行业 | 高分七号“上岗”记

高分七号卫星的“高分”全称为“高分辨率对地观测系统重大专项”。早在2006年，高分专项实施方案论证工作就开始启动，实施这一工程的主要原因是，我国长期以来缺乏高性能高分辨率的对地观测卫星，而高分辨率对地遥感卫星在民用和军用方面都有巨大的实用价值。

为追赶世界领先技术，2006年我国通过了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）>，《纲要》中提到有16项重大专项作为突出方向，高分专项计划就是这16项中的一项，将重点发展基于卫星、飞机和平流层飞艇的高分辨率先进观测系统。这里的高分辨率指的是高时间分辨率（即卫星对同一地面的重访周期）、高光谱分辨率（即传感器的波段数多）、高空间分辨率（指遥感图像上最小单元的表示大小）三者。形成时空协调、全天候、全天时的对地观测系统从而建立对地观测数据中心等地面支撑和运行系统，提高我国空间数据自给率，形成空间信息产业链。

2010年，经国务院常务会审议，高分专项进入全面实施阶段。此后的几年中，高分专项工程开始不断发射卫星，“高分家族”成员便逐一登台亮相，高分一号、二号、三号、四号、五号、六号、七号…它们的“火眼金睛”各有所长，有的看得远，有的看得广，有的可以“不眨眼”，有的能“穿云破雾”，而分辨率特别高是他们共同的特点。

“高分家族”里的卫星“各有千秋”。其中，高分一号和高分二号都是光学成像遥感卫星，只是高分二号全色和多光谱分辨率都提高了一倍；高分三号是家族中唯一一个微波遥感卫星，高分四号为地球同步轨道上的光学卫星；高分五号不仅装有高光谱相机，而且拥有多部大气环境和成分探测设备，高分六号与高分一号拥有相似的载荷性能。

而最新发射的高分七号是一颗光学遥感卫星，并且它属于光学立体测绘卫星，是家族中唯一可以拍摄"3D大片”的卫星。立体测绘能力使它不仅能知道地物水平方向长什么样，还能知道山峰有多高、峡谷有多深。

中国空间技术研究院高分七号卫星总设计师曹海翊介绍，作为我国自主研发的亚米级民用光学立体测绘卫星，高分七号将在高分辨立体测绘图像数据获取、高分辨率立体测图、城乡建设高精度卫星遥感和遥感统计调查等领域取得突破。这就意味着，一旦其投入使用，世界上所有建筑物在地图上不再只是一些方格，而是一个个立体“模型”

“同时，它还将与其他六颗卫星一起构成一个能够覆盖从全色、多光谱到高光谱，从光学到雷达，从太阳同步轨道到地球同步轨道等多种类型，具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率能力的对地观测系统。”曹海翊说。

在高分七号卫星上，承担高分辨率测绘成像主任务的是由中国航天科技集团有限公司五院508所研制的双线阵相机，被专家们形缘地称为"卫星上的孪生摄影师”。双线阵相机，顾名思义，就是两台线阵推扫成像相机，位置一前一后，分别是前视相机和后视相机，为地球拍摄出清晰立体的图像。

508所相机项目负责人杨居奎介绍，前后视相机的成像光机主体，相当于单反相机的长焦镜头，设计完全相同，看上去一模一样，就像一对双胞胎，可以满足立体成像的需求。“两台相机采用相同的光机主体设计，可以大大减少设计和后期相机镜头装调的工作量，缩短研制周期和成本；两台相机在装调阶段产生的数据，还可以互相比对印证，提高效率。”杨居奎说。

虽是双胞胎，但工作模式却有不同。专家介绍，高分七号卫星上的后视相机比前视相机另外多设计了4个多光谱谱段成像功能，用来制作彩色地图。从506公里的轨道高度，前视相机对地角度取值26"，后视相机对地角度为5"。这样的优点是既能够得到立体的成像效果，也可以得到近似于正视地球的效果。正视及接近于正视的遥感图像，可以满足除测绘外的国土普查、地物辨别、农作物种植等方面的需求。

此外，高分七号双线阵相机两台“双胞胎”相机分辨率是亚米级的，前视相机分辨率为0.8米左右，后视相机出图有两种分辨率，全色谱段（黑白照片）分辨率为0.64米，多光谱谱段（彩色照片）分辨率为2.6米左右。

双线阵相机的技术负责人王长杰介绍，测绘遥感相机有其特殊要求，成像系统除了需要提供优异的像质外，还需要极高的系统稳定性，对地摄影效果的稳定性要求特别苛刻。“为建立地物点像方和物方坐标之间的准确几何对应关系，前后视两台相机主距、相机畸变及前后视相机光轴指向等指标要求，均比普通遥感相机要高得多，需要提交的性能测试数据也更多。"王长杰说。

高分七号卫星地图标注精度是目前国内最高的，其确定的地物位置与实际目标相比，误差不超过一根头发丝，能够对图片中每一个像素点的横竖坐标位置明察秋臺。这是因为高分七号不只拥有两只明亮的大眼睛，同时还随身携带了一个"秘密武器”--激光测高仪。随着高分七号卫星的稳定飞行，卫星上携带的前、后视相机以推扫方式，分别从前后两个方向对地面同一景物进行不同角度的观测，先从后面拍，再从前面拍，这两张前后一定角度的成像，结合卫星的精确定轨参数，经过大量数据处理和坐标转换等，能推演出平面数据和高程数据。这时，由秘密武器激光测高仪测出来的高程数据能够对前面提供的高程数据进行标定，高精度立体影像就出炉了。

除了以上本领，高分七号还有许多高强之处。据曹海翊介绍，高分七号还具有自主任务功能，卫星高智能处理能力极强；同时，设计师们给卫星设计了自主健康管理功能，也就是可自主诊断健康的随身医生，能够利用自主做出正确诊断，对症下药，实现了卫星在轨多年稳定运行的目标。

作为“高分家族”中的重要成员，高分七号与六位兄弟一样负有非凡的使命。“如果说资源三号解决了我国立体测绘卫星从无到有的问题，那高分七号则在技术上迈了一个大台阶，是名副其实的升级版。"曹海翊说。

高分七号卫星投入使用后，将为我国乃至全球的地形地貌绘制出一幅误差在1米以内的立体地图，不仅能够为规划、环保、税务、国土、农业等部门提供宝贵的信息，而且也是民用地图标注领域核心竞争力所在。

据航天五院高分七号卫星总指挥王祥介绍，卫星入轨后，可与两颗已在轨运行的资源三号卫星组建首个光学立体测绘卫星星座，“三星”组网运行后可更快更好地完成国土测绘和全球测图，打破地图标注产业上游的高分辨率立体遥感影像市场大量依赖国外卫星的现状，开启我国自主大比例尺航天测绘新时代。

王祥说，高分七号的成功研制将填补我国民用高分卫星一米精度高程信息获取能力的空白，和“高分家族”的其他卫星共同构建天基高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、高地图标注精度的对地观测能力，同时通过数据共享促进国际高科技产业合作。

高分专项的七颗星采用层次递进的发展思路，覆盖了从全色、多光谱到高光谱，从太阳同步轨道到地球同步轨道，从光学到雷达，构建了一个全面有效的对地观测体系，使我国的对地遥感卫星技术稳步提高，有效地试验了我国各类遥感技术，取得了宝贵的研发经验和使用经验，打破了一系列遥感技术的国外垄断，对于促进我国经济社会和增强国防能力都具有重大意义。