天繪一號是中國第一代傳輸型立體測繪衛星，主要用於科學研究、國土資源普查、地圖測繪等領域的科學試驗任務。
天繪一號由航天東方紅衛星有限公司研製，採用了CAST 2000衛星平台，一體化集成了三線陣CCD相機、2米高解析度全色相機和多光譜相機等3類5個相機載荷，是當時中國有效載荷比最高的高解析度遙感衛星。天繪一號實現了中國測繪衛星從返回式膠片型到CCD傳輸型的跨越式發展，在中國首次實現了影像數據經過地面系統處理，無地面控制點條件下，與美國SRTM相對精度12m/6m（平面/高程1σ）同等的技術水平。
天繪一號還形成了中國第一個完全自主產權和國產化的集數據接收、運控管理、產品生產和套用服務為一體的地面套用系統。
天繪一號01星、02星、03星分別於2010年8月24日和2012年5月6日2015年10月26日發射成功並組網運行。
基本介紹
基本介紹,發展沿革,設計特點,功能密度,測繪體制,高精度相機,高解析度視場,單相機多波段,高精度外方位角元素,高精度外方位線元素,高速多源數據復接,多壓縮比影像壓縮,高精度時間同步,高精度幾何標定,性能數據,數據套用,地面套用系統,數據產出,套用成果,發展規劃,
基本介紹
天繪一號屬於地形地貌測繪類光學基礎測繪衛星，其主要功能是為了滿足中國國民經濟建設對地理影像數據的需要。天繪一號可以快速獲取全球地理空間信息，其特點在於可長期在軌運行，具備快速甚至實時獲取3維地理信息的能力，克服了返回式衛星因其攜帶的膠片數量限制而在軌壽命較短、獲取情報時效性差和不能直接形成數字影像等不足，是中國航天領域的重大突破，對促進中國測繪事業具有里程碑意義。
天繪一號衛星效果圖
天繪一號衛星效果圖天繪一號衛星既能獲取三線陣立體影像，實施全球精確定位，測制地形圖；又能獲取藍、綠、紅、近紅外4個波段多光譜影像，定量反演地物的物理屬性，提高地圖測制的完整性；還可以獲取2米全色影像，通過與多光譜影像融合處理生成彩色影像產品，增強對地物目標的詳細、快速、準確判讀能力。在無地面控制條件下，絕對定位精度優於15米，相對定位精度平面優於10米，高程優於6米，滿足測制全球1:5萬比例尺地形圖和修測1：2.5萬比例尺地形圖精度要求。衛星回歸周期58天，同一地區最短重訪間隔1天；攝影頻寬60公里，雙星每天最大可獲取300萬平方公里遙感影像。
截止2014年，已經成功發射天繪一號01星、天繪一號02星、天繪一號03星，三顆衛星在軌組網運行穩定，對地球陸地有效覆蓋59.35%，約8843.2萬平方公里，對中國陸地有效覆蓋97.2%，約933.3萬平方公里，已具備規模化數據保障能力。
發展沿革
天繪一號的成功發射、運行代表著中國掌握了三線陣影像立體攝影技術，是中國測繪事業的里程碑。
在20世紀80年代，中國已經有學者關注三線陣影像立體攝影測量技術的發展。
1996年，由中國國家高技術研究發展計畫（863計畫）航天領域立項開展傳輸型三線陣CCD航天攝影測量相機的關鍵技術攻關，開啟了中國傳輸型攝影測量衛星的研究。這一項目解決了利用三線陣CCD影像重建外方位元素、自動採集DEM和自動生成正射影像產品等三線陣影像定位於立體測圖的關鍵技術，並驗證了該相機數值的可靠性，以及該相機在空間套用中的可行性。
2000年中國開展了實驗一號衛星的研製，這顆衛星2004年4月發射成功，從技術體制上全面驗證了傳輸型三線陣攝影測量衛星的可行性，為天繪一號的成功研製打下了技術基礎。
2005年6月30日，國防科工委組織召開“民用高解析度立體測圖衛星工程立項綜合論證啟動工作會議”，明確了開展工程立項綜合論證的要求。8月25日，國防科工委組織召開高解析度立體測圖衛星大總體討論會。會議認為，高解析度立體測圖衛星用戶需求迫切，技術基本可行，可以進入立項程式。
2006年開始天繪一號傳輸型立體測繪衛星工程研製，簡稱為天繪一號衛星。
2010年8月24日15時10分，天繪一號01星在酒泉衛星發射中心用“長征二號丁”運載火箭成功發射。
2012年5月6日15時10分，天繪一號02星在酒泉衛星發射中心用“長征二號丁”運載火箭成功發射。雙星併網運行良好，技術指標均達到設計要求。
2010年7月，成立中國天繪衛星中心，負責天繪系列衛星的研製建設、運行管理和數據處理，為國民經濟建設各領域提供天繪衛星產品保障。
2015年10月26日15時10分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭，成功發射天繪一號03星，衛星順利進入預定軌道。
設計特點
功能密度
天繪一號衛星裝有5台、4種相機，共16片CCD，19個獨立影像信息源；裝有3台星敏感器和兩台測量型GPS接收機（互為冷備份），是當時中國最複雜、功能密度最高的小衛星。有效載荷約占衛星乾重的50%。在個1個1000kg左右的小衛星上，集成了3台5m解析度全色測繪相機，1台10m解析度4波段多光譜相機，1台2m解析度全色高解析度相機，既能獲取3維地理信息，建立全球攝影測量控制網，實施目標定測制1：5萬比例尺地圖，又能獲取藍、綠、紅和近紅外4波段多光譜影像，定量反演地物的物理屬性，提高地圖測制的現勢性；同時，通過多光譜影像與全色影像的融合處理，可以生成彩色正射影像產品。還可以獲取2m解析度全色地物影像，提高地圖信息的完整性，增強對地物目標的詳細、快速、準確判讀能力，配合完成1：5萬比例尺地圖測制和1：25萬比例尺地圖的修測工作。
測繪體制
天繪一號衛星採用國際首例的LMCCD測繪體制、中國自主研發的傳輸型CCD測繪相機，三線陣、三視角攝影為主，輔以小面陣成像，巧妙解決了三線陣測繪相機動態攝影測量中的航線立體模型扭曲、高程精度差問題，打破了傳輸型光學攝影測量衛星難以實現無地面控制點的高精度攝影測量的傳統。使得傳輸型攝影測量衛星的測繪產品性能達到了參數相當的膠片型框幅式攝影測量衛星的測繪產品水平。
高精度相機
測繪相機由前視、正視和後視3台相機組成，攝影測量基高比為1，是國際同類攝影測量系統中基高比最大的系統之一。
天繪一號測繪相機外觀
天繪一號測繪相機外觀相機採用透射式、準像方遠心光學系統，實現了寬視場（7°）高傳函（023，771p/mm，整機）、極低畸變（0.003%）的測繪任務目標。
為提高目標定位的高程精度，正視相機焦平面上設計集成了5片獨立的CCD器件（1個線陣和4個面陣），彼此之間的幾何位置關係要求嚴格，且在經歷相應的力學、熱學等環境後能保持穩定。另外，為提高較暗地物目標的圖像信噪比，天繪一號衛星採用電子學控制方法，在航天產品中首次實現了面陣CCD的TDI成像技術。
高解析度視場
高解析度相機採用離軸三反Cook-TMA光學系統，成功解決了高地面像元分辨與寬地面覆蓋寬度需求之間的矛盾；在500km軌道上，實現了2m的高地面像元解析度、單台相機地面覆蓋寬度達60km。
單相機多波段
天繪一號採用德國的MOMS-02相機，用兩台折射式中解析度相機實現了4波段多光譜攝影。多光譜相機採用離軸三反、無中心遮攔、無中間像的Cook-TMA全反式光學系統。實現了單台相機上藍綠、紅和近外4波段成像的任務。
高精度外方位角元素
天繪一號衛星配置有3台中等精度星敏感器，以滿足測繪任務高可靠、長期、三軸高精度指向確定需求。
同時是中國首次設計實現了高強度、高剛度、高穩定度面的測繪光學平台，將3台測繪相機、3台星敏感器和1台多光譜相機集成為一體，為測繪任務對星敏與相機間幾何角度關係的高精度及高穩定度要求提供了保證。
高精度外方位線元素
為了滿足測繪任務對高精度外方位線元素的需求，衛星配置有測量型GPS接收機，幾何與軌道動力蓋學定位方法相結合，實現高精度實時定軌；同時將的GPS原始測量數據經數傳通道下傳到地面用戶，實現地面二次定軌，進一步提高定軌精度。
高速多源數據復接
高碼速率、多數據源、各數據源速率互不相同且差別很大是天繪一號衛星數傳任務的鮮明特點，總原始數據率高達1.62Gbit/s。測繪數傳通道數據色處理器（AOS1）設6個虛擬信道，實現三線陣測繪相機現3路壓縮影像數據、多光譜相機1路壓縮影像數據、4個小面陣的1路非壓縮影像數據、GPS原始測量數據/整星遙測數據1路非壓縮、非影像數據的復接、傳輸。高解析度相機數傳通道數據處理器（AOS2）設8個虛擬信道，實現高解析度相機的路壓縮影像數據的復接、傳輸。
多壓縮比影像壓縮
為最大限度降低影像壓縮對影像質量的影響，根據不同相機在測繪任務中的重要程度，採用不同的壓縮倍率進行影像壓縮：三線陣測繪相機影像採用4：1壓縮；4個小面陣影像不壓縮；多光譜相機影像採用4.5：1壓縮；高解析度相機影像採用6：1壓縮。
高精度時間同步
天繪一號衛星設有高精度有效載荷時間系統。通過GPS接收機提供高精度的硬體秒脈衝信號，同時通過匯流排廣播對應上述秒脈衝的GPS整秒時間。與測繪任務相關的各信息源，均以此GPS秒脈衝信號作為計時基準，生成各自的高精度時標，最終確保各相關信息的時標和GPS時間同步精度優於0.1ms。
高精度幾何標定
三線陣測繪相機內方位元素、畸變，前視、正視和後視相機之間的交會角，視軸平行性等高精度幾何標定，是實現高精度測繪的基礎。為此，研製了7.5m平行光管和0.5"高精度2維轉台，實現了相機內方位元素主點位置的標定定精度優於0.2像元、主距標定精度優於20μm、相機交會角標定精度優於2"的高精度幾何標定。
性能數據
| 天繪一號衛星性能數據 | ||
|---|---|---|
| 衛星名稱 | 天繪一號01星 | 天繪一號02星 |
| 發射時間 | 2010年8月24日 | 2012年5月6日 |
| 軌道高度（km） | 500 | 500 |
| 軌道傾角（°） | 97.3 | 97.3 |
| 軌道偏心率 | 0 | 0 |
| 相機類型 | 2m解析度全色相機、10m解析度多光譜相機、5m解析度三線陣全色立體相機 | 2m解析度全色相機、10m米解析度多光譜相機、5m解析度三線陣全色立體相機 |
| 星下點像元解析度 | 全色2m、三線陣全色5m、 多光譜10m | 全色2m、三線陣全色5m、 多光譜10m |
| 側視角（°） | 0 | ±10 |
| 幅寬（km） | 60 | 60 |
| 光譜/波段範圍（μm） | 藍：0.43～0.52 綠：0.52～0.61 紅：0.61～0.69 近紅外：0.76～0.90 | 藍：0.43～0.52 綠：0.52～0.61 紅：0.61～0.69 近紅外：0.76～0.90 |
| 回歸周期/天 | 58 | 58 |
| 攝影覆蓋範圍 | 南北緯80°之間 | 南北緯80°之間 |
| 降交點地方時 | 13:30 | 13:30 |
| 是否具備商業編程能力 | 是 | 是 |
| 拍攝能力（平方千米/天） | 150萬 | 150萬 |
數據套用
地面套用系統
地面套用系統是天繪一號衛星系統工程的重要組成部分，是發揮衛星套用效能的主要環節。其主要功能是完成衛星攝影任務規劃和衛星有效載荷運行管理；接收衛星下傳數據；對衛星下傳數據進行預處理，生成衛星影像產品；完成數據的存儲、管理和分發；進行衛星攝影系統主要參數檢測和影像特性的標定；進行應急測繪保障處理，生成應急測繪保障產品；完成衛星影像的平差定位；測制1∶5萬比例尺數字地形圖、數字高程模型數字和正射影像地圖；修測1∶2.5萬比例尺數字地形圖。天繪一號衛星地面套用系統已具備了規模化生產的能力，生產了多類衛星影像產品和地理信息產品，多種衛星影像產品和地理空間信息產品。
數據產出
由中國測繪科學研究院2011年發布“天繪一號衛星”的數據處理報告結論顯示，天繪一號達到設計要求，可以為國民經濟建設提供相應的數據支持：
（1）天繪一號可提供真正的5.0米解析度同軌三線陣立體成像，前後視基線高度比約為0.6，且影像質量較好，有利於立體觀察和自動影像匹配，須採用一定的影像預處理算法對原始影像進行增強處理。
（2）天繪一號數據存檔情況較好，現勢性較好；其中高解析度影像解析度為2.0米。有利於進行1：50000數字高程模型（DEM）、數字線劃圖（DLG）的內業採集。
（3）天繪一號三線陣標準景影像（60×60km2），區域網平差精度應可以滿足我國1：50000測圖的要求。
（4）天繪一號三線陣影像數據的解析度較高，可以獲得更高解析度的DEM數據（理論上最高可獲得25.0米間隔DEM），從天繪衛星影像數據中得到的DEM對地貌細節的表達好，精度高，有利於1：50000 DEM數據的自動採集。
套用成果
截至2013年12月底，天繪一號衛星先後為各類用戶提供數據913批次82995景29878.2萬平方公里。為國土測繪、交通運輸、城市規劃、資源普查、災害監測等部門120家用戶提供大量各級各類遙感影像數據，廣泛套用於國土資源調查、農業估產、林業調查、地圖測繪、海洋環境監測、城市土地利用等領域。在應對重大自然災害方面積極作為：2013年下半年為黑龍江蘿北水災、甘肅定西地震緊急啟動應急回響機制，制定攝影計畫並連夜接收處理數據，主動向水利部、國土資源部、國家應急辦等相關部委提供天繪影像保障。
發展規劃
中國航天測繪將重點發展光學、微波、重力、磁力4種17型約50餘顆天繪衛星。
2017年前後，天繪衛星將進入首個密集發射期，陸續發射1:1萬立體測繪衛星、第一代分散式微波干涉測繪衛星、0.3米解析度光學和微波成像衛星，屆時將有6型9顆衛星在軌運行。1：2.5萬立體測繪衛星、低-低跟蹤重力測量衛星、海洋測繪衛星也將陸續立項研製。
2030年，滿足全球框架基礎測繪、重點地區詳細測繪和突發事件應急測繪需要的航天測繪衛星體系將全面建成。
