卫星测绘发展现状与趋势

唐新明 胡芬

（国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心，北京 100048）

0 引言

卫星测绘遥感是测绘地理信息行业的“重器”，是基于各类测绘卫星获取地理信息和提供地理信息服务的重要手段，是保障测绘地理信息发展数据源的重要支撑。为满足国民经济、社会发展和国家安全对地理信息资源覆盖面、现势性和产品种类的要求，打破自主卫星数据源匮乏和过分依赖国外卫星数据的局面，自20世纪末以来，国家高度重视测绘遥感卫星建设工作，牵头组织开展了自主测绘卫星的一系列技术论证，科学规划、推进自主测绘卫星的立项、研制和发射，力争建设一套长期、稳定、连续的自主民用测绘卫星体系。经过多年持续不断的技术攻关，已成功突破国产立体测图卫星测绘和应用的关键技术，构建了卫星测绘从理论研究、技术创新到工程应用的创新体系，成为国际上少数几个掌握成套卫星测绘技术的国家。“资源三号”系列卫星的成功发射，填补了我国民用自主高分辨率卫星测绘的空白，打破了国外的技术封锁和数据垄断，影像品质和精度达到国际同类领先水平[1-3]。国产卫星测绘实现了从无到好、从依赖国外进口到自主可控的历史性跨越，进入多类型多分辨率多星时代，15∶万光学卫星测绘水平进入世界先进行列。

国际上遥感卫星发展迅猛，测绘卫星作为高精度遥感卫星其种类日趋丰富，卫星性能不断提升，空间、时间和光谱分辨率、敏捷机动能力、定位精度等均实现了质的飞跃，多星组网成为一种常态，由可见/不可见、主动/被动、线阵/面阵等多类型传感器数据交叉组合的复合测绘成为一种新的手段，创新了传统的卫星测绘体制和理论方法，卫星应用水平和商业模式也在不断创新升级，与大数据、云计算、人工智能等技术深度融合的趋势明显，数据应用从传统的基础应用向专业应用、深度开发应用和社会化应用拓展[4-5]。

近年来，国产测绘卫星性能有较大提升，卫星应用取得显著成效，与国际先进水平的差距在不断缩小，但总体上还存在较大的提升空间，需要以问题为导向，以需求为牵引，加强卫星测绘遥感技术创新和应用，推动我国测绘卫星和卫星测绘转型升级发展。

1 国内外卫星测绘发展现状

1.1 国外发展现状

当前，国际上卫星测绘快速发展，逐渐形成了涵盖光学、雷达、激光测高、重力等多种类型传感器的测绘卫星对地观测体系，卫星测绘能力和应用水平不断提升。

光学遥感卫星方面，美国拥有连续对地观测长达40年的Landsat系列、世界上第一颗高分辨率商业遥感卫星 IKONOS、世界首颗亚米级分辨率商业卫星 QuickBird等，以及分辨率已达 0.31m的WorldView-3/4，其中WorldView-3/4的定位精度2m、高程精度1～2m（无控制点），代表了当前民用遥感卫星最高水平。欧洲的光学遥感卫星主要以法国SPOT系列、Pleiades系列和俄罗斯的RESURS系列为代表，其中SPOT-6/7全色分辨率达到1.5m，无控定位精度优于10m，Pleiades-1A/1B全色分辨率达到了0.5m，无控定位精度优于3m，RESURS-P卫星全色分辨率达到了1m。亚洲国家的光学遥感卫星技术水平也已具备相当的国际竞争力，其中日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）研制并发射的三线阵陆地观测卫星（ALOS），可满足12.5∶万比例尺地形图测绘的精度要求，印度成功发射了多颗Cartosat制图卫星，韩国的KOMPSAT系列卫星其全色分辨率也达到了亚米级。

雷达卫星方面，欧洲于 2007年发射了 TerraSAR-X高精度干涉雷达测量卫星，与 2010年发射的TanDEM-X构成卫星星座，可提供格网尺寸12m、高程精度4m的DEM数据。德国、意大利等国家在卫星研制方面也取得了可观成果，卫星由单一成像模式向多种成像模式转变，极化方式由单极化向多极化甚至全极化发展，分辨率由百米量级提高至亚米级。

激光测高卫星方面，激光测高卫星正逐步成为高精度地形测量的新手段。美国先后成功发射了MGS、ICESat、LRO等多颗激光测高卫星。搭载了GLAS地球科学激光测高系统的ICESat卫星是一颗对地观测的激光测高卫星，该卫星在极地冰盖监测、全球陆地高程测量、海冰测量、森林生物量估算等方面展现了出色的能力。

重力卫星方面，欧洲和美国处于国际领先地位，先后发射了CHAMP、GRACE与GOCE等重力卫星，采用的卫星跟踪卫星技术和卫星重力梯度测量技术成为目前主要的重力探测技术，测定的地球重力场和大地水准面中长波精度较EGM96等重力场模型提高了约2～3个数量级。

1.2 国内发展现状及存在的问题

在光学卫星测绘方面，近年来国产卫星的传感器空间分辨率、敏捷机动能力、几何定位精度都有显著进步，卫星应用系统建设也稳步推进。“资源三号”01星将国产卫星几何定位精度从数百米提高到10m，“资源三号”02星的成功发射实现了两颗“资源三号”测绘卫星组网运行，使卫星系统重访周期有效缩短。目前，“资源三号”01星已经超过了卫星设计寿命，03星已经立项，将接替01星，与02星组成星座，获取全球高分辨率三线阵卫星影像，为全球地理信息资源建设、新型基础测绘、天地图及相关行业应用提供更多更好的立体影像和地理信息产品。“高分二号”卫星的发射，标志着国产遥感卫星进入亚米级“高分时代”[6]；2018年3月成功发射的2m/8m光学卫星星座（“高分一号”02、03、04卫星）作为我国首个自然资源业务卫星星座，在充分继承“高分一号”卫星成熟技术的基础上，突出高分辨率、宽覆盖、灵活观测等应用导向，开启了我国自然资源调查监测和保护监管的新时代；计划于2019年发射的“高分七号”卫星是国家高分辨率对地观测系统的一颗亚米级测绘卫星，将重点突破11∶万立体测绘关键技术。“北京一号”、“北京二号”、“吉林一号”、“高景一号”等多颗商业高分辨率光学遥感卫星已经在轨运行，其中“北京二号”是由 3颗高分辨率小卫星组成的民用商业遥感卫星星座（DMC-3），属于中英合作项目，由英国萨里卫星技术有限公司（SSTL）承担研制，中国二十一世纪空间技术应用股份有限公司（21AT）承担其任务测控、运行管理、数据接收、产品生产和分发服务；长光卫星技术有限公司2015年发射的“吉林一号”星座由光学遥感主星、灵巧成像验证星、灵巧成像视频星（1星和2星）组成，其中灵巧成像视频星是国内首个具备全彩视频拍摄能力的卫星，技术指标达到了较高水平；四维世景科技有限公司于2016年12月和2018年1月分别发射了0.5m级高分辨率商业遥感小卫星“高景一号”01/02星和03/04星，4颗卫星组网运营后，可实现全球任意地点每天1～2次重访。总体而言，我国光学高分辨率测绘卫星技术与国际发展前沿相比，尽管还存在一定的差距，但差距在逐渐缩小。

自然条件恶劣的云贵川等地区一直是光学卫星测绘的困难区域，高精度合成孔径雷达干涉（InSAR）测绘卫星，具备全天时、全天候雷达数据获取能力，在光学遥感影像无法获取的情况下，利用干涉雷达卫星替代光学遥感进行测绘，可以弥补由于光学遥感影像缺失而造成的地理信息缺失。然而，我国现有的雷达卫星尚不具备干涉能力，无法为15∶万及更大比例尺测绘产品的生产、更新和修测提供有效的数据支撑。在合成孔径雷达（SAR）卫星测绘方面，目前L波段差分干涉SAR卫星已立项，计划于2020年发射，届时将为全球高程模型建设、地面沉降监测及应急测绘等工作提供新型技术手段。同时，我国正推动开展其他SAR卫星的论证工作，包括X波段、Ka波段双天线SAR卫星等。深圳中科遥感卫星有限公司提出了“深圳一号”低成本商业SAR遥感卫星星座计划，计划于2021年前逐步建成由8颗微小型SAR卫星组网而成的星座，这一星座具备重访周期短、成像模式多、分辨率高等特点，可应用于城市安全及重大工程动态监测、地质灾害动态监测、地理国情监测、城市三维建模等多个领域。

在对地激光测高应用方面，“资源三号”02星首次搭载了对地激光测高仪试验载荷。已经立项的陆地生态系统碳监测卫星是我国“十三五”期间计划发射的一颗重要陆地观测卫星，星上计划搭载5波束的激光测高仪，可以用于全球高程控制点数据库建设、全球无控制测图、极地冰盖测绘等。“高分七号”卫星也将搭载2波束、3Hz的激光测高仪，测距精度达0.3m，可为11∶万立体测绘提供支持。激光测高卫星作为光学成像的有益补充，可以提高数据获取的时效性、精确性，为困难地区地形测绘、海洋测绘、极地测绘、城市变化监测、应急测绘保障等提供快速可靠的三维地理空间信息。然而，作为测绘行业转型升级的重要突破口，星载激光测高在我国的应用和发展才刚刚起步。

全球高程基准的高精度统一已成为国家“一带一路”倡议、海洋战略中地理信息资源获取的重要瓶颈问题。发展重力卫星，联合地面重力测量、卫星测高等多元重力信息获取技术，开展高精度的全球统一高程基准研究，有助于突破全球高程基准统一、全球高精度（似）大地水准面构建与维持等关键技术，为国家“一带一路”倡议和全球化发展战略等提供服务。从20世纪80年代起开始跟踪国外进行重力场恢复技术的研究，在利用卫星跟踪卫星技术反演重力场方面取得了丰富的成果；20世纪90年代初包括武汉大学在内的多家单位对卫星重力梯度恢复重力场的理论方法及软件设计方面进行了许多卓有成效的研究；目前民用重力梯度测量卫星预研正在推进中，开展了重力测量卫星系统需求论证分析，在星载GPS精密定轨、高精度地球重力场恢复等领域取得了进展，具备了一定的技术储备。

总体上看，尽管我国卫星测绘应用进入了一个较快的发展阶段，但是发展过程中还存在一些问题和不足。例如，卫星体系发展不平衡不充分，缺乏有效的效能评估；卫星平台及传感器的种类不够丰富，尤其缺乏超高分辨率光学、干涉雷达、激光、重力等遥感卫星，难以适应“一带一路”倡议、国家自然资源监管、海洋强国战略实施、生态文明建设、国家治理现代化、数字中国建设、乡村振兴战略实施等要求；卫星系统的定量指标与国外先进水平相比仍有进步空间，总体上处于跟踪世界前沿的发展阶段，具有国际前瞻性和引领性的技术创新不多，部分领域存在空白；由于地面接收站与定标场网覆盖不足，现有卫星系统能力存在短板，应用效能有待进一步提高；数据处理的自动化、智能化、集成化水平有待提高，专业化、大众化应用水平不高，与实际应用需求仍有一定差距；数据政策及标准体系有待完善，统筹协调机制不够健全；产业化、国际化进程较为缓慢，应用模式创新不足，等等。

2 “资源三号”卫星测绘技术攻关及应用

2.1 关键技术攻关

“资源三号”01星于2012年1月9日成功发射，是我国第一颗民用高分辨率光学传输型测绘卫星，实现了我国高精度测绘卫星“零的突破”。“资源三号”02星已于2016年5月30日成功发射，卫星充分继承了01星技术状态，采用一步正样研制并进行适应性改造，星上首次搭载了一台激光测高试验载荷。“资源三号”卫星最大特点是首次实现国产自主卫星的高精度立体测图。该系列卫星立足航天摄影测量的技术前沿，针对我国资源卫星难测图的问题，突破了卫星总体技术指标设计到几何检校及立体测图等一系列技术难题，卫星影像比原来国产资源卫星的直接定位精度提高了数十倍，产品全面满足了15∶万和12.5∶万立体测图精度的要求，达到国际同类领先水平。

总体来说，“资源三号”卫星在测绘技术方面具有以下几个特点[1,7-16]：

1）在天地一体化仿真与指标设计方面，建立了光学测绘遥感卫星辐射几何一体化的仿真平台，解决了测绘遥感卫星总体精度设计的难题，实现了卫星总体技术指标设计的定量化。

测绘卫星是可用于高精度三维立体测图的遥感卫星，其特点是天地一体化程度高、设计难度大、精度要求高，是遥感卫星中技术难度极大的卫星。在“资源三号”卫星论证过程中，提出了卫星测图误差指标分解方法，解决了卫星精度指标设计的理论问题，论证了“资源三号”卫星影像高程精度达到5 m的技术方案。针对15∶万立体测图的应用需求，研究了包括相机分辨率、光学系统误差、焦平面误差，以及星敏感器姿态测量误差、姿态稳定度和卫星颤振、轨道实时和事后处理误差、时间同步误差、基高比等在内的全链路成像过程误差公式，建立了严密的光学卫星线阵摄影测量模型，形成了高精度光学立体测绘卫星精度分析方法，与卫星研制部门一起，提出采用2～5m分辨率三线阵测绘相机进行15∶万比例尺立体测图的技术方案，制定了《“资源三号”卫星研制总要求》，构建了“资源三号”卫星的总体技术指标体系。

在理论分析基础上，建立了高分辨率光学遥感卫星辐射几何一体化仿真平台，解决了测绘卫星总体技术指标设计的仿真问题，发展了基于姿态运动学的姿态仿真模型，提出了功率谱合成等方法，实现了不同姿态确定精度、不同稳定度、长短周期变化及高频颤振等姿态模拟；对轨道误差、内方位元素误差和时间同步误差分别建立轨道动力学仿真模型、内方位元素拟合模型和TDI时间积分模型，构建全链路辐射仿真技术，发展光学系统成像退化模型和电子系统成像退化模型，实现了地面辐亮度场建模、全色相机和多光谱相机辐射响应模拟、静态/动态MTF模拟、SNR模拟、TDICCD成像数值积分器模拟；基于逆向蒙特卡罗光线追踪等方法，自主构建辐射几何一体化仿真平台，实现卫星总体技术指标设计的定量化。该平台模拟大量的卫星影像，对多种条件下生成的仿真数据进行立体测图精度评价，构建了星地闭环验证的卫星精度指标预估体系。

针对卫星下传的影像数据品质，提出了一套面向测绘卫星应用的遥感影像压缩及品质评价方法，构建了我国光学遥感卫星影像压缩品质评价体系，实现了星上数据高保真压缩技术，自主设计了影像构像品质的综合性评价指标；对多种压缩比采用多种数据、运用多种方法，对多种应用目标进行了上千幅影像的压缩试验和评价；提出了我国光学测绘卫星影像压缩比一般不应超过41∶的指标，改变了过去国产高分辨率卫星长期采用81∶压缩比的局面。

2）建立了我国高分辨率光学遥感卫星几何检校场，突破了国产光学卫星几何检校技术难题，结束了我国卫星定位精度长期低下的历史。

卫星的高精度几何检校是卫星实现立体测图的前提。在“资源三号”卫星之前，我国高分辨率卫星的无控制点定位精度和国外同类卫星的定位精度存在较大差距，如“资源一号”02B星定位精度为1km、“资源二号”03星等卫星的定位精度为200m，传感器内部几何检校几乎是空白。而SPOT-5、ALOS等国外卫星的定位精度达到几十米，近些年发射的高分辨率的GeoEye和WorldView等卫星的无控制点定位精度甚至达到了10m以内。

卫星几何检校是高精度测绘的瓶颈问题，也一直是国外不公开的核心技术。通过深入研究卫星几何检校原理，自主提出了天地一体化几何检校技术和几何检校场建设方案。从几何检校场面积、地形、气象、人工几何靶标、自然标志点、地物波谱6个方面出发，完成了“资源三号”卫星地面几何检校场建设方案。在国内遴选出新疆、黑龙江、内蒙古、河北、河南等地区作为我国测绘卫星高精度几何检校场的候选区域，并建立了我国光学遥感卫星几何检校场。

在研究法国、美国等国卫星的基础上，提出了采用12∶ 000数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）并辅以人工靶标进行国产光学卫星高精度几何检校的方法，构建了广义指向角模型、多 CCD拼接拟合和 CCD线阵畸变综合处理等模型，实现了内方位元素的精确标定；采用相位配准的方法，突破了“资源三号”卫星影像亚像元匹配技术；提出了波尔兹曼曲线拟合人工靶标像点坐标的方法，提取精度可达到1/20像元；针对卫星的上千个技术参数，提出了对姿轨参数误差和设备安装误差分步求解的策略，解决了内外方位元素之间的强相关性问题；提出了多检校场、多类型控制点联合标定技术和方案，解决了外方位元素的动态变化问题。

自主研制了高分辨率光学遥感卫星的几何检校系统，全面攻克了我国光学遥感卫星几何检校的技术难题，建立了15∶万光学遥感卫星检校技术体系，实现了我国高分辨率卫星几何检校技术的创新。利用华北等多个地区的高精度DEM和DOM及人工靶标数据，对“资源三号”卫星影像进行在轨几何检校。首次检校后，三线阵全色相机的内方位元素标定精度达到0.25像元以内，影像无控制点定位精度从检校前的900m提高到25m。多次检校后影像的无控制点定位精度达到10m，影像直接定位精度提升90倍。经过检校，“资源三号”卫星影像无控制点定位精度已超过法国SPOT-5、日本ALOS和印度IRS-P5等卫星，居国际同类卫星的首位。

3）建立了高精度的成像几何模型，实现了测绘卫星的高精度事后定姿和定轨，突破了航天摄影测量的一整套核心技术。

卫星成像几何模型、定轨和定姿参数是高精度测图的关键。模型的严密性、姿态和轨道的精确性都对测图精度起着决定性作用。

针对“资源三号”卫星下传的轨道、姿态数据，构建了卫星事后定姿、事后定轨技术；提出了星载和地面一体化联合精密定轨方法与卫星轨道系统误差标定方法，实现了“资源三号”高精度GPS事后定轨，三维定轨精度可达到3～4cm；发展了双向卡尔曼滤波算法，研制了星敏感器相机偏置矩阵模型和星敏感器陀螺联合定姿方法，“资源三号”卫星姿态后处理精度可达到1″。

在线阵推扫式多中心投影理论的基础上，自主提出了“资源三号”卫星严密成像模型构建方法，建立了高精度的有理函数模型（RFM）。针对卫星的姿态变化、TDICCD积分时间不连续、成像系统变化等不规则成像问题，自主提出了虚拟重成像技术，构建了理想线阵无畸变虚拟 CCD成像模型，实现了从基于实验室参数的严密成像模型到在轨运行严密成像模型的简化；构建了虚拟控制点求解方式，实现了RFM参数的高精度稳健估计求解，建立了分子分母不相同的三阶RFM。严密成像模型到RFM的转换误差优于0.001 5像元，优于0.05像元的平均水平。

利用自主研发的成像几何模型，“资源三号”卫星影像的精度达到了稀少控制点条件下，平面精度优于3m，高程精度优于2m，全面超过15∶万测图精度指标，可进行12.5∶万立体测图，还可以用于11∶万部分地形要素的更新；无控制点条件下，平面精度优于10m，高程精度优于5m，可直接用于15∶万基础地理信息更新，甚至可用于全球15∶万无控制立体测图。测图精度全面优于法国SPOT-5、日本ALOS和印度 P5等国外同类卫星，不仅结束了我国卫星难以测图的历史，而且使得自主卫星的测图精度与国际同类卫星相比处于领先水平。

4）建立了国际通行的“资源三号”卫星产品体系，自主研制了从原始影像到测绘产品的全流程并行数据处理系统，其产品品质与国际接轨。

过去，我国资源卫星的辐射处理精度偏低，影像产品品质不高，立体测图产品缺乏，产品体系无法与国际接轨，严重制约了国产卫星影像产品的规模化应用。

我国自主研发了三线阵立体影像辐射校正技术，提出了自适应动态求解相对辐射定标参数的方法，解决了多CCD光谱差异、死像元剔除、抽头平滑等技术问题，“资源三号”卫星影像相对校正精度优于1%；提出了多光谱影像虚拟化技术，解决了谱段间高精度配准问题，谱段间配准精度达到 0.15像元，比原有国产资源卫星的配准精度提高了60%以上。

针对海量遥感影像处理和复杂计算的瓶颈问题，自主研制了从原始影像到测绘产品的全流程并行数据处理系统。对辐射校正、传感器校正、内外方位元素标定、成像模型参数计算、三线阵影像匹配处理等功能进行了针对性的并行优化，解决了I/O密集型和计算密集型的负载均衡问题，实现三线阵影像辐射和几何的并行化处理、自动化调度及流程控制，传感器校正产品的生产效率达到20s/景（15个计算节点）；提出了基于RFM的物方面元多视并行匹配算法，实现数字表面模型（DSM）的快速生产。

在数据处理过程中，采用同类误差合并处理原则，建立了满足测绘及相关行业需求的国际通行的测绘遥感影像产品体系。根据“资源三号”卫星影像全色、立体、多光谱等数据特点，制订了“资源三号”卫星测绘产品生产工艺流程，自主研发了附带严密成像几何模型和 RFM 的传感器校正产品、系统几何纠正产品、精纠正产品及核线产品等不同等级、不同精度的测绘产品，制订了22项生产技术规程和产品规范，实现了生产运行的业务化。

5）建立了激光测高试验载荷严密几何定位模型，将“资源三号”02星激光测高数据作为广义高程控制点参与卫星影像区域网平差，提升了“资源三号”立体影像的高程精度。

研究表明，经过在轨几何检校后，“资源三号”02星激光测高仪在平坦地区的高程精度可达到1m左右。将激光测高数据作为广义高程控制参与平差实验，能够提高“资源三号”卫星几何定位的高程精度至2～3m水平。

从总体上看，“资源三号”卫星测绘技术的突破，实现了我国15∶万测绘从依赖国外卫星到使用国产卫星的根本性变革，使我国一举成为国际上少数几个掌握成套卫星测绘技术的国家，是我国测绘行业技术进步的划时代标志。

2.2 卫星应用进展

截至2017年12月，“资源三号”01、02星共获取影像数据300万余景，基本实现了我国陆地国土的全覆盖和全球陆地面积56%的有效覆盖。在卫星数据产品方面，已实现高效的业务化、规模化、自动化和网络化生产，影像产品持续更新，自主产品日益完善，创新服务产品不断丰富。目前，“资源三号”卫星可提供传感器校正产品，DOM、DSM、DEM、控制点数据库、影像机顶盒等标准影像产品和服务，也可按用户需求提供专题影像地图、裸眼立体影像地图、变化信息检测服务等定制产品和服务，影像数据产品和技术服务体系初具规模。

卫星应用服务新模式也逐步成型。“资源三号”卫星影像云服务平台已于2016年5月29日正式开通，国内覆盖不断拓展，国际化推广初见成效。通过建设互联互通的多级网络，逐步形成了1个主节点、34个省级节点、若干行业和国际节点的“1+34+M+N”的立体网络布局，面向规模化、业务化用户提供一个虚拟的卫星影像统筹中心、管理中心和服务中心，实现云环境下卫星数据产品的全自动不间断持续稳定推送和深度应用。据不完全统计，平台已累计向测绘、土地、地矿、水利、林业、环保等行业的2 200余家国内外用户提供了覆盖面积累计超过 4.49×108km2的卫星影像产品与服务，在南海、钓鱼岛等敏感地区为我国的国家安全提供了可靠的数据保障。

除了在测绘地理信息行业的广泛应用，“资源三号”卫星向国土、地矿、森林、水利、农业、环境、海洋、民政、审计、位置服务等领域提供了多元化、增值性的应用服务。在国土行业，大力支撑了多星、大区域、高频率国土资源调查、监测与“一张图”核心数据库更新等重要工作的开展；地矿行业数十家单位利用“资源三号”卫星正射影像和数字地表模型开展地质调查、物探找矿、环境监测、矿山监测等工作；连续多年为水利部门提供长江、黄河、海河等7大流域的高精度正射影像数据，以及覆盖全国的公开级正射影像成果，为未来大区域、高频率水资源管理、水利建设、防汛抗旱、水政执法、水利安全生产等提供快速、直观、准确的数据；持续为国家林业局调查规划设计院提供了全国范围的“资源三号”卫星正射影像生产服务，为林业部门开展全国林业应对气候变化碳汇计量和监测体系建设、境外森林资源调查等业务提供支撑。利用“资源三号”卫星全球地表数据获取能力，推进与各国政府部门之间的合作共享，已面向全球60多个国家和地区提供“资源三号”卫星影像数据和服务。依托“资源三号”卫星影像云服务平台国际化服务网络，先后与肯尼亚非洲区域发展资源测绘中心、乌干达国家公路局、泰国地理信息与空间技术发展局、老挝测绘局、哈萨克斯坦地理研究所、诺丁汉大学、维也纳大学等相关机构签订了合作备忘录，初步开展了卫星影像应用服务，进一步提升了我国测绘卫星的国际影响力[1]。

3 测绘卫星发展规划与趋势分析

3.1 卫星规划及立项进展

立足于测绘行业卫星业务需求，2015年 12月发布的《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》（以下简称“空基规划”）中，明确了包括4颗业务星（“资源三号”02/03/04星、“高分七号”02星）和3颗主用户科研星（“高分七号”卫星、L波段差分干涉SAR卫星、重力卫星）和多颗科研星在内的测绘卫星体系发展规划，旨在建设由高分辨率光学立体测图卫星、干涉雷达卫星、重力卫星等不同卫星有机组成的测绘卫星系列并具有激光测绘的功能，推动卫星测绘从以光学卫星应用为主向多类型、多用途卫星协同应用为主转变，主要用于15∶万、11∶万及更大比例尺地图测图和更新、资源调查、城乡规划、环境保护及灾害预警救援。

目前，“资源三号”02星已发射，与“资源三号”01星双星组网运行；“资源三号”03星也已立项，预计于2020年发射；首颗民用11∶万立体测图卫星“高分七号”已立项，正在加紧研制中，计划于2019年上半年发射；L波段差分干涉SAR卫星已立项，有望于2020年发射；“资源三号”04星和“高分七号”02星计划在“十三五”期间完成立项，“十四五”期间发射。此外，在空基规划中，高分多模综合成像卫星作为“十三五”首批启动的科研星之一，计划于2018年发射，该卫星是一颗敏捷光学遥感成像卫星，有望与即将发射的“高分七号”卫星一起为11∶万比例尺测图提供有效数据支撑；已经立项的陆地生态系统碳监测卫星是我国“十三五”期间计划发射的一颗重要陆地观测卫星，星上计划搭载5波束的激光测高仪，可以用于全球高程控制点数据库建设、全球无控制测图、极地冰盖测绘等。此外，我国正推动重力梯度卫星和X波段双天线干涉SAR卫星、Ka波段双天线差分干涉SAR卫星、激光三维测绘卫星等新型测绘卫星的预先研究和论证工作。

按照空基规划分阶段建设的总体部署，到2020年将初步建成多类型、多型号测绘卫星对地观测体系，基本满足15∶万～11∶万比例尺测绘对星载数据获取的要求，为国家重大战略和工程的实施提供高品质、高时效性的高分辨率卫星数据和基础地理信息。

3.2 卫星发展趋势与技术难点

总体上看，光学卫星测绘发展具有如下趋势：1）以应用为导向，强调主题任务突出、共同驱动；2）功能强大，不仅具备立体测量和高精度定位能力，还具有越来越宽的有效谱段，实现地物测量与大气探测同步；3）具有“四高一宽”特点，即高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率和宽覆盖；4）具备灵活的星上过滤和数据预处理能力；5）多星联合，在星座、卫星及载荷间实现有效协同；6）星地协同，实现星地一体化处理，与应用直接挂钩。未来，需要重点攻克的技术难点主要包括：甚高分辨率卫星光学遥感系统测图技术、多（高）光谱成像和处理技术、轻小型高精度在轨云判和预处理技术、全链路一体化仿真与验证技术、高精度几何检校技术、成像品质提升技术、业务化信息处理和提取技术、全链路遥感卫星应用效能评价技术，等等。

干涉雷达卫星能够实现多云多雨地区的影像获取，支撑全球DEM数据获取以及区域地表形变监测。总体上看，雷达卫星测绘发展有以下几大趋势：1）载荷水平不断提高，由单一成像模式向多种成像模式转化，由单极化向多（全）极化发展，分辨率由百米级提高到亚米级；2）卫星寿命逐渐延长，工作寿命至少在5年以上，未来甚至可以达到10年；3）高分辨率宽幅成像能力不断加强，方位向分辨率越来越高；4）具备多模式，可使用不同频率、不同极化、不同入射角的电磁波对地物进行观测，获取地物信息更加丰富；5）InSAR和PolInSAR技术发展潜力巨大，使用SAR进行定量化分析过程中大多使用干涉技术，对相位进行分析；6）SAR卫星星座与卫星编队使得卫星时效性提高、重访周期缩短，对地观测和监视能力得到提高。未来，需要重点攻克的技术难点主要包括：可靠的卫星硬件设计与制造技术、模拟仿真论证技术、InSAR数据处理技术、干涉测量检校技术，等等。

星载激光测高仪的激光器正由传统的二极管泵浦Zig-Zag板条激光器向主振荡功率放大的MOPA结构发展；探测体制由低重频、高能量、单光束的线性探测体制向高重频、微脉冲、多光束的单光子探测体制发展；寿命维持由传统的备份方式向轮班值守方向发展；应用领域由单一领域向多领域方向发展（全球高程控制、森林植被参数测量、极地冰盖监测、水文监测等）。为实现卫星激光测高数据高精度处理与应用，未来需要重点攻克的技术难点主要包括：高精度距离测量技术、激光指向高精度测量技术、卫星在轨高精度几何标定技术、大气延迟距离改正技术、固体潮改正技术、全波形数据处理技术、激光高程参考点提取及数据库构建技术，等等。

重力卫星正朝着更高空间分辨率（由400km向200km甚至100km发展）、更高的时间分辨率（消除大气、海洋等混频效应）和更长的时间序列（GRACE任务的延续）的方向转变。未来，需要重点攻克重力梯度测量卫星数据的系统仿真技术、重力梯度测量卫星的指标分析与设计技术、重力梯度仪在轨检校技术、超低轨道（低于300km）卫星精密定轨技术、高精度高分辨率地球重力场恢复技术、重力梯度测量卫星综合数据处理技术，等等。

4 结束语

从国际看，完善和发展自主可控的遥感空间基础设施，日益成为发达国家和地区追求空间领域领先、维护安全利益的战略选择。从国内看，在“一带一路”倡议的大背景下，我国正在推动航天遥感技术更好地服务沿线国家和地区乃至全球的经济发展。十八大以来，党中央国务院将生态文明建设和环境保护摆上了更加重要的战略位置，全国性的自然资源环境调查监测工程大规模展开，十九大报告更是提出了加快生态文明体制改革、推进绿色发展、建设美丽中国的战略部署。加强生态文明建设，优化国土空间开发格局，开展自然资源资产干部离任审计、重点行业去产能卫星遥感监测，推进“多规合一”，都需要卫星测绘提供更加全面、有效的基础数据和技术支撑。为此，需要加快完善我国自主资源卫星体系，积极推动空基规划中资源测绘卫星星座的落实，实现全天时、全天候的卫星对地观测，建设国产卫星海外接收站及处理系统，提升卫星系统整体效能；完善卫星遥感政策，加强数据统筹，着眼国内国外两大市场，着眼军民深度融合，着眼公益性保障和市场化服务需求，统筹“军、民、商、外”对地观测数据资源；推动卫星测绘遥感理论和方法创新，实现核心技术自主可控，研究主动服务、智能服务、一站式服务模式，搭建增值服务平台，推进卫星数据的产业化应用和社会化、国际化服务。

展望未来，我国的卫星测绘正蓬勃发展，数据量与日俱增，数据获取和处理技术日新月异，应用前景十分广阔。随着空基规划的逐步落实、顶层设计的日益完善以及关键技术的不断突破，我国将构建观测要素丰富的高分辨率资源卫星体系，国产卫星将实现“从好到强、从追赶创新到引领创新”的转型跨越发展。通过盘活民用空间基础设施、商业遥感卫星、军用遥感卫星等资源，提高卫星使用效率，提升卫星成像品质、定位精度和定量化、智能化应用水平，国产卫星在全球地理信息资源建设、现代化自然资源资产调查与监管、应急响应能力等方面的能力将得到进一步增强，成为经济社会可持续发展的有力支撑和保障。