如何发展我国自主超高分辨率立体测图卫星关键技术?

How to develop the key technology of my country's independent super-high-resolution stereo mapping satellites?

问题年度:2021 问题类型:工程技术难题 学科领域:地球科学 学科细分归类:测绘科学与技术,其他

推荐机构:中国测绘学会

卫星测绘 1:2000 高精度几何定位 高辐射质量

问题描述

美国、法国、印度等国家在航天遥感领域持续发力,目前已经发射或正在规划分辨率小于0.3m甚至0.2m、能满足1:2000立体测图的高精度测绘卫星,抢占世界航天科技和应用高地。我国先后发射了资源三号、高分七号等国家民用空间基础设施卫星,分别实现了1:50000、1:10000高精度立体测图,但在1:2000领域仍处于空白,与国际领先水平还有一定差距,相关工程技术难题亟待突破。

问题背景

目前分辨率优于0.3m的面向1:2000的大比例尺国产卫星测绘处于空白,由民营资本参与主导的商业航天遥感机构则不具备发展如此高分辨率、精度的立体测绘卫星的基本条件,目前在国家民用空间基础实施规划中因卫星工程实施条件不足也未被列入计划。从工程技术角度,还存在大比例尺测绘卫星总体设计及指标论证、传感器及平台设计、高精度数据处理及应用等薄弱环节,诸如亚角秒级高精度姿态确定、10-6量级的超稳定度卫星平台、0.2m级超高几何分辨率航天CCD拼装、复杂空间环境下卫星平台与载荷夹角变化高灵敏度测量与高稳定控制、高可靠度的激光测高数据处理、甚高分辨率高精度几何辐射检校、全球高精度高程基准建立等关键难点问题需要攻关。

最新进展(截止问题发布年度)

我国先后通过2012年、2019年发射的资源三号和高分七号卫星实现了1:50000、1:10000高精度立体测图,突破了卫星测绘几何辐射全链路模拟仿真、高精度几何辐射检校技术、高精度定轨定姿及后处理技术、严密几何模型构建、卫星激光测高及复合测绘、卫星影像密集匹配立体测图等关键技术。

美国分别在2014年、2016年成功发射了分辨率达0.3m、测图精度满足1:2000的WorldView-3/4商业卫星。未来几年,美国还计划建设WorldView-150、WorldView-Scout、WorldView-Legion系列星座,对地球表面的高精度重访周期缩短至36分钟,即理论上每天对同一地点可成像40次。印度于2019年发射了分辨率达0.25m的高精度制图卫星CartoSat-3,法国也将在Pléiades的基础上建设0.3m分辨率的Pléiades Neo星座。目前我国民用遥感卫星分辨率的最高水平为0.41m,但还无法满足1:2000大比例尺立体测绘需求。

重要意义

卫星测绘是航天遥感高精尖技术的聚集地,发展大例尺卫星测绘是建设测绘强国的必由之路,是维护国家地理信息安全的重要举措,有利于提升我国测绘地理信息的国际话语权,也是支撑国民经济高质量发展、国家治理体系和治理能力现代化的重要手段。

传统航空摄影技术手段能够获取分米级甚至厘米级的甚高分辨率遥感影像,但存在作业成本高、周期长、受制于地域条件和天气条件等局限性。大比例尺地形图测绘、国土调查、新型城镇化发展、自然资源精细化管理、不动产登记、智慧城市构建、“一带一路”倡议实施,对自主甚高分辨率卫星遥感数均存在旺盛的需求。相关需求要求对全国200万平方千米重点区域和全球200万平方千米重点地区进行年度覆盖,对全国400万平方千米的重点区域进行季度或月度覆盖,对全国100万平方千米的重点目标进行每天覆盖。

高质量、高时效的甚高分辨率卫星数据获取是发展的必然趋势,已成为衡量一个国家高技术水平的重要标志。无论从航天遥感技术进步、国家安全保障,还是应用需求的角度,都需要发展优于0.3m的甚高分辨率民用光学遥感卫星测绘,这是世界航天遥感的大势所趋、发展和应用所向