高分二号卫星水平国内顶尖 落后国外十年

Gaofen2卫星

网易航空讯（Nemo） 2014年8月19日，中国使用长征四号乙运载火箭，成功发射高分二号卫星。高分二号卫星是中国民用遥感卫星技术与应用的重要里程碑，可以分辨率出地面小汽车大小的物体。它的成功发射和投入使用，标志着中国民用遥感卫星正式跨入亚米级高分辨率时代。

高分专项

天基观测系统是高分工程主角

高分专项主要用于加快中国的空间信息与应用技术发展，通过建设一个高分辨率的对地观测系统，一方面满足国民经济建设与国家安全的需要，另一方面提高中国遥感产业的自主创新能力。2010年5月国务院正式审议批准实施高分专项工程。

高分专项的观测部分包括天基观测系统、临近空间观测系统和航空观测系统三部分组成，其中天基观测系统即遥感卫星以宽幅、高效和廉价等特点，成为高分专项的主角。2020年前后，建立中国自主的陆地、大气和海洋先进对地观测系统，提供全天候和全球覆盖的对地观测能力，并改变过去遥感卫星各自为战的状况。

高分二号

高分二号后续有星

高分专项目前初步计划发射7颗遥感卫星，其中包括已经发射的高分一号和高分二号。2013年4月26日发射的高分一号卫星，高分辨率相机全色分辨率2米、多光谱分辨率8米，并携带16米分辨率幅宽800千米的宽幅相机，是典型的高时间分辨率（宽覆盖）遥感卫星；刚刚发射的高分二号卫星，携带了全色分辨率优于1米、多光谱分辨率优于4米的高分辨率相机，实现了较高的空间分辨率；未来中国还将发射携带C波段多极化合成孔径雷达的高分三号卫星，它是中国第一颗民用合成孔径雷达卫星，空间分辨率最高可达1米，主要用于对海洋目标的监测；高分四号卫星是静止轨道光学遥感卫星，它将携带全色分辨率50米的凝视相机，在静止轨道上对7000千米X7000千米的区域进行实时观测；高分五号卫星将是中国第一颗民用高光谱观测卫星，高光谱相机分辨率能力可达10米，它还将携带气溶胶探测仪、温室气体监测仪等探测设备；高分六号卫星属于高分一号卫星的后继，它仍是一颗全色2米分辨率、多光谱8米分辨率的普查卫星；高分七号卫星属于立体测绘卫星，将为国家测绘地理信息局、国家基础地理信息中心等部门提供高分辨率的空间立体测绘数据。

空间分辨率最高、寿命要求最长

高分二号卫星是中国目前研制的空间分辨率最高、寿命要求最长的民用遥感卫星，按照设计要求高分二号卫星要具备优于1米的空间分辨率和大于45千米幅宽的成像能力。

1.使用CS-L3000A卫星平台

高分二号卫星使用CS-L3000A卫星平台，发射后位于轨道高度600千米X630千米，轨道倾角98度的太阳同步轨道上，推断高分二号卫星的整星质量在2吨以上。任务设计师马世俊表示，卫星设计寿命不少于5年，使用寿命可能达到8年。高分二号卫星还是中国首颗使用控制力矩陀螺的民用卫星，配合采用了高效的控制定姿方案，具备更强的姿态控制能力，可使卫星整体围绕转动轴或是俯仰轴大角度侧摆，灵活实现对不同地面目标的观测。高分二号卫星可在180秒内侧摆35度，比高分一号卫星同样时间内侧摆25度有了很大提高，可以更有效的对点状目标进行成像，或是对飞行轨迹前后成像，也可用于生成近似同时的立体像对。高分二号卫星分辨率比高分一号卫星提高一倍以上，而轨道回归周期相差不多的情况下，重访周期只有5天， 强大的侧摆能力是决定性的因素。

高分二号更高的分辨率还对卫星的定位精度和姿态稳定度提出了更高的要求。卫星姿态定位精度取决于星敏感器的性能，中国在实践九号卫星上试验了国产的高性能星敏感器，其精度达到了7角秒(3σ)，高分二号据称使用了国产的星敏感器，很可能就是实践九号卫星上得到在轨验证的型号。高分二号卫星通过使用高灵敏度的星敏感器提高了姿态控制精度，为拍摄高分辨率的遥感卫星奠定了基础。除了姿态稳定度，卫星本身的抖动也会造成图像失真，高分二号卫星通过相机支架上安装阻尼减隔振装置等一系列措施，降低了卫星振动对相机图像质量的影响。

2.高分辨率相机

推断高分二号卫星装有两台全色优于1米、多光谱优于4米的高分辨率长焦距轻型相机。全色分辨率为0.8米，多光谱分辨率为3.2米，幅宽为48千米,根据国内论文资料，中国研制了F数14的卫星遥感相机，以此推算相机主镜口径应该是0.56米。

据报道高分二号卫星的高分辨率相机研制过程中突破了大口径超长焦距官学系统水平重力卸载装校等技术、并首次使用了小相对孔径的设计概念。高分二号在中国民用遥感卫星中率先使用F数14的小光圈相机，虽然它的相机分辨率提高了一倍，但相机的体积和重量却只有传统方案的1/3了，为降低整星重量做出了很大的贡献。高分二号的相机使用的小光圈设计，外加相机分辨率接近物理极限，反映出中国光学系统的设计达到了较高的水平。

3.高分二号服役将缓解中国亚米级卫片对外依赖

正如国内高分一号为代表的2米级民用遥感卫星投入使用后，国外同级别卫星的卫片影像产品受到很大冲击，原来高不可攀的价格也逐渐降低到平价，高分二号卫星的服役，也将缓解中国亚米级卫片对外的依赖，同时降低外国公司亚米级卫片影像产品的价格。这不仅进一步降低了中国国内用户使用卫片的成本，也将推动中国空间地理信息产业的发展。

对于最终用户来说，卫星的性能是一方面，卫片能否便捷及时的获取也是一个重要因素。中国民用遥感卫片一直存在多头管理和保密审查耗时耗力的问题，影响了国产卫片的应用与推广。面对中国举国上下民用遥感卫星不如美国数字地球一家公司的境况，中国农业部、测绘局、国土部、海洋部和环保部等多个政府部门各自投资发展自己的遥感卫星，实在显得不合时宜。而在这个美国公司一直公开大规模销售0.5米分辨率的遥感卫片，而最近美国政府又决定将标准放宽到0.25米分辨率的时代，对国产民用遥感卫星的1米甚至2米卫片进行苛刻的保密审查，更有黑色幽默的味道。好在这些体制问题已经有了极大的改善，随着高分专项的启动和实施，以中国资源卫星中心为首，中国在民用遥感卫星卫片的处理和应用上有了显著的进步，为推广国产卫片奠定坚实的基础。未来高分二号卫星的卫片影像除了满足政府部门用户的需求外，还将针对性的开发潜在的商业用户，抓好卫片数据的应用，培育中国商业卫片和地理信息产业市场，通过商业化运作使高分专项产生更大的经济和社会效益。

Gaofen2-发射

高分二号卫星水平:国内顶尖 落后国外十年

8月14日发射成功的美国数字地球公司的WorldView-3卫星无论是0.31米的超高分辨率，还是7.25年的设计寿命（预期寿命12年），或是8个多光谱波段、8个短波红外波段和12个CAVIS波段的多光谱成像能力，都远远超过了高分二号卫星的指标。WorldView-3卫星还可以在12秒内快速侧摆到18度，下行传输速度也达到了1200Mbps，至于无地面控制点条件下小于3.5米的定位精度，以及1米全色分辨率下小于1天的重访周期，更是高分二号卫星可望而可不及的。法国的Pleiades-1卫星轨道高度694千米，全色分辨率最高可达0.5米，使用0.65米的主镜口径，和高分一号卫星相差不多，但它不仅相机光学系统F数高达20，而且使用了一体化超分辨率焦平面设计。最终Pleiades的星载相机体积质量远小于高分二号的相机，还通过超分辨率焦平面的亚像元拼接，使分辨率提高。由于中国在高质量光学和电子系统，以及图像后处理技术上的相对落后，高分二号F数20的相机号称焦距最长的民用卫星遥感相机，已经是很大的进步，而F数20的相机还有待进一步的研究。至于基于分光原理的超分辨率焦平面技术，目前中国尚未进行在轨验证。

高分二号卫星的大幅宽倒是一个特色。一般来说高分辨率卫星的幅宽一般较小，美国刚刚发射的WorldView-3卫星幅宽只有13.1千米，以前发射的WorldView-1/2等卫星幅宽也只有17.7千米和16.4千米，法国的Pleiades卫星幅宽为20千米，而高分二号卫星的幅宽达到了45千米以上，是同类遥感卫星中幅宽最大的。其实这个最大的幅宽有很大的水分，实际上这是两部相机综合的结果，或者说单部相机幅宽只有22.5千米，实际上和Pleiades基本相当。

如果说高分二号优于1米的空间分辨率还说得上十多年前的国际先进水平，那么这个定位精度就有些难看了。1999年发射的Ikonos卫星同等条件下定位精度25米，校正后提高到16米，稍晚发射的QuickBird卫星相应的指标为23米和17米，而新一代的遥感卫星无论是美国的WorldView-1和GeoEye-1卫星，还是法国的Pleiades卫星，都达到了5米甚至更高。不过高定位精度要求卫星具备很高的姿态定位和控制精度，以及轨道定位和控制精度，中国的星敏感器刚刚国产化，卫星平台时间、姿态和轨道控制的指标也有待提高，目前的50米精度已经勉为其难了，很难奢望短期内达到Pleiades卫星3米的高水平。

结语

高分二号卫星纵向国内对比有了巨大的提高，而亚米级的卫片影像作为应用最广泛的卫片产品，也为商业化提供了可能。不过横向对比外国民用遥感卫星，高分二号在技术和性能上还有着巨大的差距，要追赶世界先进水平，以高分专项为代表的中国民用遥感卫星还有很长的路要走。