资源三号卫星在轨运行一周年:民用测绘零突破 应用领域展宏图

文章来源:中国航天报 发布时间:2013-01-11


2012年1月9日,资源三号卫星成功发射

  2012年1月9日,伴着惊天动地的巨响,长征四号乙运载火箭托举着中国首颗高精度民用立体测绘卫星——资源三号腾空而起,实现了我国民用测绘卫星“零”的突破,成为我国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。

  作为光学传输型立体测绘卫星,资源三号卫星集测绘和资源调查功能于一体,在轨获取的影像清晰、层次分明,定位精度满足1:5万比例尺地形图、修订1:2.5万比例尺地形图的要求,达到国际先进水平,填补了我国民用测绘卫星领域的空白,极大地扭转了民用航天测绘业务依赖国外遥感数据的局面。

  “资源三号卫星可以长期、连续、稳定、快速地获取覆盖全国的高分辨率立体影像和多光谱影像以及辅助数据,首次实现了我国低轨遥感卫星5年设计寿命,大大提升了我国对地观测卫星的应用效益。”资源三号卫星总指挥王祥如是说。

  在资源三号卫星成功发射并在轨无故障稳定运行一周年之际,回顾它一路走来的艰辛历程,仍让人为之振奋和感慨。

  千呼万唤始出来

  资源三号卫星诞生以前,我国长期以来均依靠广泛采购国外商用卫星影像数据进行测图工作,测绘影像资料贫乏,严重制约了我国测绘事业的发展。同时,大量使用国外商用高分辨率遥感卫星数据作为我国基础地理信息资源的数据源对国家安全将构成很大的隐患。建设我国长期稳定连续自主的卫星数据源是国家的基本需求,研制我国高分辨率立体测图卫星十分必要和紧迫。

  近年来,伴随着我国经济的快速发展,国土资源部、住房和城乡建设部、林业局等各行业部门对基础地理信息的需求越来越强烈,我国急需建立并持续更新全国1:5万地形数据库,建立全国高分辨率正射影像数据库,并更新1:2.5万地形图。需求与能力之间的矛盾逐渐突出,开展我国自主品牌测绘卫星的呼声越来越高。因此,为提高我国国土资源调查与监测的数据保障能力,推动地理信息产业发展,2008年4月,资源三号卫星正式批复立项,这标志着我国正式启动了民用测绘系列卫星的研制工作。

  历尽艰辛保成功

  绘制1:5万比例尺地形图、修订1:2.5万比例尺地形图是什么概念?这相当于是遥感卫星定位精度的“珠穆朗玛峰”。为胜利“登顶”,卫星研制团队重点解决了精密定轨技术、高精度姿态确定技术、高姿态稳定度、星上时间同步技术等关键技术,首次实现超高码速率数据传输技术,使遥感卫星数据传输能力由2×150Mbps提高到2×450Mbps,达到国际领先水平。这些关键技术的突破,无一不经过缜密论证、精心设计、充分试验和反复推敲。

  自批复立项起,五院总体部资源三号卫星研制队伍便开始了持续紧张、有序的工程研制工作。在研制方案阶段,为了弥补研制经验缺乏的不足,项目组组织进行了多次培训和交流,同时加强了设计方案的评审把关,确保设计方案正确无误,降低方案初期的设计风险;初样阶段,加强各项设计指标的验证工作,特别是关乎卫星寿命和确保任务的关键性指标,均进行了100%的验证覆盖,确保不带问题进行正样研制。

  在卫星研制的最重要阶段——正样阶段,团队面临着发射节点和确保成功的双重压力,任何一个环节有一丝松懈,都会对整个任务带来巨大的影响。多少个披星戴月的日日夜夜,多少次离家在外的假日佳节,多少遍扭过头去抚干泪水,多少回咬紧牙关奋力坚持。在卫星研制成功的背后,是团队不为人知的艰辛付出,是家人一如既往的不懈支持,是航天人奉献祖国的坚定信念,是遨游浩瀚星空的自由梦想。


资源三号卫星提供的自主高分辨率影像数据


  稳定运行立新功

  “我吃了一惊,好得超出想象!”这是国家测绘地理信息局副局长王春峰第一次看到资源三号卫星传回的图像时,不禁发出的感慨。

  2012年1月11日,资源三号卫星传回第一幅高精度立体影像及高分辨率多光谱影像。随后,经过为期90天的在轨测试,资源三号卫星实现了一次又一次的“国内第一”:第一次实现我国遥感卫星多角度、多光谱综合立体成像;第一次使我国卫星遥感图像质量达到国际先进水平;第一次实现我国高超高码速率遥感数据传输;第一次实现我国低轨遥感卫星5年设计寿命。

  “高精度背后有四个‘秘密武器’”,资源三号卫星总设计师曹海翊介绍道,“三线阵相机可以无畸变高稳定地获取立体影像,厘米级精密轨道确定技术,角秒级姿态确定技术和微秒级星上时间同步技术。”

  如今,卫星已在轨无故障稳定工作一年,图像质量和定位精度等关键指标满足甚至高于设计要求,得到用户、业内的一致认可。“以前只能高价买外国高清影像,处处受制,如今我们自己的产品更好,用起来十分自豪。”王春峰感慨道。

  截至目前,资源三号卫星已获得1570轨数据,对140多个国家和地区成像,应用系统分发超过30万景,已面向国内外近400家单位提供了产品应用服务,经过几何校验后无控制自主定位精度平均达到9.2米。

  再接再厉续辉煌

  目前,资源三号卫星的数据产品已广泛应用于测绘、国土资源调查、交通、农业、林业、水利、环保、灾害评估、城市规划与国防建设等各个领域,有效解决了数字中国地理空间框架构建方面的数据源瓶颈问题。卫星影像的日新月异,大大改变了1:2.5万甚至更大比例尺基础地理信息产品的更新现状,保障了我国基础地理信息数据库更新周期由五年一版缩短至一年一版,我国地图的更新率由平均5年提升为60天。

  资源三号卫星还完成了对我国西部省区空白区的测绘,对海岸带海岛的地理环境高精度、全覆盖的测绘,对于西部大开发、维护中国海洋权益起到积极作用。此外,在三峡工程、南水北调、西气东输等重大工程,以及南极、北极、三江源考察等重大科研项目中发挥重要作用。

  资源三号卫星的投入使用,将带动我国地理空间数据生产、加工服务等产业链,进一步促进我国地理信息产业的发展。高分辨率立体卫星影像本身具备相当高的商业价值,不仅可以直接制作4D测绘产品或者通过深加工得到更高附加值专题产品,同时相关产品还可以和汽车、手机及其它多种导航终端结合,将应用和服务延伸到了社会大众衣食住行的各个方面,预计产生的直接经济效益和带动的产业规模至少超过200亿元以上。

  资源三号卫星的成功发射和稳定运行真正实现了民用测绘卫星的“好、快、省”,提升了我国独立测绘服务保障水平。随着多项新技术在资源三号卫星上的逐步验证和成熟,未来我国还将建立大规模立体测绘星座——资源三号的后续业务化卫星,以及更高比例尺的测绘卫星,该星座将作为未来中国国家空间基础设施的重要组成部分,为测绘地理信息行业、国家安全与利益等发挥更大作用。(绘文)


澳大利亚利用资源三号卫星影像对海岸植被进行保护监测

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  工程研制历程

  回顾资源三号卫星工程研制历程,从立项论证、工程研制、卫星发射、在轨测试到交付应用各个阶段,在国家国防科工局、财政部、国家发展改革委等部门的领导下,卫星工程各系统承研单位通力协作、创新管理、集智攻关,确保了工程研制任务的顺利实施。

  1.立项论证

  自2004年下半年,原国家测绘局开始酝酿测绘卫星立项相关事宜,开展了关于测绘卫星的一系列需求分析调研工作,并向原国防科工委有关领导汇报了相关情况。资源三号卫星工程立项论证过程中,原国防科工委要求该卫星系统能承担起提升我国基础地理信息的精细观测能力的重任。经过用户单位原国家测绘局与卫星系统承研单位中国航天科技集团公司五院天地一体化联合指标论证,卫星工程按照优先选择成熟平台、合理利用已有载荷的思路,提出了在资源二号卫星平台基础上加以适应性修改,并搭载三线阵立体测绘相机与多光谱相机的资源三号卫星研制方案。

  2008年3月,国务院批准《国防科工委、财政部关于资源三号卫星工程研制立项的请示》(科工计[2008]329号),同意资源三号卫星工程项目立项并开展研制建设。

  2.工程研制

  工程立项批复后,资源三号卫星工程正式启动。

  卫星系统从2008年5月进入研制周期,相继完成了卫星方案设计、初样研制和正样研制工作,并于2009年1月顺利进入初样研制阶段。2009年1月~2010年12月,完成卫星初样阶段工作,包括初样详细设计、电性星测试、结构星力学试验、鉴定产品研制与试验工作;2010年12月~2011年11月,完成卫星正样阶段产品研制、整星AIT和大型试验工作。

  运载系统、发射场系统、测控系统和地面接收系统的工程研制也同步推进。经过3年多紧张的研制工作,各系统研制工作基本结束,具备卫星发射前的准备状态。


资源三号卫星首次实现我国超高码速率遥感数据传输技术

  3.卫星发射

  2011年11月27日,资源三号卫星运抵太原卫星发射中心。2012年1月9日11点29分,长征四号乙运载火箭成功将资源三号卫星送入轨道。当晚,密云站、喀什站、三亚站成功跟踪捕获卫星。2012年1月11日下午,应用系统收到第一轨资源三号卫星影像,利用基本系统于1月12日凌晨顺利生产出了第一批影像产品。

  4.在轨测试

  为了确保卫星在轨测试工作的顺利开展,在工程大总体的安排下,2012年4月20日,在轨测试组完成规定的测试内容,圆满完成了在轨测试任务。在轨测试期间,对测试数据和结果进行了全面分析和评价,依此调整了有关卫星参数,确保卫星处于最佳工作状态。

  测试结果表明,卫星系统功能和性能全面满足《资源三号卫星工程研制总要求》,关键项目性能优于指标要求;地面系统工作正常、运行稳定,功能和性能满足在轨测试要求;资源三号卫星测图精度验证、测图产品精度检查测试结果表明该卫星完全满足1:5万立体测图精度、1:2.5万地图修测与更新精度要求;基本应用系统具备生产1:5万地形图及1:2.5万地图修测与更新的能力;卫星在轨测试期间获取的影像清晰,三线阵、多光谱相机内方位元素保持高精度稳定,外方位元素(姿态、轨道、时间)精度保持稳定,经过地面几何检校后,定位精度达到国际先进水平;高码速率正交圆极化频率复用数据传输系统工作稳定,达到国际领先水平。

  5.在轨交付

  2012年7月30日,国家国防科工局在北京组织召开了资源三号卫星在轨交付仪式。资源三号卫星由研制单位中国航天科技集团公司正式交付用户国家测绘地理信息局,进入业务运行阶段。《资源三号卫星数据管理规则》同日正式发布,标志着我国民用航天工程数据管理进一步规范化。

  资源三号卫星正式投入使用后,为我国测绘地理信息事业的发展提供了高质量、高可靠的空间测绘装备,打破了我国原始测绘影像资料贫乏的制约,对我国卫星测绘和测绘卫星事业的发展起到了巨大推动作用,大大增强了我国基础地理信息保障服务能力。


资源三号卫星在应急测绘保障中得到应用

  资源三号02星技术改进

  1.提高立体影像的分辨率

  资源三号02星在不改变光学镜头的前提下,通过更换与正视相机相同的7微米TDICCD器件,将前后视相机的地面像元分辨率由01星的3.5m提高到2.5m,卫星将进一步提高测绘精度。

  2.提高用户使用便捷性

  资源三号02星将星载软件系统进行了升级,大大降低了用户上行注入命令块的复杂度,保证了地面运行系统的方便快捷。

  资源三号后续卫星规划

  资源三号卫星项目共规划了4颗卫星。在2014年至2020年,双星在轨组网工作,立体影像分辨率将达到2.5m,为更新1:5万全球基础地理信息提供高精度、长期、稳定、连续的数据源,可实现重点城市地理信息3个月更新一次,全国一年更新一次的任务要求。