揭秘天绘1号:组网运行 立体影像

 钓鱼岛卫星图长春2米全色影像1比2万

                       钓鱼岛卫星图                                                       长春2米全色影像1比2万

天绘一号卫星具有以下功能特点:

功能密度高

天绘一号卫星重约1000公斤,装有5台相机, 3台星敏感器,2台测量型GPS接收机,是目前我国最复杂、功能密度最高的小卫星。既能获取地面像元分辨率优于5米、幅宽60公里的立体影像,建立全球摄影测量控制网,实施控制定位,测制1∶5万比例尺地形图,又能获取蓝、绿、红、近红外4谱段多光谱影像,定量反演地物的物理属性,提高地图测制的完整性。同时,通过多光谱影像与全色影像的融合处理,可以生成彩色或假彩色正射影像产品。还可以获取2米分辨率全色地物影像,增强对地物目标的详细、快速、准确判读能力,配合完成1∶5万比例尺地形图测制和1∶2.5万比例尺地形图的修测。

测绘体制新天绘一号卫星采用基于我国摄影测量专家发明的线面阵混合的LMCCD测绘体制、以三线阵、三视角摄影为主,辅以小面阵成像,巧妙解决了三线阵测绘相机动态摄影测量中的航线立体模型扭曲、高程精度差问题,解决了传输型光学摄影测量卫星难以实现无地面控制点的高精度摄影测量的问题。卫星摄影测量基高比为1,是国际同类摄影测量系统中基高比最大的系统之一,为提高定位精度,特别是高程精度奠定了基础。

笔者了解到,利用天绘一号卫星高分辨率全色影像和多光谱影像,经融合处理可生成彩色正射影像,加入来自三线阵测绘相机的高程信息,可制作彩色立体影像;利用天绘一号卫星高分辨率全色和多光谱数据,经融合处理后,使多光谱影像信息的应用更加精细、广阔;利用多光谱信息可绘制森林矿产资源分布图,还可以通过林木的光谱反射率特征定量反演林木的叶面积指数、叶绿素含量、氮含量和冠层高度等信息,完成树种识别、树林健康状态监视和林地类型的分类等。

小个子大眼睛,“千里眼”锁定高精度

让人们惊奇的是,天绘一号卫星个头虽然不大,仅重约1000kg,但却集成5台成像宽度均为60公里的相机。小个子大眼睛,地面上任何细节都逃不过它的“法眼”。

据了解,天绘一号卫星的光学有效载荷由中科院长春光机所独家研制,各光学相机获取的影像清晰,层次分明。其光学有效载荷包括两个独立分系统,测绘相机分系统和高分辨率相机分系统。

天绘一号卫星的测绘相机分系统包括三线阵LMCCD立体测绘相机、三台高精度星敏感器和四谱段多光谱相机。立体测绘相机是正视相机、前视相机和后视相机的统称,其连续推扫的影像可以构建5米分辨率的立体测量模型,其中正视相机焦面上还装有4个小面阵CCD,用于提高无地面控制条件下的测绘定位精度。测绘相机采用像方远心的亚对称光学系统,光学系统成像质量好。镜头前端设计有碳纤维复合材料遮光罩,用于消除相机对地成像时进入镜头内部的杂散光,也有利于减轻相机质量。相机共应用了线阵、面阵、TDICCD传感器共计16片,是我国光学有效载荷图像传感器最多的。

在这个共计5台独立光学载荷构建的测绘相机组合体中,正视相机、前视相机和后视相机互成角度装入测绘基座安装孔内,多光谱相机安装在测绘基座正视相机底部的安装腔内,3个星敏感器分别安装在星敏支架顶部斜面上,通过星敏支架安装到测绘基座顶部,有效保证了测绘相机的内部几何关系。打造天绘一号“千里眼”的专家们告诉笔者,三线阵CCD立体测绘相机相互几何位置关系的稳定性是保证相机在轨工作的前提条件,因此,构建测绘相机的支撑结构——测绘基座的结构形式和几何稳定性是三线阵CCD立体测绘相机研制工作中的关键环节之一。

天绘一号卫星的高分辨率相机具有分辨率高、覆盖范围宽、寿命长等特点,与三线阵CCD立体测绘相机相结合,可对同一地区进行高分辨率影像获取,增强地物的详细测绘和修测能力,提高卫星的整体应用价值。

为保证相机的内部几何精度,在国内首次研制采用了0.5秒转台和大口径长焦距平行光管,对相机内方位元素和相机间坐标系关系进行了精密几何标定,为测绘应用提供高精度的摄影测量参数。

天绘一号卫星开创了小卫星搭载光学相机数量多和重量轻的先河,为国家节省了大量研制经费。目前,天绘一号01星在轨运行两年来,各相机运行稳定,未出现任何故障。

规模化生产,地面应用系统写神奇

地面应用系统是天绘一号卫星系统工程的重要组成部分,是发挥卫星应用效能的主要环节。其主要功能是完成卫星摄影任务规划和卫星有效载荷运行管理;接收卫星下传数据;对卫星下传数据进行预处理,生成卫星影像产品;完成数据的存储、管理和分发;进行卫星摄影系统主要参数检测和影像特性的标定;进行应急测绘保障处理,生成应急测绘保障产品;完成卫星影像的平差定位;测制1∶5万比例尺数字地形图、数字高程模型数字和正射影像地图;修测1∶2.5万比例尺数字地形图。

如果说测绘相机是天绘一号的“眼睛”,那么地面应用系统就是天绘一号的“双手”和“大脑”。

据了解,天绘一号卫星地面应用系统可分为任务规划、数据接收、数据预处理、数据管理服务、摄影参数与影像特性检测、定位与测图以及应急测绘保障等7个系统。其主要特点是:

新技术的密集运用与集成从系统设计到功能系统研制,集成运用了多层分布式应用系统框架技术,规范化、标准化的组件模型设计技术,多站接收的集中调度和监控技术,海量遥感数据的经济高效存储管理技术,大数据量的快速共享与交换技术,基于网络的高效无缝测图技术,基于等效光束法的摄影测量参数检测与高精度控制定位技术等大量新技术和新方法,大大提高了系统的先进性。

整体性与可扩展性相结合系统从摄影任务规划、数据接收到后期数据处理,是一个完整的闭合链路。系统采用宽松耦合、模块化独立的设计理念,以任务规划系统作为任务流中心,以数据管理服务系统作为数据信息中心,联系各功能系统完成任务调度和数据的管理,各功能系统则独立进行本系统的任务处理和系统维护,相互间耦合关联程度较低,整个系统功能拓展能力、维护能力、稳定运行能力强。

影像产品的多样化系统具备对各种分辨率影像进行0-3级影像产品生产能力;具备数字地形图、正射影像图、数字高程模型等测绘产品的生产能力;具备各类应急测绘产品生产能力。产品种类非常齐全,满足了各类用户的使用要求。

高精度定位与测图采用具有自主知识产权、创新提出的基于线阵与面阵混合配置LMCCD相机,并研发了等效框幅(EFP)多功能光束法平差理论与计算软件,有效地解决了线阵影像空中三角测量航线模型扭曲变形问题,使无地面控制点定位和测制1∶5万地形图的精度达到了工程指标。突破了航天摄影测量在实际生产应用中的技术瓶颈,为我国航天摄影测量的实际应用奠定了基础。

数据信息可视化服务在基于三维地球的遥感影像展示平台上,叠加显示天绘一号卫星影像产品与缩略图数据、矢量、DEM、标绘符号等信息,用户通过显示环境与数据服务系统进行实时交互,可根据实际情况进行产品可视化订制,提高服务效率。

目前,天绘一号卫星地面应用系统已具备了规模化生产的能力,生产了多类卫星影像产品和地理信息产品,生产的多种卫星影像产品和地理空间信息产品,已向包括中国资源卫星中心、国土资源部、国家林业局、长江水利委员会等90余家单位提供了影像和测绘保障,为国防和国民经济建设发展做出了突出贡献。

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