙感數據國產化程度顯著提高。

高分一號衛星在應急救災方面，也發揮了不可替代的作用。特別是在去年的東北抗洪救災中，高分一號衛星利用16米寬覆蓋相機高效完成了洪澇區域的評估工作，與實際情況吻合率達90%以上。

不僅在國內遙感應用領域大顯身手，高分一號衛星還促進了國際合作。中國國家航天局曾應亞太空間組織的請求，及時向巴基斯坦提供了該國地震災區高分一號衛星的影像數據。此外，中國國家航天局與俄羅斯航天局簽署了對地觀測數據共享協議。今年4月，高分一號衛星和風云三號C星一同正式列為空間與重大災害國際憲章值班衛星。通過國際合作，我國遙感應用也將獲得更豐富的數據資源。

高分二號衛星投入使用后，將與在軌運行的高分一號衛星“并肩作戰”，進一步完善我國高分專項工程建設，推動高分辨率衛星數據的大規模應用。“未來我們可以通過幅寬較大的高分一號衛星發現目標，再配合利用高分二號衛星對目標進行探測，識別出目標的‘真面目’。”高分二號衛星工程總設計師馬世俊說。

服務用戶 拓展應用

高分二號衛星團隊非常關心衛星后續的應用情況。“我們從深度上關心既有用戶對衛星圖像的使用程度，以相應地完善衛星技術。”潘騰說，“另外，我們還從廣度上關注其他行業是否有特殊需求。”

高分一號衛星在實際應用中，圖像數據的應用領域不斷拓寬至水利、住建、減災等10余個其他用戶部門。這使高分專項工程的第二顆衛星的應用前景也被寄予了厚望。

高分二號衛星的主要用戶包括國土資源部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、國家林業局等單位。它們不僅對衛星影像分辨率有更高的要求，對圖像也有更特殊的業務化應用。

例如，在土地執法檢查工作中，國土資源部可以依據高分二號衛星遙感圖片清晰掌握目標土地利用的真實情況。未來，該部門應用高分二號衛星還將實現土地利用動態監測、礦產資源開發多目標遙感調查與監測等，使應用的領域深度和廣度不斷延伸。

對國土資源部來說，其不同方面的數據應用需求可以通過1米和2米分辨率的衛星影像互補而得到滿足。但對于住房和城鄉建設部、交通運輸部等部門，他們要獲取在城鄉規劃管理、風景名勝區資源保護，以及交通運輸管理、道路監測和規劃等方面的圖像數據，顯然通過高分二號衛星更精確的米級分辨率的成像能力來實現，要容易和出色得多。

不僅如此，高分二號衛星數據還將服務于測繪、國防等行業及首都圈、新疆等區域應用。目前，已有河北、上海等省市建立起高分數據應用服務體系。

“掘金”市場 前景可期

各行業、區域以及大眾消費市場，對遙感衛星數據的需求都是巨大的。在高分專項工程總設計師張榮橋看來，未來，高分二號衛星圖像質量如果表現出色，除滿足政府部門用戶需求外，還會有大量潛在的商業用戶，開發增值服務的空間巨大。

高分專項除了“抓好工程建設”，還“抓好數據應用”，通過一定時期的“放水養魚”，不斷培育應用市場，推動應用產業化。國防科工局局長許達哲建議：“各方應深入研究和探索商業服務模式，使高分專項產生更大的經濟和社會效益。”

當前，遙感衛星商業化在國際上已成大趨勢。在我國，國家發改委《關于2013年組織實施衛星及應用產業發展專項的補充通知》，推動了高分辨率商業遙感衛星及應用的產業化發展，為衛星遙感數據自主化及開展國際服務提供支撐。

可以說，高分辨率對地觀測系統將為我國遙感衛星商業化奠定堅實基礎。在應用過程中，那些市場需求大的高分辨率遙感衛星若轉為商業化運作，將使國家資金重點投入到新技術驗證、科學觀測等基礎性遙感衛星系統的建設中去。而商業化采購的遙感衛星在研制過程中采用的創新經驗，經過驗證，也可以應用到國家遙感衛星系統的研制中來，形成優勢互補。

通過高分一號衛星的應用實踐，各方達成這樣一個共識：衛星只有通過不斷應用，才能促進技術進步；而只有遙感衛星相機成像能力和圖像質量提高了，才能極大發揮其應用效能。我國高分辨率遙感衛星應用時代的大幕已經開啟，高分二號衛星的技術和應用同樣值得人們期待。

高分一號衛星北京-天津寬覆蓋影像

高分一號銀川融合影像