综述与述评 | 高分辨率光学遥感卫星总设计师李劲东：中国高分辨率对地观测卫星遥感技术进展

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全文刊载于《前瞻科技》创刊号“航天科学与技术专刊”，点击文末“阅读原文”获取全文。

李劲东

-研究员，博士研究生导师

-俄罗斯宇航科学院院士

-航天高分辨率光学遥感卫星领域学术带头人

-高分辨率光学遥感卫星总设计师

-国防“973”项目首席科学家

文章摘要

中国对地观测卫星遥感技术体系经过40多年跨越式的发展，形成了陆地、海洋、气象三大卫星遥感系统。在国家高分辨率对地观测系统重大专项的推动下，突破了高分辨率卫星遥感成像质量控制、敏捷机动成像、高精度定位等关键技术，培养了一批优秀的研制队伍，高分辨率对地观测卫星遥感技术达到世界先进水平，为中国经济建设、国防、科研等提供了重要支撑。文章对中国高分辨率对地观测卫星遥感技术的发展、应用和经验进行总结，对比分析国内外的发展现状，指出为适应未来的经济、环境、资源及国家安全体系等发展需求，中国高分辨率遥感卫星应加快建设低、中、高地球轨道结合的高分辨对地观测遥感卫星网络，以提高应用效能；着力发展高精度一体化光学、高分辨率SAR新型卫星遥感技术；构建“互联网、卫星遥感、大数据、数字地球”遥感智能应用新体系。

文章速览

遥感是指不直接接触物体，利用传感器对远距离目标辐射或反射的电磁波信息进行获取的方式。依托卫星等天基平台位置优势，利用基于卫星平台的遥感传感器可不受领土、领空限制对地球、其他星球或空间物体进行观测，实现对其识别、综合探测和应用，是全球变化监测、区域监视等的重要信息获取方式。当前人类已经开发的空间遥感技术应用形式有100余种，如土地矿产资源管理与监测、交通路网安全监测、地质灾害预警、大气环境与水环境污染监测、农林业长势与病虫害监测和估产、洪涝灾害监测与水力设施安全监测、地震灾害监测、气象观测、海洋环境监测、天基预警、国防体系建设、地外行星探测和宇宙起源研究等。60余年来，国内外遥感卫星经历返回型至传输型、普查至详查的发展，如今世界范围内军用、民用和商业遥感卫星蓬勃发展，探测能力日趋提升，应用广度和深度不断延伸。中国对地观测遥感卫星平台及空间遥感技术经过40多年的发展取得巨大的进步，目前已发射遥感卫星200余颗，形成陆地、海洋、气象三大卫星遥感系统，以及资源、高分、风云、海洋、测绘卫星、商业卫星、小卫星等系列，涵盖可见光、红外、高光谱、合成孔径雷达（SAR）等遥感技术。在国家高分辨率对地观测系统重大专项的推动下，实现了一系列卫星遥感关键技术突破，使中国高分辨率遥感卫星性能实现跨越式提升，民用遥感卫星分辨率提升至亚米级，达到世界先进水平。近年遥感卫星逐步实现多星组网，提升了探测应用效能。通过遥感卫星获取的数据和信息已成为国民经济和国防建设的重要部分，传感器数量及类型、空间分辨率和重访周期均处于国际先进水平，部分达到世界领先水平。

然而，由于中国空间事业起步较晚，与国际发达国家相比，中国的空间高性能遥感系统在规模、国土覆盖区域、重访间隔、好用易用性等方面仍有较大的发展空间。随着新型空间遥感技术手段和遥感数据应用方向的拓展，继续深化卫星遥感技术途径，发挥天基遥感的独特优势，助力国民经济发展、资源利用、环境保护和国防建设，发展航天高科技领域的援外建设，对中国建成航天强国、在国际上履行大国义务、推动国际社会人类命运共同体建设具有重要意义。本文简要阐述卫星遥感体系的内涵及卫星遥感技术的发展历程，重点总结高分辨率卫星遥感技术研究成果、学术水平、人才队伍建设情况及国内外现状的对比，提出中国高分辨率卫星遥感技术未来的发展建议。

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卫星遥感及其特点

遥感卫星系统利用空间轨道平台，通过光学相机、合成孔径雷达、数据处理与传输系统等有效载荷，在控制、测控、数管、电源、热控、推进等平台分系统的支撑下对目标对象发射或反射的电磁波信息进行记录，形成遥感数据，输出相应的遥感图像产品（图1）。当前卫星遥感主要覆盖的探测谱段有：紫外（波长10~400 nm）、可见光（波长400~700 nm）、红外（波长0.7~20 μm）和微波波段（波长1 mm~1 m）。

图1  卫星遥感示意图

卫星遥感技术包括被动式和主动式。被动式遥感技术通过遥感传感器对被探测物体发射的电磁波特征进行感知，可见光、红外、高光谱、微波辐射计是常用的被动遥感手段；主动式遥感技术通过遥感传感器发射电磁波到被探测物体表面，然后对物体的散射信号进行探测，常用的有合成孔径雷达、微波散射计等。基于不同的卫星遥感技术，分别形成以可见光、红外、高光谱为主的光学和微波卫星遥感技术路线，其特点和对比如表1所示。

表1  常用卫星遥感技术应用对比

当前国际和国内在轨运行的地球观测遥感卫星有700多颗，主要为光学和微波成像遥感卫星，其运行轨道包括低地球轨道（Low Earth Orbit, LEO）、中地球轨道（Medium Earth Orbit, MEO）和高地球轨道（地球同步轨道，Geosynchronous Orbit, GEO）（图2）。卫星的空间分辨率决定其对地面目标的图像解译能力，是成像卫星的关键指标。在卫星光学相机的像元尺寸及焦距确定的情况下，轨道高度越高，重访能力越强，但会降低空间分辨率。为实现较高的空间分辨率，光学遥感卫星常采用LEO轨道，但在同等姿态机动能力条件下重访能力较低。当前世界上最先进的遥感卫星都兼具高分辨率、快速重访和敏捷成像能力。如美国KeyHole（KH）-12军用卫星利用300 km × 1000 km的椭圆轨道，在近地点可实现0.1 m极高分辨率，在远地点可实现大范围观测、快速重访和对多目标高效能观测。不断提升的应用需求要求遥感卫星具有更高分辨率、更短重访周期和更高的成像效能，但单星的重访能力有限，未来采用多任务轨道与多星组网是解决这一矛盾的有效途径。

图2  遥感卫星轨道类型及参数

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国内外高分辨率对地观测卫星遥感技术

发展现状及对比分析

2.1  国外发展现状及最新进展

从1957年苏联的Sputnik卫星开始，人类的遥感信息获取从利用热气球、风筝、信鸽等携带相机拓展到利用天基遥感平台的方式，观测对象从地球、月球拓展到临近的行星。自1980年起，日本、法国、印度、意大利、俄罗斯、加拿大、德国、中国、巴西、阿根廷、韩国、以色列等国家相继发射遥感卫星。近年来，世界上遥感卫星发射数量整体呈增长趋势（图3），除了民用科学研究，军事应用极大地促进了遥感卫星的发展。按照“军方为主、民商为辅、盟国补充”的发展思路，美国发射了KeyHole、WorldView、GeoEye等军、民、商用遥感卫星。1995年解密的美国军用Corona卫星在1960—1972年间的高分辨率图像表明，其分辨率已达到2.5~7.5 m，该卫星曾对中国核试验原点进行成像。

图3  中国、美国及全球遥感卫星发射数量对比

随着卫星遥感技术的发展，商业遥感卫星研制规模于1990年左右开始壮大。国外的商业遥感卫星系统有地球观测系统（Earth Observation System, EOS）、全球对地观测系统（Global Earth Observation System of Systems, GEOSS）等，主要的光学遥感卫星有IKONOS、SPOT、QuickBird、WorldView、IRS、RapidEye系列及DMC星座等；微波卫星有RadarSat、Terra SAR-X、ENVISAT及ALOS等系列。先进的气象卫星具备较强的综合探测和精细化探测能力，水平分辨率最高达500 m，垂直分辨率最高达550 m，可同时实现短期气象和长期气候监测，海洋卫星可实现静态环境和动态环境监测的结合。美国最先进的KH系列军用卫星空间分辨率0.1 m，红外分辨率1 m，法国“太阳神”卫星可见光分辨率0.25 m，红外分辨率2.5 m。美国民用商业卫星WorldView-3拥有超过10个探测波段，全色分辨率0.31 m，多光谱分辨率1.24 m，短波红外分辨率3.72 m，且可以和WorldView系列卫星进行组合探测。综上，当前国际上领先的遥感成像卫星空间分辨率达到亚米级，且具有多种成像模式，其中光学分辨率达0.1~1 m，微波分辨率达0.3~1 m，光谱分辨率达到纳米级。世界各国代表性的在轨遥感卫星参数如表2所示。

表2  世界各国代表性的在轨遥感卫星参数

在军事和民用需求的推动下，经过60多年的发展，世界主要航天大国高分辨率遥感顶层规划和遥感观测体系不断完善，人才、技术的积累和相机、传感器、成像、制冷等载荷关键技术的突破，带动了卫星遥感商业化，美国EOS商业遥感卫星已全面实现亚米级分辨率。参与卫星遥感的总体研发队伍除各国航天机构和海、陆、空、天等军事机构，还有大量的商业公司及高校研究团队。国外主要的遥感卫星研制机构包括：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、俄罗斯航天局、日本航天局、洛克希德·马丁公司、Space Imaging公司、Digital Globe公司、Planet Labs公司、行星公司、黑天全球公司、法国空客公司等。商业公司在光学、SAR、视频小卫星、星座建设方面有效补充了国家对地观测遥感体系。当前世界航天大国遥感卫星研制、数据获取及应用产业链相对完善，可发挥多星组网、多轨道配合、高重访、高定位精度等整体效能，通过多样化传感器数据互补可半日内实现全球高空间分辨率、高时间分辨率的水平和垂直综合观测。未来世界高分辨率对地观测的主要特点是遥感数据多元化、数据在星上处理后下传、以星座应用为主，如Sky Box Imaging公司的SkySat卫星星座，美国Planet Labs的Flock星座，美国陆军太空导弹防御司令部的KestrelEye星座等。

2.2  中国发展现状及最新进展

2.2.1 中国卫星遥感技术体系发展历程

中国首颗遥感卫星于1975年诞生于中国空间技术研究院，为胶片返回式遥感卫星。1975年8—10月钱学森主持召开全国第一次遥感规划筹备会议，将遥感列为国家重点发展项目。40多年来，中国遥感卫星历经胶片返回式到传输型光电遥感、高分辨率遥感的跨越（图4），突破了高分辨率大型可见光、红外、高光谱、SAR、高精度动态成像、高轨成像等关键技术，形成了陆地、气象、海洋等卫星遥感系统（图5）。

图4  中国民用遥感卫星跨越式发展路径及

里程碑事件

 图5  中国卫星遥感技术体系及遥感卫星系列

当前中国民用遥感共在轨五大系列30星，载荷类型包括全色相机、多光谱相机、红外相机、高光谱相机、立体相机、合成孔径雷达、视频相机、微光相机和激光高度计等，载荷数量、类型、空间分辨率和重访周期均达到国际先进水平。遥感数据为国家土地矿产资源监测、交通路网安全监测、城市精细化管理、地质灾害预警、大气环境与水环境污染监测、农林业长势与病虫害监测和估产、洪涝灾害监测与水力设施安全监测、地震灾害监测、国防等提供了大量服务与支撑，也对全球天气预报、气象灾害预测、气候变化等研究和预防作出了重大贡献。

通过国家高分辨率对地观测系统重大专项工程的建设，中国对地观测遥感空间分辨率达到亚米级，时间分辨率可实现每天多次重访，光谱分辨率达到纳米级，高分辨率卫星研制水平跻身世界先进行列。高分系列卫星的部署强化了航天遥感系统综合设计，标志着中国航天遥感进入了多星天地一体化业务服务阶段，形成了“空间信息产业链”、实现了人才队伍培育和技术储备。后续业务星的实施，将进一步拓展与提升中国遥感卫星载荷谱系和技术水平。未来随着新一代体系效能型对地观测系统的建设，中国卫星遥感将步入以精细观测、探测数据智能处理、协同互联和高时效应用为特点的智能发展阶段，至2035年将实现建强“空间信息产业链”的目标。

中国高分辨率遥感卫星顶层规划和数据应用研究单位主要有国家国防科技工业局、自然资源部、环境保护部、国家海洋局和中国气象局等部委所属研究机构，卫星研制和基础设施建设以航天央企为主，总体设计单位主要有中国空间技术研究院和上海航天技术研究院。近年来，随着商业航天的发展，中国也培育了众多的商业遥感及小卫星研制单位，如2014年成立的长光卫星技术有限公司、中国科学院微小卫星创新研究院等。遥感卫星载荷研制方面，光学相机研制单位主要有北京空间机电研究所、中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、中国科学院西安光学精密机械研究所；星载SAR研制单位主要有中国科学院空天信息创新研究院、中国电子科技集团公司第十四研究所、中国电子科技集团第三十八研究所、中国空间技术研究院西安分院等。近年来，国内高校和中国科学院等研究机构在小型遥感卫星研制中取得了丰硕的成果，如武汉大学“珞珈三号”01星实现人工智能与摄影测量的融合，长光卫星“吉林一号”系列获得灵巧视频卫星研制的突破。

2.2.2 中国高分辨率对地观测遥感卫星体系建设与技术发展

在地球轨道上，发现、识别、确认和对目标进行详查所需的空间分辨率分别为目标尺寸的1/2、1/5~1/7、1/10和1/30~1/60，要实现对更小尺寸目标的详查，需要天基系统更高的分辨率。在2010年实施的高分辨率对地观测系统重大专项及《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》的推动下，高分一号至高分七号与高分多模卫星综合利用可见光、多光谱、红外、高光谱、SAR等遥感技术（表3），使中国获得了高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的对地观测、立体测绘和定标能力，对地观测水平得到极大提高，遥感关键技术取得重大突破，形成了国家自主数据源，国产遥感数据使用率达90%以上。但所用遥感技术以全色和中短波红外为主，缺乏长波红外，对微波和SAR的应用相对较少。图6为高分二号、高分三号、高分七号及高分多模卫星获得的影像，可以看出码头船只、道路及建筑细节清晰可辨。

表3  高分辨率民用遥感卫星研制情况

图6  高分辨率民用遥感卫星应用图像示例

高分一号卫星空间分辨率为全色2 m，多光谱8 m和16 m，可实现光学普查。其突破高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感、多载荷图像拼接融合、高精度高稳定度姿态控制、低轨卫星5~8年寿命及高分辨率数据处理与应用等关键技术，提高了中国高分辨率数据自给率。

高分二号卫星采用两台相机拼幅成像的方式来增大幅宽，全色和多光谱遥感分辨率分别为0.8 m和3.2 m，可实现光学详查，定位精度优于50 m。

高分三号卫星是中国首颗民用1 m分辨率C波段多极化SAR卫星，突破了星载SAR多极化和定量遥感、低轨遥感卫星长寿命设计等关键技术，具有聚束、条带、扫描、波模式等12种成像模式，是世界上成像模式最多的SAR卫星，可全天候、全天时、高分辨率对道路、建筑和舰船进行大范围普查，与2021、2022年发射的高分三号02/03星组网可实现重点区域1天两次重访，标志着中国的星载SAR技术达到世界先进水平。

高分四号卫星是世界首颗地球静止轨道光学遥感卫星，配备可见光和中波红外共口径光学相机，在35786 km地球同步轨道可见光全色/多光谱星下点空间分辨率为50 m，中波红外星下点像元分辨率为400 m，各谱段幅宽均大于400 km × 400 km，可以凝视模式、巡航模式、跟踪模式、签到模式、夜间模式等多种方式工作，快速应对中国及周边地区的观测任务，填补了世界静止轨道高分辨率遥感卫星的空白。

高分五号卫星具备可见光至短波红外高光谱成像、可见至长波红外多光谱成像、紫外至短波红外高光谱分辨率大气探测、红外掩星高光谱大气探测、可见至近红外多角度偏振成像、海洋耀斑观测等等26种大气探测模式，是世界首颗覆盖全光谱谱段的高光谱卫星，可综合观测大气、水及生态环境。其长波红外分辨率 40 m，多光谱分辨率 20 m，高光谱载荷可见近红外波段（0.4~1.0 μm）光谱分辨率5 nm、短波红外波段（1.0~2.5 μm）光谱分辨率10 nm，高光谱分辨率30 m，光谱分辨率可达0.03 cm^–1，光谱定标精度最高可达0.008 cm^–1，幅宽（60 km）约为美国Hyperion 的8倍。

高分六号卫星配备全色和蓝、绿、红、近红外五谱合一探测器，是中国首颗设置红边谱段的高分辨率多光谱遥感卫星，可在不增加短波成像器件情况下获得短波红外光谱识别效果，反映植被光谱特征。高分六号卫星突破了超大视场离轴相机成像、星地一体化协同高效、高精度数据处理等关键技术，实现全色分辨率2 m，多光谱分辨率8 m，星下点8谱段16 m分辨率一次推扫成像幅宽达860 km，技术水平达世界先进。高分六号与高分一号卫星组网，大幅提高了高分辨率数据获取的时间分辨率，是全国国土资源、水利、农业等“一张图”工程的重要数据源。

高分七号卫星是国内首个亚米级双线阵立体成像卫星，配备2套激光测高仪和激光足印相机，可同期获取多源遥感数据，使中国低轨民用遥感卫星分辨率达到0.65 m，实现1∶10000比例尺立体测图能力（无控定位精度优于平面3.57 m/高程0.79 m），测绘能力达世界领先，成为世界上少数几个掌握成套卫星测绘技术的国家。

高分多模卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025 年）》中分辨率最高的光学遥感卫星，全色分辨率0.42 m，8谱段多光谱分辨率1.68 m，幅宽15 km，无控制点目标定位精度优于10 m，具有同轨多点目标成像、同轨多条带拼幅成像、同轨多角度成像、同轨立体成像、沿迹主动推扫成像、非沿迹主动推扫成像6种成像模式，首次使中国民用光学遥感卫星分辨率达到亚米级,并实现了对任意方向目标“动中成像”。

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高分辨率对地观测遥感卫星关键技术

突破

3.1  高分辨率光学遥感

图像是成像遥感卫星最重要的产品，分辨率是影响遥感产品有效性、准确性和应用价值的重要指标。发现和区分阴暗区、低大气能见度下的隐蔽性较小地物目标，遥感卫星像元分辨率需优于1 m，解译度需GSD=0.5 m@MTF=0.2以上（GSD，Ground Sample Distance，地面采样间隔；MTF，Modulation Transfer Function，调制传递函数）。美国KH-11/KH-12和法国太阳神-2/CSO-1的分辨率优于0.3 m，可识别、辨认、分类、清点及对目标进行特征提取。中国高分辨率光学遥感卫星可见光成像分辨率达到亚米级，同时具备高轨高分辨率红外探测和高精度测绘及目标定位能力，高光谱载荷谱段达到330个，多项技术指标比肩世界最高水平，主要技术突破如下。

（1）甚高分辨率可见光相机技术：实现1.5 m大口径主镜制造与精密加工（图7（a））、甚高分辨率可见光同轴/离轴三反相机研制、高速推扫成像调制传递函数运动补偿在轨应用。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所地面实现直径4 m的碳化硅（SiC）反射镜制造，此前世界最大尺寸的碳化硅反射镜为Herschel望远镜直径3.5 m的主镜，美国KH卫星反射镜直径约3 m。

图7  中国高分辨率遥感卫星主要技术进展

（2）甚高分辨率光学遥感成像总体技术：解决大气、杂散光、相机、颤振、稳定度、星-地速补偿、积分时间、推扫方向低MTF、敏捷机动成像中密集扰振等引发的动态成像模糊问题，突破基于星载大气特性偏振探测的大气校正复原（图7（b））、全成像链高精度像移模糊控制技术，MTF提升超过20%，提高暗弱目标识别能力，实现超低椭圆轨道甚高分辨率高速低噪声成像（图7（a）），可对地面目标精细化观测。

（3）可见光/红外/高光谱综合遥感技术：解决可见光推扫、红外摆扫、高光谱面阵推扫等多体制/多像面在轨高动态协同匹配成像难题，突破推扫与摆扫不同成像体制在星-地速补偿下动态成像匹配、红外摆镜/制冷机/CMG群等大幅激振下成像保证、红外和光谱多像面精准协同匹配成像等关键技术，实现可见光、红外、高光谱三载荷在轨动态精准匹配成像，使光学遥感卫星具备全天时、高分辨率成像和隐蔽伪装识别能力。

（4）高轨高分辨率卫星遥感技术：针对高轨高分辨率卫星35786 km轨道高精度定位与成像、超大型相机畸变和不稳定、高轨高精度定轨、敏捷动中成像精度保证、相机-星敏多视轴慢漂补偿和低频颤振难题，发展出一体化高精度目标定位、星上全频段微振动抑制与隔离技术，保障了高分四号高轨敏捷机动成像，使中国对地观测具备了较高空间分辨率和极高时间分辨率，可对目标区域高帧频重复凝视，获取目标动态变化。

3.2  高分辨率微波遥感

全天候、全天时、多模式高分辨率微波遥感是当今空间遥感重要的前沿技术和研究热点。目前世界范围内已经陆续发射了超过26个系列、50余颗SAR卫星，其中美国发射的SAR卫星超过16颗。中国现役的SAR卫星主要有X频段、C频段和L频段，其中X频段能够更加精确地描绘目标的细微形状，C频段适合大幅宽普查，L波段可以部分穿透植被，同时获取植被和地面信息。中国风云三号、环境一号C、高分三号、天绘二号遥感卫星分别采用多通道微波辐射、基于反射面体制的SAR遥感技术，其中天绘二号卫星使中国实现由单SAR卫星向双星干涉测绘的跨越，实现多模多频、全极化、立体、宽成像带和小型化的微波SAR成像技术。2022年发射的“陆地探测一号”A星采用L波段SAR，分辨率3 m，将与后续的B星构建全球首个地表形变干涉测量星座。目前中国在轨SAR卫星数量偏少，在民用、商业等领域还有较大发展空间。通过高分专项的建设，SAR微波遥感技术实现了以下突破。

（1）多极化相控阵体制SAR天线技术：采用平面二维扫描固态有源相控阵天线体制，突破高精度SAR内定标技术、大型相控阵SAR天线展开机构技术、大热耗SAR天线热控等技术，构建了高极化隔离度、高能量利用效率、二维波束高精度控制、轻量化的SAR天线。

（2）高精度多模式SAR成像技术：利用“极化时分”及“正负调频斜率”方案获得多极化数据，改善点目标模糊；通过高精度姿态控制及二维导引消除地球自转、地球椭率和卫星轨道扁率引起的多普勒中心频率变化；通过有源相控阵天线实现成像模式灵活控制和波位灵活切换，实现多极化、聚束、条带、扫描等多模式SAR成像应用。

3.3  高分辨率遥感卫星共性技术突破

对于大型光学和微波卫星，微扰振、敏捷机动和动中成像等影响其分辨率和成像质量，决定卫星能否“看得清”，而高精度定位、高速海量数据处理和传输共性技术则制约其能否“定得准”“用得好”。

（1）高速图像数据处理、存储与传输技术：解决了80 Gbps高速图像预处理、协议处理、数据管理、信道编码、加密等一体化设计、在轨辐射校正、云判、图像定位等难题，研制成功新一代高速数传系统，突破高分遥感卫星海量图像数据预先压缩引发的像质下降与传输瓶颈，打破了依赖国外进口的局面。中国遥感卫星所采用的数据处理与传输系统，从资源二号卫星的X频段2×100 Mbps，提高到高分二号卫星的X频段2×450 Mbps；从高分七号卫星的X频段2×800 Mbps，提高到目前最高的Ka频段2×1500 Mbps。西安电子科技大学研制成功航天高速图像压缩芯片——雅芯-天图，解决了芯片单粒子翻转和锁定问题，压缩性能优于国外的先进芯片。

（2）高精度目标定位技术：针对单线阵体制航线扭曲、立体像对不关联、基高比不固定、超大型相机畸变漂移、敏捷动中成像能力与精度保证、相机-星敏多视轴漂移补偿、低频颤振抑制、超大型相机畸变热稳定性保持、激光测高精度保证难题，中国遥感卫星发展了高精度立体定位及基于敏捷多基线成像的高精度定位技术、双星InSAR成像和高精度定位技术，实现激光测距高程精度、多角度重复观测定位精度及小面阵成像关联定位精度提升，可对城市地区“断崖”式目标进行反复观测，解决“断崖”式目标遮挡区信息缺失引起定位精度下降的问题。提高平差精度、姿态相对精度及无控高程精度，实现星下点成像无控定位精度优于平面3.57 m/高程0.79 m，天绘二号卫星定位测试结果与德国TanDEM-X系统相当，使中国雷达遥感测绘数据不再依赖国外。

（3）大型遥感卫星“敏捷机动+动中成像”技术：发展全-控制力矩陀螺群（Control Moment Gyroscopes, CMG）敏捷机动控制和大力矩CMG群“敏捷机动+动中成像”技术，解决快速“启动—加速—刹车—稳定”、强轨道机动与敏捷姿态机动难题，实现大型高分辨率遥感卫星双向主动推扫/回扫成像；构建CMG群奇异规避、故障诊断及安全重构方法，解决CMG突发故障引发卫星翻滚失控的风险；通过高动态甚高精度星敏感器技术，突破长期制约中国高精度星敏慢漂抑制的技术瓶颈，使中国光学遥感卫星在滚动、俯仰多轴高分辨率成像模式下具备高精度、高稳定度控制能力。

（4）高分辨率遥感卫星微扰振抑制技术：通过成像频带与微扰振频带隔离、全系统微扰振源与抑制一体化，解决星上密集扰振频带减隔振策略引发耦合共振、焦平面像移、降低定位精度与分辨率等矛盾，实现高分辨率光学遥感卫星高积分级数、长曝光时间、微振动敏感条件下的全系统微振动抑制和高质量成像。

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中国高分辨率对地观测卫星遥感技术

发展建议

基于国内外高分辨率卫星遥感技术现状对比分析和国内取得的关键技术突破可以看出，在国家科技计划支持和规划建设下，中国形成了丰富的遥感卫星系列，海洋、测绘、气象、高分辨率对地观测卫星和商业遥感卫星分别实现多星小型星座组网观测，高分辨率对地观测遥感与国际领先水平的差距显著缩小，高分辨率光学、SAR遥感技术发展总体达到国际先进水平，基础设施发展规模和部分核心技术国际领先。但未来不断提升的国家地理信息服务、地图导航、防灾减灾、海洋国土权益、国防安全等方面的应用需求亟需从以下几方面进一步发展智能化、网络化、精细化、高动态、高时空分辨率、高光谱分辨率和高辐射分辨率的卫星遥感技术，为国民经济建设提供支撑：①体系效能和顶层规划的引领作用需进一步发挥，遥感卫星设计应加速从面向单一用户向组网应用发挥体系效能转变；②传感器类型单一、大口径光学发展滞后，高分辨率红外传感器应用较少，高光谱探测集中在可见光到短波红外谱段，红外焦平面探测器、中长波红外高光谱和深低温等技术瓶颈有待进一步突破；③卫星数据深度应用、遥感数据与大数据、云计算、人工智能技术的融合等存在不足，卫星遥感的好用、易用性还有待提升。

世界卫星遥感系统的主要发展趋势是多平台、多传感器、多角度探测，遥感数据的获取趋向于高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率。根据与世界发展趋势的对比，中国卫星遥感技术及遥感系统的未来发展建议主要有3个方面。

1）建设低、中、高地球轨道结合的高分辨对地观测遥感卫星网络

低地球轨道卫星观测分辨率高、中地球轨道卫星利于持续监视、高地球轨道卫星监视区域广，组建低地球轨道高分辨率大星座和基于3种轨道的卫星联合观测体系，可以充分发挥各类遥感卫星的特点，提升卫星遥感体系整体应用效能。未来遥感体系建设将从“单星应用”及“多星一体化应用”向“体系效能”方向发展，国际上美、法等国家一直致力于低、中、高地球轨道联合观测体系建设。美国最早提出以KH-12+长曲棍球卫星低地球轨道系统、8X增强型光学成像卫星中地球轨道系统、高地球轨道高分辨率光学成像系统构成天基高分辨率综合侦察监视体系，以全天时全天候连续监视军事目标，提升对舰船、导弹发射车等时敏目标的动态监视能力。近年来，多星组网进行连续对地观测、甚至对地视频观测在商业卫星遥感领域也成为新的趋势。中国幅员辽阔，对中国及边境区域的连续、实时、全天时全天候监测和勘察，亟需各类型高分辨率遥感卫星空间联合组网形成高效能观测体系，实现2035年建强“空间信息产业链”的目标。

2）加快发展新型卫星遥感技术

①发展短、中、长波多谱段综合红外遥感和可见光-红外多谱段共光路设计技术，以进行高精度、精细化融合探测和目标识别；提升大口径、长焦距高分辨率光学相机研制能力，探索光学合成孔径成像、稀疏孔径成像、瞳孔成像、薄膜衍射成像及空间分块可展开等新型成像技术，以突破光学系统口径（3~4 m）和运载能力制约；发展高保真海量高光谱数据压缩技术，以减小三维数据传输量。②发展高分辨率SAR多方位、高时相信息获取技术和多频段轻质化SAR天线及一星多能成像系统，提高中高轨SAR系统成像探测能力，实现高分辨率、大幅宽和更高的高程精度。采用反射面天线、高分宽幅SAR、极化SAR、极化干涉SAR、多角度SAR及视频SAR等新体制以利于微波定量遥感、高精度数字高程信息和观测对象细微形变信息的提取，以及满足大场景、局部高分辨率成像应用需求。

3）构建“互联网、卫星遥感、大数据、数字地球”遥感智能应用新体系

卫星遥感技术具有多探测手段、多分辨率、多谱段、多维度、全天时、全天候等特点，遥感信息具有全球性、多视角、多维度、多尺度的特征，全球性气候、生态、环境变化等遥感数据资源具有巨大战略价值。当前世界高精度商业遥感卫星的空间分辨率已提高到0.3 m，中国高分辨率遥感卫星已从数米提高到优于0.5 m。未来卫星遥感应用可进一步与移动互联网、全球导航、物联网、云计算、大数据分析、人工智能等战略新兴产业深度融合，提高卫星遥感服务实时性和便利性，推动航天技术与应用产业加速融入信息服务产业，为高精度数字地球、智慧城市、智慧交通、实现碳中和等目标提供基础数据，推动未来通导遥一体化天基信息实时智能服务系统建设。

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结束语

经过几十年的发展，中国卫星遥感技术取得巨大的进展，通过卫星遥感系统建设取得一系列重要成果，可以看到中国卫星遥感技术和应用正在追平世界先进水平，部分技术已经达到世界领先水平。但不可否认，在一些方面仍然有较大的发展空间。未来应当利用好现有技术积累和新技术优势，加速遥感传感器技术研究，加快构建新的卫星遥感技术体系，组建遥感卫星系统网络、提升遥感卫星应用效能，使中国卫星遥感技术水平整体达到世界领先，以更好地服务国民经济和国防现代化建设。

END

引用本文

李劲东.中国高分辨率对地观测卫星遥感技术进展[J].前瞻科技,2022,1(1):112-125;

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2022.01.010

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