面向測繪應用的遙感小衛星發展趨勢分析

周碧蓮

摘? 要：隨著空間科技的不斷進步，遙感小衛星產業在國內外受到航空航天、軍事和工業部門以及部分民間機構的廣泛應用，涵蓋通信、遙感和國防等多重領域。但是其研制周期短、投資成本低、部署方式靈活和數據獲取現勢性強等優勢在當今現實條件下還沒有充分得到關注。該文在系統分析國內外遙感小衛星發展現狀的基礎上，指出基于測繪應用的遙感小衛星的發展趨勢，以期對相關產業的發展提供理論借鑒。

關鍵詞：測繪應用;遙感小衛星;應用現狀;發展趨勢

中圖分類號：P237? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

關于小衛星的定義和分類至今仍存在定位與標準上的分歧，一般來說國際上將衛星質量作為劃分標準，一般質量小于1 000 kg的衛星稱作小衛星。研發應用小衛星的熱潮是隨著微電子和微機械技術的發展而逐漸興起的，到目前為止，小衛星已成為空間科技領域的應用熱點和前沿。小衛星群之所以獲得如此迅速的發展，與它的研制周期短、部署靈活、數據收集能力強等優勢是分不開的。在基于測繪應用的遙感小衛星得到廣泛應用之前，我國重點區域的測繪產品制作仍然是以航空攝像測量為數據基礎的。這種方式受天氣和環境等因素制約較嚴重，導致數據來源穩定性低、更新速度和覆蓋率不能滿足實際需求。

1 遙感小衛星應用發展現狀

1.1 全球遙感小衛星產業發展迅速

20世紀80年代以來衛星的荷載量隨著各行業需求的不斷增加而呈現出巨大的增長態勢，這就在一定程度上增大了衛星的生產成本，并使其研制周期不斷增長。在這種背景下，小衛星的研發應用應運而生，它對于提升衛星應用性能、降低生產成本具有重要意義。歐美等發達資本主義國家早在20世紀90年代就已經開始了相關的小衛星研究工作，美、德、法等國都先后擁有了本國的小衛星運行系統。近年來，基于測繪應用的遙感小衛星的關注重點逐漸向高頻次重訪和動態監測方向轉變，這就進一步擴展了遙感小衛星的應用領域，實現了其全球范圍內產業規模的不斷擴大。

1.2 國際遙感小衛星的設計、運營、管理方式轉變巨大

當今遙感小衛星的設計和運行大都采用平臺載荷一體化構型設計，衛星系統在集成化、模式化和標準化的設計準則下逐漸降低了小衛星的生產成本。另外，遙感小衛星的運營技術也得到了發展，空間分辨率的不斷提高、傳感器觀測譜段由可見光、近紅外向熱紅外、微波等的不斷擴展，這些技術的更新換代都拓展了遙感小衛星的實際應用領域。在衛星研制方面，有公司自主研發設計并交由衛星制造商進行批量生產，這就大大帶動了相關專門人才的培養，推動了航天領域的飛速發展。

1.3 國產遙感小衛星應用已進入快速增長期

進入21世紀以來，隨著各大院校和科研院所不斷進行遙感小衛星設計、研發和應用的技術創新，使我國的遙感小衛星建設在國際產研學方面取得了較大了進展。近年來CAST3000、CAST3000B以及正在研制過程中的CAST4000等新一代國產小衛星不僅取得了數量上的進步，而且在運行姿態的精準能力和軌道運行動力機能方面獲得了長足發展，在相當大的程度上縮小了與國外的技術差距。哈工大研制的“快舟一號”及“快舟二號”主要應用于突發災害預防領域，國防科技大學研制的“天拓二號”為高分辨率視頻成像技術發展提供了有力支持。此外“北京二號”、“吉林一號”都對視頻成像技術的發展起到了關鍵的推動作用。近年來“深圳一號”小成本遙感衛星計劃正在籌備過程中，預計2021年發射成功后將對我國的城市三維建模、重大地質災害預警等方面產生重大影響。

1.4 國產遙感小衛星應用的商業化、產業化正處于起步階段

近幾年，遙感小衛星在國防和航空等部門的應用程度逐漸加深，但是相對來說其在民用部門的普及程度遠遠不及國外，實現遙感小衛星的商業化和產業化發展仍然需要較長的時間。下游市場規模小以及相關企業對遙感小衛星的認識程度不夠是阻礙其商業化和產業化發展的主要障礙。隨著國家專項財政資金的投入，相關民營企業積極投資遙感衛星的研發建設，使遙感小衛星的下游市場逐漸呈現出多元化的發展趨勢，在一定程度上提升了它的民營化和商業化發展水平。在這一產業化初期階段，相關技術科研人員要抓緊時機創新思維模式和市場觀念，不斷提升產品的經濟實用性，推動遙感小衛星的批量化生產、多星低成本發射以及多星編隊組網技術的實現。在具體的創新過程中，技術研發人員還要加強集體技術攻關，在體現技術先進的同時最大程度地避免技術的同質化，明確自身的市場定位，逐漸實現行業的可持續性發展。

2 基于測繪應用的遙感小衛星發展趨勢分析

基于測繪應用的遙感小衛星的繪圖精度受到多方面因素的影響，所用平臺和傳感器的差異都會影響到數據和圖像的精確程度。就衛星體積和質量來看，已發射的資源三號01星、02星以及后續的高分七號衛星、資源三號03星都屬于大中型遙感衛星，它的優勢是成像系統畸變小、姿軌控精度和平臺穩定度高，但是生產成本就會高于遙感小衛星。因此遙感小衛星的未來發展趨勢就會立足于部署靈活、數據采集能力強等方面進行具體開展。下面進行具體闡述。

2.1 面向立體測圖應用

立體測圖能力是判斷遙感小衛星自身能力的重要標準，想要達到合格程度就必須使衛星的姿態固定度不低于10-4每秒量級并且保證不低于0.01°的指向精度，以實現立體測圖精度的提升。在這種情況下，傳感器的譜段設置、幅寬和高分辨率也要相應有更高的發展要求。在衛星研制過程中，小型衛星（質量小于50 kg）以其易于批量化生產的優勢，可以廣泛應用于大規模、低成本的數據采集和檢測，但是小質量衛星受到精度、功耗等的限制使其未來的應用前景仍比不上單星質量在50 kg～500 kg的小衛星，這也是發展趨勢之一。

2.2 逐漸向精細化、星座化、系統化發展

基于測繪的遙感小衛星在衛星傳感器譜段方面由可見光、近紅外向微波、遠紅外擴展的實踐事實，遙感小衛星的發展逐漸朝著精細化、系統化發展。因此，及時合理地發展高分辨率光學遙感小衛星星座、干涉SAR遙感衛星星座等技術能夠更便利地實現對全球測繪高分辨率影像的獲取和利用，就可以實現對重點區域的精細觀測和動態監測。在這種前提下，基于測繪的遙感小衛星就成為保障地理公益信息和實現大眾用戶地理信息定位的重要手段，有利于推進遙感小衛星的企業化和國際化發展。

2.3 突破關鍵技術，提升我國航天遙感水平

在進行遙感小衛星關鍵技術研發的過程中，需要對光學、SAR等有效測繪新體制和構型設計進行實踐創新，還要不斷接觸有效載荷高精度實驗室定標和集成化、小型化技術實現技術更新和降低生產成本。其次，基于測繪的遙感小衛星研制還要攻克能源瓶頸，進行相關的太陽能電池陣或蓄電池的研發，以保證航天器的能源續航。此外精細的數據化處理和智能化多星地面校驗技術的研發開展，對于開展多衛星的協同應用、提升衛星的綜合服務效能具有關鍵性意義。基于測繪的遙感小衛星相關關鍵技術的突破，是實現航天遙感技術不斷提升的重要推動力量。

3 結語

基于測繪的遙感小衛星在國內外航天、國防和民用領域都取得了長足發展，這得益于衛星設計理念的成熟和技術手段的不斷完善。響應更及時、數據更準確、覆蓋范圍更廣的遙感小衛星將與大中型衛星形成互補關系，共同推動地理測繪服務的不斷進步。

參考文獻

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