天绘一号

天绘一号是中国第一代传输型立体测绘卫星，主要用于科学研究、国土资源普查、地图测绘等领域的科学试验任务。天绘一号由航天东方红卫星有限公司研制，采用了CAST2000卫星平台，一体化集成了三线阵CCD相机、2米高分辨率全色相机和多光谱相机等3类5个相机载荷，是当时中国有效载荷比最高的高分辨率遥感卫星。天绘一号实现了中国测绘卫星从返回式胶片型到CCD传输型的跨越式发展，在中国首次实现了影像数据经过地面系统处理，无地面控制点条件下，与美国SRTM相对精度12m/6m（平面/高程1σ）同等的技术水平。天绘一号还形成了中国第一个完全自主产权和国产化的集数据接收、运控管理、产品生产和应用服务为一体的地面应用系统。天绘一号01星、02星、03星分别于2010年8月24日和2012年5月6日2015年10月26日发射成功并组网运行。

基本介绍

天绘一号属于地形地貌测绘类光学基础测绘卫星，其主要功能是为了满足中国国民经济建设对地理影像数据的需要。

天绘一号可以快速获取全球地理空间信息，其特点在于可长期在轨运行，具备快速甚至实时获取3维地理信息的能力，克服了返回式卫星因其携带的胶片数量限制而在轨寿命较短、获取情报时效性差和不能直接形成数字影像等不足，是中国航天领域的重大突破，对促进中国测绘事业具有里程碑意义。

天绘一号卫星既能获取三线阵立体影像，实施全球精确定位，测制地形图；又能获取蓝、绿、红、近红外4个波段多光谱影像，定量反演地物的物理属性，提高地图测制的完整性；还可以获取2米全色影像，通过与多光谱影像融合处理生成彩色影像产品，增强对地物目标的详细、快速、准确判读能力。

在无地面控制条件下，绝对定位精度优于15米，相对定位精度平面优于10米，高程优于6米，满足测制全球1:5万比例尺地形图和修测1：2.5万比例尺地形图精度要求。卫星回归周期58天，同一地区最短重访间隔1天；摄影带宽60公里，双星每天最大可获取300万平方公里遥感影像。

截止2014年，已经成功发射天绘一号01星、天绘一号02星、天绘一号03星，三颗卫星在轨组网运行稳定，对地球陆地有效覆盖59.35%，约8843.2万平方公里，对中国陆地有效覆盖97.2%，约933.3万平方公里，已具备规模化数据保障能力。

发展沿革

天绘一号的成功发射、运行代表着中国掌握了三线阵影像立体摄影技术，是中国测绘事业的里程碑。

在20世纪80年代，中国已经有学者关注三线阵影像立体摄影测量技术的发展。

1996年，由中国国家高技术研究发展计划（863计划）航天领域立项开展传输型三线阵CCD航天摄影测量相机的关键技术攻关，开启了中国传输型摄影测量卫星的研究。

这一项目解决了利用三线阵CCD影像重建外方位元素、自动采集DEM和自动生成正射影像产品等三线阵影像定位于立体测图的关键技术，并验证了该相机数值的可靠性，以及该相机在空间应用中的可行性。

2000年中国开展了实验一号卫星的研制，这颗卫星2004年4月发射成功，从技术体制上全面验证了传输型三线阵摄影测量卫星的可行性，为天绘一号的成功研制打下了技术基础。

2005年6月20日，经国防科工委同意，国家测绘局组织召开“高分辨率立体测图卫星需求与使用要求论证会”，共计12位专家、23个部门64代表人出席了会议。

会议认为：国家测绘局提出的对高分辨率立体测图卫星的迫切需求符合民用航天“十一五”规划思路；提出的测绘部门和其他有关部门对高分辨率立体测图卫星的需求分析报告，分析准确，实事求是；提出的高分辨率立体测图卫星的空间分辨率、精度、传感器的选型和星上参数等主要技术指标，综合考虑了用户需求和卫星研制的技术能力，基本满足使用要求，具备可行性。

2005年6月30日，国防科工委组织召开“民用高分辨率立体测图卫星工程立项综合论证启动工作会议”，明确了开展工程立项综合论证的要求。

8月25日，国防科工委组织召开高分辨率立体测图卫星大总体讨论会。会议认为，高分辨率立体测图卫星用户需求迫切，技术基本可行，可以进入立项程序。

2006年开始天绘一号传输型立体测绘卫星工程研制，简称为天绘一号卫星。

2010年8月24日15时10分，天绘一号01星在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功发射。

2012年5月6日15时10分，天绘一号02星在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭成功发射。双星并网运行良好，技术指标均达到设计要求。

2010年7月，成立中国天绘卫星中心，负责天绘系列卫星的研制建设、运行管理和数据处理，为国民经济建设各领域提供天绘卫星产品保障。

2015年10月26日15时10分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭，成功发射天绘一号03星，卫星顺利进入预定轨道。

设计特点

功能密度

天绘一号卫星装有5台、4种相机，共16片CCD，19个独立影像信息源；装有3台星敏感器和两台测量型GPS接收机（互为冷备份），是当时中国最复杂、功能密度最高的小卫星。有效载荷约占卫星干重的50%。

在个1个1000kg左右的小卫星上，集成了3台5m分辨率全色测绘相机，1台10m分辨率4波段多光谱相机，1台2m分辨率全色高分辨率相机，既能获取3维地理信息，建立全球摄影测量控制网，实施目标定测制1：5万比例尺地图，又能获取蓝、绿、红和近红外4波段多光谱影像，定量反演地物的物理属性，提高地图测制的现势性；同时，通过多光谱影像与全色影像的融合处理，可以生成彩色正射影像产品。

还可以获取2m分辨率全色地物影像，提高地图信息的完整性，增强对地物目标的详细、快速、准确判读能力，配合完成1：5万比例尺地图测制和1：25万比例尺地图的修测工作。

测绘体制

天绘一号卫星采用国际首例的LMCCD测绘体制、中国自主研发的传输型CCD测绘相机，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，打破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传统。使得传输型摄影测量卫星的测绘产品性能达到了参数相当的胶片型框幅式摄影测量卫星的测绘产品水平。

高精度相机

测绘相机由前视、正视和后视3台相机组成，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。

相机采用透射式、准像方远心光学系统，实现了宽视场（7°）高传函（023，771p/mm，整机）、极低畸变（0.003%）的测绘任务目标。

为提高目标定位的高程精度，正视相机焦平面上设计集成了5片独立的CCD器件（1个线阵和4个面阵），彼此之间的几何位置关系要求严格，且在经历相应的力学、热学等环境后能保持稳定。

另外，为提高较暗地物目标的图像信噪比，天绘一号卫星采用电子学控制方法，在航天产品中首次实现了面阵CCD的TDI成像技术。

高分辨率视场

高分辨率相机采用离轴三反Cook-TMA光学系统，成功解决了高地面像元分辨与宽地面覆盖宽度需求之间的矛盾；在500km轨道上，实现了2m的高地面像元分辨率、单台相机地面覆盖宽度达60km。

单相机多波段

天绘一号采用德国的MOMS-02相机，用两台折射式中分辨率相机实现了4波段多光谱摄影。多光谱相机采用离轴三反、无中心遮拦、无中间像的Cook-TMA全反式光学系统。实现了单台相机上蓝绿、红和近外4波段成像的任务。

高精度外方位角元素

天绘一号卫星配置有3台中等精度星敏感器，以满足测绘任务高可靠、长期、三轴高精度指向确定需求。

同时是中国首次设计实现了高强度、高刚度、高稳定度面的测绘光学平台，将3台测绘相机、3台星敏感器和1台多光谱相机集成为一体，为测绘任务对星敏与相机间几何角度关系的高精度及高稳定度要求提供了保证。

测绘光学平台选用铸钛合金ZTC4材料，用精密阵熔模铸造，高压离心浇注钛合金材料实现成型。安装基准和检测基准部位进行精密机械冷加工辅以人工研磨，确保测绘任务对几何角度的高精度要求。

高精度外方位线元素

为了满足测绘任务对高精度外方位线元素的需求，卫星配置有测量型GPS接收机，几何与轨道动力盖学定位方法相结合，实现高精度实时定轨；同时将的GPS原始测量数据经数传通道下传到地面用户，实现地面二次定轨，进一步提高定轨精度。

高速多源数据复接

高码速率、多数据源、各数据源速率互不相同且差别很大是天绘一号卫星数传任务的鲜明特点，总原始数据率高达1.62Gbit/s。测绘数传通道数据色处理器（AOS1）设6个虚拟信道，实现三线阵测绘相机现3路压缩影像数据、多光谱相机1路压缩影像数据、4个小面阵的1路非压缩影像数据、GPS原始测量数据/整星遥测数据1路非压缩、非影像数据的复接、传输。

高分辨率相机数传通道数据处理器（AOS2）设8个虚拟信道，实现高分辨率相机的路压缩影像数据的复接、传输。

多压缩比影像压缩

为最大限度降低影像压缩对影像质量的影响，根据不同相机在测绘任务中的重要程度，采用不同的压缩倍率进行影像压缩：三线阵测绘相机影像采用4：1压缩；4个小面阵影像不压缩；多光谱相机影像采用4.5：1压缩；高分辨率相机影像采用6：1压缩。

高精度时间同步

天绘一号卫星设有高精度有效载荷时间系统。通过GPS接收机提供高精度的硬件秒脉冲信号，同时通过总线广播对应上述秒脉冲的GPS整秒时间。与测绘任务相关的各信息源，均以此GPS秒脉冲信号作为计时基准，生成各自的高精度时标，最终确保各相关信息的时标和GPS时间同步精度优于0.1ms。

高精度几何标定

三线阵测绘相机内方位元素、畸变，前视、正视和后视相机之间的交会角，视轴平行性等高精度几何标定，是实现高精度测绘的基础。为此，研制了7.5m平行光管和0.5"高精度2维转台，实现了相机内方位元素主点位置的标定定精度优于0.2像元、主距标定精度优于20μm、相机交会角标定精度优于2"的高精度几何标定。

数据应用

地面应用系统

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。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，多种卫星影像产品和地理空间信息产品。

数据产出

由中国测绘科学研究院2011年发布“天绘一号卫星”的数据处理报告结论显示，天绘一号达到设计要求，可以为国民经济建设提供相应的数据支持：

（1）天绘一号可提供真正的5.0米分辨率同轨三线阵立体成像，前后视基线高度比约为0.6，且影像质量较好，有利于立体观察和自动影像匹配，须采用一定的影像预处理算法对原始影像进行增强处理。

（2）天绘一号数据存档情况较好，现势性较好；其中高分辨率影像分辨率为2.0米。有利于进行1：50000数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）的内业采集。

（3）天绘一号三线阵标准景影像（60×60km2），区域网平差精度应可以满足我国1：50000测图的要求。

（4）天绘一号三线阵影像数据的分辨率较高，可以获得更高分辨率的DEM数据（理论上最高可获得25.0米间隔DEM），从天绘卫星影像数据中得到的DEM对地貌细节的表达好，精度高，有利于1：50000DEM数据的自动采集。

应用成果

截至2013年12月底，天绘一号卫星先后为各类用户提供数据913批次82995景29878.2万平方公里。

为国土测绘、交通运输、城市规划、资源普查、灾害监测等部门120家用户提供大量各级各类遥感影像数据，广泛应用于国土资源调查、农业估产、林业调查、地图测绘、海洋环境监测、城市土地利用等领域。

在应对重大自然灾害方面积极作为：2013年下半年为黑龙江萝北水灾、甘肃定西地震紧急启动应急响应机制，制定摄影计划并连夜接收处理数据，主动向水利部、国土资源部、国家应急办等相关部委提供天绘影像保障。

发展规划

中国航天测绘将重点发展光学、微波、重力、磁力4种17型约50余颗天绘卫星。

2017年前后，天绘卫星将进入首个密集发射期，陆续发射1:1万立体测绘卫星、第一代分布式微波干涉测绘卫星、0.3米分辨率光学和微波成像卫星，届时将有6型9颗卫星在轨运行。1：2.5万立体测绘卫星、低-低跟踪重力测量卫星、海洋测绘卫星也将陆续立项研制。

2030年，满足全球框架基础测绘、重点地区详细测绘和突发事件应急测绘需要的航天测绘卫星体系将全面建成。

发展成果

目前，已经升空的天绘一号01星、02星、03星工作状态相同，就像三只“千里眼”，获取了大量高分辨率影像资料，主要用于科学试验、国土资源普查、地图测绘、农作物估产及防灾减灾等领域。