WANG Yu, XIAO Yun. Development Strategy Research of Surveying and Mapping Satellites in China[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2020, 41(4): 1-9. (in Chinese)

0 引言

测绘卫星系统是指以卫星为平台，以光学、微波、重力、磁力等测绘传感器为有效载荷，高精度获取全球或局部地区地形信息（地物、地貌信息）和地球物理场信息（地球重力场、地磁场信息），测制地理信息产品、测量高精度地球重力场模型、地磁场模型等的航天测绘设备。本文研究的测绘卫星包括专用测绘卫星和以测绘作为主要用途之一的遥感卫星。

根据用途可以将测绘卫星分成地形信息测绘和地球物理场探测两类，见图 1。地形信息测绘卫星可以按照传感器类型分为光学测绘卫星、微波测绘卫星，光学测绘卫星又可以分为可见光测绘和激光测高两种类型。地球物理场测量卫星可以按照探测对象的不同分为重力测量卫星和磁力测量卫星。

图1 测绘卫星的分类Fig.1 Classification of mapping satellites

1 国外测绘卫星发展现状

1.1 光学测绘卫星

（1）可见光测绘

可见光测绘卫星的发展经历了返回型和传输型两个阶段，从20世纪60年代到21世纪初，美国和俄罗斯/前苏联先后发射了265颗卫星，利用这些卫星美、俄绘制了全球1∶30万～1∶5万比例尺的地形测绘产品，建立了覆盖全球的基础地理信息框架，为其后续开展重点地区精确测绘打下了坚实基础[1-2]。

随着传感器技术的不断发展，从20世纪80年代开始传输型逐渐成为测绘卫星发展的主流。表1介绍了国外主要传输型测绘卫星的基本情况。根据成图能力，将SPOT5、ALOS等具备1∶5万、1∶2.5万比例尺地形测绘能力的卫星划分为第一代；将IKONOS、WorldView和Pleiades等具备1∶1万（含有控）以及更大比例尺测图能力的卫星划分为第二代；将WorldView-Legion、CO 3D等以城市三维信息获取为目标，具备高重访能力的卫星星座划分为新一代。为方便比较，本文提到的定位精度是指没有地面控制点参与情况下的无控定位精度，统一用中误差（1σ）作为衡量精度的标准。

表1 国外主要传输型光学测绘卫星Tab.1 Main transmission optical mapping satellites abroad精度/m 技术划分平面16.5，高程13.4平面3，高程10 4.0第二代3.5 3.5未公布 新一代不详 第二代平面12，高程7 第一代50 35 7.9第二代未公布 新一代15，6 第一代平面80，高程70 第一代不详不详 第二代

本文重点介绍WorldView-Legion（也称世景军团）和CO-3D为代表的新一代可见光测绘卫星星座。WorldView-Legion由美国Maxar公司研制，是WorldView系列的后续型号，计划2021年前发射，初期计划由6颗卫星组成。该星座将与世景哨兵星座（计划）组网，以实现全球大部分地区30～40min的重访能力。CO-3D卫星是欧洲对标世景军团设计的小卫星星座，初期由4颗卫星组成，未来计划扩展至20颗。

除了极高的时间分辨率，城市三维信息获取也是 WorldView-Legion和 CO-3D的重要目标。WorldView-3卫星已经可以完成近70°侧摆，从而实现类似航空倾斜摄影的效果，为三维重建创造了条件。图2（a）是WorldView-3卫星获取的美国拉斯维加斯市的倾斜影像，图2（b）是利用北京地区WorldView-3影像制作的真三维模型[13]。可以预见，世景军团和 CO-3D星座发射成功后，上述卫星的城市地区三维信息提取能力将进一步增强。

图2 WorldView-3拍摄的倾斜影像和制作的三维模型Fig.2 A tilt image and 3D model taken by WorldView-3

（2）激光测高

从20世纪末开始，美国开始将激光测距仪用于对地观测，迄今为止已经发射了4型载荷，基本情况如表 2所示[14]。2018年发射的ICESat-2、GEDI和规划中LIST代表了发展趋势。按照LIST的研制目标，利用激光数据可以直接测制格网间距优于5m、精度优于0.1m的DSM，为快速生产全球大比例尺地理信息产品提供了新路径。

表2 对地观测激光测高卫星基本情况Tab.2 Basic information of laser altimeter satellites for Earth observation卫星（载荷）型号 发射年份 技术体制 波束数量 光斑距离/m 光斑直径/m测高精度/m 探测目标沿轨 垂轨SLA01/02 1996/97 线性 1 750 - 100 1.5 全球控制点ICESat-1 2003 线性 1 170 - 70 0.15 冰盖、云、高程测量GEDI 2018 线性 14 60 600 25 1.0 碳循环和全球气候变化ICESat-2 2018 单光子 6 0.7 3 000 10 0.1 冰盖、云、高程测量LIST 2020 单光子 1 000 0.7 5 5 0.1 地形测量

1.2 微波测绘卫星

雷达遥感用于地形测绘是在合成孔径雷达出现之后，与光学卫星需要特别的设计和配置不同，多数合成孔径雷达卫星通过重复轨道或卫星编队可以实现地形测绘。微波测绘卫星发展呈现出两个趋势：一是卫星载荷具备多频段、多极化、多模式观测能力；二是编队和星座运行成为主流。表 3介绍了21世纪已发射和计划发射的典型微波卫星的情况[15-16]。

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