高分-2看神州，細(xì)節(jié)盡收眼底—專訪高分－2衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師潘騰

本刊記者

高分-2看神州，細(xì)節(jié)盡收眼底—專訪高分－2衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師潘騰

本刊記者劉佳

2014年8月19日，高分－2衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征－4B火箭成功發(fā)射，標(biāo)志著我國遙感衛(wèi)星進(jìn)入亞米級“高分時代”。高分－2是我國高分專項工程的第2顆光學(xué)遙感衛(wèi)星，對于我國遙感衛(wèi)星技術(shù)及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大的里程碑意義。為此，本刊記者對高分－2總指揮兼總設(shè)計師潘騰進(jìn)行了專訪。

記者：請您介紹一下高分－2的研制背景和過程？

潘騰：高分－2是高分專項中首批啟動的光學(xué)遙感衛(wèi)星。該衛(wèi)星無論是從空間分辨率，還是對地觀測幅寬，在我國民用遙感衛(wèi)星的指標(biāo)中都是最高的。通過對標(biāo)，高分－2已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。發(fā)射該衛(wèi)星的目的就是要推進(jìn)我國高分辨率衛(wèi)星的應(yīng)用。這顆衛(wèi)星主要服務(wù)于國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運輸部以及國家林業(yè)局等單位，其衛(wèi)星圖像主要用于土地調(diào)查、礦產(chǎn)資源調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、城鄉(xiāng)規(guī)劃、交通路網(wǎng)建設(shè)、風(fēng)景名勝區(qū)和城市園林規(guī)劃等方面。由于應(yīng)用部門廣泛，所以涵蓋的應(yīng)用領(lǐng)域也比較多。眾所周知，我國目前應(yīng)用的很多高分辨率衛(wèi)星圖像還是依賴進(jìn)口，這顆衛(wèi)星運行后，將很大比例地改變依靠進(jìn)口衛(wèi)星圖片的現(xiàn)狀。高分辨率衛(wèi)星對國防也是很重要的，高分－2的數(shù)據(jù)可以軍民共享。該衛(wèi)星的預(yù)研工作開始得很早，大概從2007年開始，2011年6月3日正式批復(fù)立項，2012年完成正樣驗收，2013年10月出廠。衛(wèi)星發(fā)射后半年正式交付。

記者：高分－2與高分－1相比有什么不同點？兩者之間是什么關(guān)系？

潘騰：從嚴(yán)格意義上來看，高分－2才算是一顆真正的高分辨率衛(wèi)星。高分－1的分辨率是2m（全色）、8m（多光譜）,配合16m的寬幅相機(jī)。雖然業(yè)務(wù)性質(zhì)與高分－2差不多，但其作用更傾向于普查。而高分－2的空間分辨率優(yōu)于1m，同時還具有高輻射精度、高定位精度和快速姿態(tài)機(jī)動能力等特點，是國內(nèi)目前最先進(jìn)的民用遙感衛(wèi)星，可以開展精細(xì)化應(yīng)用。同時，實現(xiàn)了45km的幅寬。高分－1與高分－2可以配合使用，前者側(cè)重大尺度，后者側(cè)重于精細(xì)化。

記者：高分－2使用哪種衛(wèi)星平臺？有什么特點？設(shè)計壽命如何？

潘騰：高分－2使用的是資源衛(wèi)星平臺，但在原衛(wèi)星平臺的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，一是增加了對地觀測的靈活性；二是提高了衛(wèi)星平臺的穩(wěn)定性。因此對地觀測精度得以提高，舉個比較具體的例子，如天上晃動1"，地面上會變形3m。另外，設(shè)計壽命從原來的3～5年，提升為現(xiàn)在的5～8年，采取了重組、冗余等措施，在系統(tǒng)發(fā)生故障的時候仍可以繼續(xù)工作。歸納起來講，機(jī)動性能好、姿態(tài)穩(wěn)定度和對地精度高、壽命延長是這顆衛(wèi)星在衛(wèi)星平臺上主要提升的方面。

記者：請您介紹一下高分－2的主要載荷及其作用？

潘騰：高分－2是一顆對地光學(xué)成像衛(wèi)星，其主要載荷包括兩臺分辨率為1m和4m、幅寬26km的對地成像相機(jī)，大容量固態(tài)存儲器，以及高速率數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。從相機(jī)來看，相機(jī)成像的譜段有全色和多光譜，將來全色和多光譜的融合應(yīng)用可以形成類似谷歌地球那種彩色的圖像。另外，1m和4m的相機(jī)采用的是兩臺幅寬26km的單相機(jī)，拼接后可獲得45km大幅寬圖像。如果想要在空中完成拼圖的工作，需要在設(shè)計上就予以考慮。

記者：國外商業(yè)遙感衛(wèi)星的分辨率已優(yōu)于0.5m，您認(rèn)為我國遙感衛(wèi)星的分辨率要想達(dá)到這一水平需要哪些技術(shù)攻關(guān)？

潘騰：我國遙感衛(wèi)星分辨率達(dá)到1m后，還會繼續(xù)提升，這是發(fā)展的必然。從國際上看，1m是一個攻關(guān)難點，一旦攻下了1m的難點，向分辨率0.5m靠近就沒有本質(zhì)難度了，只需要對一些設(shè)計參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在工藝方面，因為相機(jī)的口徑增大，設(shè)計上的難度自然會增大。由于性能指標(biāo)的提高，對天地的配合要求也會更加嚴(yán)格，而實現(xiàn)路徑并沒有本質(zhì)的差別。另外，有些技術(shù)也是在不斷進(jìn)步的，如分辨率越高，對數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)男枨笠蚕鄳?yīng)增加了。即使我們不提這些需要，隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)存儲能力和傳輸速率也是在不斷發(fā)展進(jìn)步的。

記者：在此次任務(wù)中，采用哪些新的技術(shù)，技術(shù)難點有哪些？

潘騰：高分－2的預(yù)研開始于2007年，已經(jīng)過去了7年多?；剡^頭來總結(jié)新技術(shù)主要有：首先是相機(jī)采取了長焦距、大F數(shù)的輕型化相機(jī)設(shè)計，兩臺相機(jī)總質(zhì)量為460kg。如果不采取這套設(shè)計方案的話，相機(jī)的總質(zhì)量可能達(dá)到八九百千克。第二，因為衛(wèi)星焦距很長，所以整個衛(wèi)星的顫動和振動都會影響成像。為配合相機(jī)成像，衛(wèi)星平臺采用了很好的隔振技術(shù)。側(cè)擺機(jī)動的動量輪、控制力矩陀螺等在軌運轉(zhuǎn)之后多少都會產(chǎn)生一些振動，我們從相機(jī)到振動設(shè)備都做了相關(guān)的隔振措施。第三，高穩(wěn)定性。在研制這顆衛(wèi)星時，首次提出了無控制點定位精度星下點50m指標(biāo)，這是當(dāng)時最高的，從而實現(xiàn)了姿態(tài)穩(wěn)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)、受環(huán)境影響變化小。高分－2下傳數(shù)據(jù)由中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心處理并分發(fā)，該中心盡量保證圖像不失真，應(yīng)用部門需要根據(jù)高質(zhì)量圖像自行分辨和研究。

記者：大視場成像的主要應(yīng)用是什么？

潘騰：高分－2立項時所確定的幅寬45km是經(jīng)過反復(fù)論證確定的。45km可以保證對我國的地級市、縣實現(xiàn)一次成像。對需要全局觀測的場景，大幅寬圖像比較好用，但大幅寬需要與高分辨率配合使用，否則邊緣的圖像是不能用的，可能產(chǎn)生變形。

記者：與法國的斯波特－6、7和美國的陸地衛(wèi)星－8相比，高分－2水平如何？

潘騰：法國斯波特－6的全色分辨率為1.5m，多光譜分辨率為6m，星下幅寬為60km，機(jī)動能力為±30°，無控制點定位精度為30m；美國陸地衛(wèi)星－8是一顆中分辨率衛(wèi)星，全色分辨率為15m，多光譜分辨率為30m，幅寬為185km，從其參數(shù)來看，它是一個大面積陸地普查衛(wèi)星。斯波特－6、7和陸地衛(wèi)星－8都是著重考慮數(shù)據(jù)的連續(xù)性，其配套的數(shù)據(jù)軟件和數(shù)據(jù)庫都是與其相伴而生的，從先進(jìn)性上可以說高分－2技高一籌。但是這些國外衛(wèi)星為了滿足用戶的要求，實現(xiàn)了衛(wèi)星效益的最大化所做的工作，如衛(wèi)星用戶需求與設(shè)計的高度匹配、衛(wèi)星運營和應(yīng)用經(jīng)驗是非常值得我們學(xué)習(xí)的。

記者：請您談一下國際遙感衛(wèi)星發(fā)展的趨勢。

潘騰：國際遙感衛(wèi)星的發(fā)展有幾大趨勢：

第一，衛(wèi)星影像處理技術(shù)不斷創(chuàng)新，應(yīng)用不斷深入。目前，影像處理技術(shù)朝著多元化和企業(yè)級方向發(fā)展，除了傳統(tǒng)的桌面影像處理技術(shù)外，還有影像管理技術(shù)、面向服務(wù)的影像處理技術(shù)等。

第二，高空間分辨率，同時實現(xiàn)寬覆蓋。衛(wèi)星遙感空間分辨率已逼近亞米級，極限為厘米級，以提高目標(biāo)探測精度。在提高空間分辨率的同時提高覆蓋寬度，提高目標(biāo)探測的效率。

第三，定位精度高，機(jī)動性好。這可以解決幅寬的問題，還能從不同的角度看同一幅圖，最終的目的就是希望圖像下傳之后可以直接使用。如果將來衛(wèi)星圖像失真的少，傳下來之后經(jīng)過簡單的處理就可以用了。

第四，實現(xiàn)三維成像。衛(wèi)星遙感本身就是多學(xué)科的綜合，多種技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用將大大拓寬遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍，占領(lǐng)更廣闊的市場。三維數(shù)字成像系統(tǒng)依照新型集成型系統(tǒng)設(shè)計原理所體現(xiàn)的高效率特點，在“動態(tài)監(jiān)測”日益成為世人共識的情況下，必將是遙感衛(wèi)星技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展方向，成為實現(xiàn)數(shù)字地球的新技術(shù)手段之一。

第五，組網(wǎng)應(yīng)用，提高時間分辨率和快速反應(yīng)能力。雖然我們目前的高分辨率衛(wèi)星還不是一個星座，但它有可能是我國高分辨率星座的首顆星。

目前，國外正在發(fā)展的是衛(wèi)星圖像直接下傳至地面移動終端的應(yīng)用，這就需要一個很大的網(wǎng)絡(luò)。我國高分辨率衛(wèi)星的發(fā)展還是要先解決有無問題，有了分辨率米級的衛(wèi)星后，我們要發(fā)展0.5m分辨率衛(wèi)星，然后再考慮如何用好這些高分辨率衛(wèi)星，接著就是建網(wǎng)、組網(wǎng)的問題。由于國家的重視，最近幾年我國遙感衛(wèi)星發(fā)展很快，相信在不久的將來，我國將會擁有自己的商業(yè)遙感衛(wèi)星。