高分一號衛星

高分一號衛星是國家高解析度對地觀測系統重大專項天基系統中的首發星，其主要目的是突破高空間解析度、多光譜與高時間解析度結合的光學遙感技術，多載荷圖像拼接融合技術，高精度高穩定度姿態控制技術，5-8年壽命高可靠低軌衛星技術，高解析度數據處理與套用等關鍵技術，推動我國衛星工程水平的提升，提高我國高解析度數據自給率。

衛星曆經30個月的研製，於2013年4月26日由長征二號丁運載火箭在酒泉衛星發射基地成功發射入軌。

基本介紹

• 中文名：高分一號衛星
• 外文名：Gaofen-1 satellite
• 所屬國家：中華人民共和國
• 研製單位：東方紅衛星有限公司
• 發射時間：2013年4月26日
• 發射地點：酒泉衛星發射中心
• 運載火箭：長征二號丁

衛星介紹

高分一號衛星由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院航天東方紅衛星有限公司負責抓總研製。作為我國高解析度對地觀測系統的首發星，高分一號衛星肩負著我國民用高解析度遙感數據實現國產化的使命，主要用戶為國土資源部、農業部和環境保護部。該星的設計壽命為5-8年，突破了高至間解析度、多光譜與寬覆蓋相結合的光學遙感等關鍵技術，在解析度和幅寬的綜合指標上達到了目前國內外民用光學遙感衛星的領先水平。

高分一號發射升空

2013年4月26日12點13分，長征二號丁運載火箭拖著赤紅的火焰劃破天際、直刺蒼彎。約765秒後，星箭分離，我國高解析度對地觀測系統的首發星——高分一號衛星精準入軌，搭載的三顆國外微小衛星隨後成功分離，我國首次一箭四星發射圓滿成功。

2018年3月31日，高分一號02、03、04衛星是國家民用空間基礎設施規劃的首批業務化套用衛星，以“一箭三星”方式成功發射。是我國首個民用高解析度光學業務星座，可用於國土資源調查、監測、監管與應急等主體業務，並可服務於環保、農業、林業、海洋、測繪等行業。中國遙感衛星地面站的密雲站、喀什站、三亞站、昆明站和北極站負責承擔這些衛星的數據接收任務。據悉，地面站未來還將陸續承擔規劃中的其他陸地觀測衛星的數據接收任務。

衛星功能

高分一號衛星是中國高解析度對地觀測系統的第一顆衛星，由中國航天科技集團公司所屬空間技術研究院研製，主要用戶為國土資源部、農業部、環境保護部和氣象部門。

高分一號衛星是中國高解析度對地觀測系統的首發星，突破了高空間解析度、多光譜與寬覆蓋相結合的光學遙感等關鍵技術，設計壽命5至8年。高解析度對地觀測系統工程是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》確定的16個重大專項之一，由國防科工局、總裝備部牽頭實施。

高分一號衛星發射成功後，能夠為國土資源部門、農業部門、氣象部門、環境保護部門提供高精度、寬範圍的空間觀測服務，在地理測繪、海洋和氣候氣象觀測、水利和林業資源監測、城市和交通精細化管理，疫情評估與公共衛星應急、地球系統科學研究等領域發揮重要作用。

設計方案

衛星採用太陽同步軌道，整星立足於CAST2000小衛星平台進行改進升級，有效載荷包括2台高解析度相機和4台中解析度相機及配套的高速數傳系統，設計壽命5-8年，具備每天8軌成像、側擺35度成像能力，最長成像時間12分鐘。

高分一號主要設計指標

衛星採用對地三軸穩定方式，可實現每秒萬分之五度指向穩定度能力。衛星具備中繼測控能力。集成化的星務系統進行整星指令與數據的統一管理。

數據傳輸分系統採用K波段、點波束雙極化傳輸方案。星上圖像數據壓縮採用全色3：1壓縮，多光譜無損壓縮，星上提供容量為1Tb的固態存儲器，對地數傳碼速率為900Mbps。

衛星具備靈活的多任務工作模式，包括實時成像傳輸模式、成像記錄模式、邊記邊回放模式、任意時刻回放模式及任意相機組合成像能力。

衛星結構主要採用鋁蒙皮複合材料板，太陽翼基板由碳纖維加鋁蜂窩材料製成。衛星熱控採用以被動為主、主動熱控為輔的方案，通過隔熱、散熱、等溫化、加熱設計以及相機獨立熱控來滿足特殊設備的溫差和溫度穩定性要求。衛星採用“星敏感器+陀螺”聯合定姿、動量輪“3正裝+1斜裝”的整星零動量控制方案實現衛星姿態對地定向、三軸穩定，並配置三個磁力矩器實現動量輪卸載；採用單組元阱推進系統實現姿態調整、初軌捕獲、軌道維持等任務。衛星測控採用統一s波段測控體制，衛星定軌以GPS為主，採用中繼測控功能，實現衛星境外測控功能。衛星採用分散供配電體制，太陽電池陣與蓄電池組聯合供電方案。

高分一號衛星主要技術特點如下：

①單星上同時實現高解析度與大幅寬的結合，2m高解析度實現大於60km成像幅寬，16m解析度實現大於800km成像幅寬，適應多種至間解析度、多種光譜解析度、多源遙感數據綜合需求，滿足不同套用要求；

②實現無地面控制點50m圖像定位精度，滿足用戶精細化套用需求，達到國內同類衛星最高水平；

③在小衛星上實現2×450Mbp數據傳輸能力，滿足大數據量套用需求，達到同類衛星規模最高水平；

④具備高的姿態指向精度和穩定度，姿態穩定度優於5e-4° /s，並具有35°側擺成像能力，滿足在軌遙感的靈活套用；

⑤全面提升衛星壽命，是我國首顆設計、考核壽命要求大於5年的低軌衛星；

⑥在國內民用小衛星上首次具備中繼測控能力，可實現境外時段的測控與管理。

研製歷程

高分一號衛星從2010年10月開始研製啟動，進入工程預研階段，完成整星方案設計，之後開始初樣研製工作。2012年5月型號進入正樣研製階段。

研製中的高分一號

2012年8月，整星正樣產品齊套，整星狀態測試開始。2012年9月-2013年1月，先後完成了衛星整星電性能測試、質量特性測試、電磁兼容試驗、微振動試驗、力學試驗、軟體固化落焊回歸測試、熱平衡、熱真至試驗；2013年2-3月，完成磁試驗、老煉試驗以及大系統接口試驗，整星累計加電時間超過1100小時(最後100小時無故障)。2013年3月1-10日，完成出廠合板運輸狀態改裝、狀態確認及合板測試。

2013年3月20日，衛星運抵發射場，開始發射場測試。4月26日衛星發射。

設計創新

圍繞遙感特點的衛星一體化設計技術

在成像鏈路設計上進行了緊密的一體化設計，包括成像與數傳接口最佳化、指令編排、成像功能實現、數據壓縮、格式編排及不同側擺角下速高比計算、輔助數據編排等方面，充分利用整星定位、姿態、遙測、遙控等功能部件，圍繞成像與數傳建立完整的成像信息鏈路，完備成像指令、實現同步時間0.1毫秒的高精度時統及成像位置、姿態、姿態角速度、溫度等一體化設計，確保好的成像質量。

開展了機械一體化設計，如星敏與相機幾何關係穩定性設計，星敏支架等溫化設計，最佳化數傳天線、太陽翼、相機遮光罩等至間相容性設計。利用結構微振動傳遞特性及活動部件振動差異最佳化布局技術實現微振動的有效控制，保證了成像期間的整星抖動特性最優。

開展相機等溫化，實現相機部件主要溫度梯度1-2攝氏度的水平。

提高使用效能的設計技術

為滿足多種解析度、多種相機及不同壓縮及傳輸模式的需要，實際設計了10類18種主要的工作模式。同時為簡化任務操作，所有任務模式採用相對時間程控指令技術設計了指令模板，只需設定成像開始時間、成像時間長度及成像相關的增益、級數等即可靈活成像，降低了指令編排的複雜性，提高了快捷性，有利於多任務開展和使用效能的提升。

為保證數據快速下傳，針對數據碼速率高於傳輸碼速率的任務設計了邊記邊放模式，可以延時回放或多餘數據存儲後回放。回放模式中設計了任意檔案、任意時刻回放功能。

為保證大範圍觀測，設計了利用動量輪控制實現滾動側擺35°的能力，可觀測範圍近1000km。

設計偏航90°定標模式，是國內首顆可在軌實現該模式相對定標的衛星。在軌測試期間進行了三次偏航定標，獲取數據用於星上相對定標處理，改進效果明顯。

設計了一軌多次任務能力，並在在軌測試期間實現了一軌4次的成像，擴展了衛星多目標成像任務能力。

相機設計新技術

高分相機在繼承資源02C高分相機的基礎上，綜合進行了大視場同軸TMA光學系統、五譜段合一TDICCD成像技術、雙相機一體組合結構設計和智慧型化成像電子學等技術的集成創新，為實現大幅寬成像，線上陣CCD拼接方式上採用全反全透式光學拼接方案。調焦機構設計採用移動第三反射鏡實現調焦，具有移動重量小、機構輕小型化的特點。開展了消雜光完備性設計，有利於成像幾何質量的保證。

高分一號成像視場設計

16m寬幅相機通過4台相機視場拼接實現大視場觀測，800km幅寬是國際同類解析度相機最寬的。相機在繼承環境1A、1B衛星30m相機技術基礎上，通過加大焦距提高解析度，採用高剛度一體化支架確保高精度拼接，並採用統一遮光罩設計和新型內交叉視場拼接技術，既保證視場，又使得遮光罩尺寸最小，有利於遮光罩光學設計和整星布局。

此外在高分和寬幅相機上設計了信號可嵌位功能，用於消除電路噪聲。研製過程中對相機內方位元素進行測定和控制，提高了地面定標精度。

多數據融合處理及高速數傳技術

針對多相機、高碼速率要求，6台相機均分兩路設計了數傳處理與傳輸通道。為節省使用頻帶，提高利用率，2通道採用單頻雙極化傳輸方式，是CAST968/200。小衛星上首個實現點波束、雙通道數據傳輸的衛星。為實現點波束對地面站的精確控制和可靠性，設計了利用姿態控制計算機計算的天線指向驅動和利用軌道數據自主計算指向位置的異構冗餘設計。在國內相同傳輸體制中採用了最小功率固態放大器，節約了用電功率，降低了整星用電負荷，有利於增加相機成像時間。

高精度姿態控制技術

通過3個高精度星敏定姿，並在CAST968/200。小衛星上首次採用二浮陀螺進行衛星姿態角速度測定，設計了可關閉紅外地球敏感器功能，以冷冗餘實現衛星長壽命姿態測量。此外，設計的偏置動量模式等可支持故障模式的成像。經過在軌測試評定，姿態穩定度優於3e-4°/s，姿態指向精度(星上估值)在1e-4度量級，側擺25°需要的時間為185s，均優於設計要求。

高比能量電源技術

採用三結高效砷化稼電池片和高比能量鋰離子蓄電池組組成，實現了高比能量電源。電池片發電效率提高到28%左右，新型鋰離子蓄電池組相對傳統的鎬鎳電池組比能量提高2倍，在恆流充電基礎上增加恆壓基準，將鎬鎳的TV曲線控制改為恆流一恆壓控制，並增加新型均衡充電控制電路，增加硬體過壓保護和過放保護措施，保證了整個電源系統的高比能量和高可靠性。

其它改進

將傳統S波段應答機下行碼速率由4096bp提升到了16384bps，提升了CAST968/2000的測控能力。

採用星上存儲及數傳通道下傳實現星上遙測數據無壓縮下傳，提高了星上運行狀態的可監控性。特別實現全軌道圈定位、星敏、陀螺等數據獲取，有利於地面圖像幾何處理的質量提高。

採用中繼測控，提高了衛星全球可測控能力和應急情況下的可測控能力。通過最佳化姿態控制及相關工作流程，將以往星箭分離80s後太陽翼展開的時間縮短到65s，有效提高了入軌段衛星工作與測控效能。

通過關鍵結構部件承載能力提升，實現板式結構由800kg到1000kg的承載能力的提升，擴展了CAST968/2000平台任務適應能力。

圍繞8年壽命要求，開展了初始軌道最佳化設計，可保證在燃料不增加的情況下，兼顧長壽命運行。

有效載荷占整星重量比達47.2%，為國內同類衛星最高水平。

套用領域

公安執法

公安部利用高分一號衛星數據和高分專項先期攻關成果，在黑龍江、內蒙古、河北等地發現了多處罌粟種植區；在吉林、內蒙古等地發現了建國以來最大面積的大麻種植區；在中朝邊界、新疆發現數十條非法越境通道；在福建發現海上大型走私油庫等。這些成果為公安部有關部門執法提供了重要信息支撐。

災害環保

高分衛星在包括地震防洪防澇尤其是霧霾方面都有一些特殊的功效，在甘肅岷縣2013年7月22號地震之中它獲取的數據為災區評價次生災害檢測等工作也提供了有利支持，8月中旬東北地區洪澇災害之中它獲取的綏化、肇東、富餘(音)等嚴重災區的各種專題圖也為黑龍江省在農業損失評估、房屋損毀評估物資保障、交通設施搶修、重要水利檢測等方面的決策提供了重要的保障。尤其是對於霧霾它會有一些特別的包括行程、發展、消散等基礎提供了信息保障。

漂物監察

科技日報北京2014年3月22日電 （記者付毅飛）記者22日從國家國防科技工業局獲悉，我國高分一號衛星在南印度洋海域（南緯44度57分，東經90度13分）觀測到疑似漂浮物，其位置在澳大利亞公布疑似物位置的南偏西120公里左右，中方已將這一新發現通報給馬方。

根據中國資源衛星套用中心、中國科學院遙感與數字地球研究所等單位對相關衛星數據進行研判，在高分一號衛星3月18日中午12時許獲取的圖像中發現了疑似漂浮物，該物體長約22米，寬約13米。

據悉，我國已調動高分、海洋、風雲、遙感等系列共21顆衛星，並建立了統一指揮協調會商體系，為失聯馬航客機的搜救提供支持。

地球遙感

城市影像

據國家航天局網站訊息，2013年6月6日，國家航天局公布了“高分一號”衛星首批影像圖，包括北京、上海、銀川、大同四個城市。其中，大同市影像圖為“高分一號”衛星首次開機成像獲取的圖片，西部城市銀川影像圖為2米全色、8米多光譜、2米全色與8米多光譜融合和16米多光譜寬幅影像組圖，體現了高分一號衛星多模式同時工作的能力。

中國國家國防科技工業局16日對外發布“高分一號”衛星觀測和拍攝成像的一組高解析度圖片，這組圖像是以反映自然地理地貌特徵為主題，主要選用8米和16米解析度多光譜圖像，以國際遙感專業技術領域中常用的標準假彩色合成。

土地影像

由國防科工局重大專項工程中心和中國科學院遙感與數字地球研究所提供的“高分一號”衛星圖像共10幅，命名為《巡天遙看神州美，重彩高分山水情》，分別包括新疆昌吉州呼圖壁縣山谷“大地的‘肌肉’”、吐魯番鄯善縣羅布泊鎮“大地在‘傾聽’”、甘肅酒泉阿克塞縣附近“大地的‘年輪’”、敦煌附近“游弋在戈壁灘上的‘水母’”、青海湖畔東北角“湖中之‘吻’”、甘肅慶陽市正寧縣崇山峻岭“山河相間顯‘秋顏’”、陝西延安黃陵縣洛河“高原九曲十八彎”、山東東

營河口區海灘“海灘利用展宏圖”、新疆和田墨玉縣“沙漠中的綠洲”、山西長治市附近“大地上的‘紅葉’”。

業內專家介紹說，本次發布的“高分一號”衛星圖像色彩斑斕，是以國際遙感專業技術領域中常用的標準假彩色合成，即用近紅外波段、紅光波段和綠光波段分別對應紅、綠、藍三個通道。標準假彩色遙感圖像，可更好區分不同地物特性，解譯地物類型。但是，該圖像與普通相機拍攝的圖像又有一些明顯顏色差異，例如在標準假彩色遙感圖像上，茂密的植被顯示為鮮紅色，清澈的水體顯示為深藍色，裸露的土壤顯示為暗灰色等。

同時，遙感解譯中可能會出現反立體效應，即觀察圖像獲得的光學立體模型與實地物體的凹凸變化，其視覺效果可能相反，例如有時會把山谷和山峰的立體效果顛倒。此外，為了在小幅圖片上完整地展現自然之美，圖像經過壓縮，空間解析度有所降低。

國際救災

2015年1月，中國航天科技集團公司所屬中國資源衛星套用中心成功執行了第38次空間與重大災害國際憲章（CHARTER）緊急事務官（ECO）的國際值班工作。

在為期7天、每天24小時的值班工作中，資源衛星套用中心及時處理了斯里蘭卡洪水和馬拉威雷電風暴兩起國際重大災害應對工作，分別調度了加拿大空間局、法國國家空間研究中心、德國宇航局、美國地質調查局、英國航天局以及印度空間研究組織等國際空間機構的多顆雷達及光學衛星對災區進行成像。

期間，資源衛星套用中心迅速啟動應急機制，編制我國高分一號衛星觀測計畫，及時對災區進行了成像。中國資源衛星套用中心已向斯里蘭卡提供了災後衛星數據3景，覆蓋了全部災區，後續將繼續向馬拉威提供獲取的衛星數據。

衛星數據

GF-1衛星軌道參數

參數	指標
軌道類型	太陽同步回歸軌道
軌道高度	645km
軌道傾角	98.0506。
將交點地方時	10:30 AM
回歸周期	41 天

GF-1衛星有效載荷技術指標

--	普段號	普段範圍 (um)	空間解析度 (m)	幅寬 (km)	側擺能力	重訪時間 (天)
全色多光譜相機	1	0.45 ~ 0.90	2	60 (2台相機組合)	正負 35。	4
	2	0.45 ~ 0.52	8
	3	0.52 ~ 0.59
	4	0.63 ~ 0.69
	5	0.77 ~ 0.89
多光譜相機	6	0.45 ~ 0.52	16	--		2
	7	0.52 ~ 0.59
	8	0.63 ~ 0.69
	9	0.77 ~ 0.89