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    【航天驭星】驭见 | 中卫遥感卫星定标与真实性检验场试运行技术总结
       

     
     

    2021年10月12日,由中卫市人民政府主办,北京航天驭星科技有限公司承办,武汉大学协办的“2021云天大会中国商业航天产业基础设施建设与运营高端峰会暨中卫遥感卫星定标与真实性检验场试运行总结会”在宁夏中卫市隆重召开。本次峰会主题为“航天新基建 赋能新航天”。作为“2021云天大会”的特色和重要组成部分,中国商业航天产业基础设施建设与运营高端峰会旨在聚焦我国航天产业基础设施建设的发展情况,通过内部研讨、主旨演讲、专家报告、行业分享、圆桌对话等多种形式,展现了中国商业航天产业在基础设施建设方面的最新发展成果,探讨了航天产业基础设施建设与运营的发展前景。

      

    本文系武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授、博士生导师张过的发言摘录,有删减。

     

    何为定标?

    定标是指用标准设备对仪器仪表进行校验、调整以保证测量精度的过程,遥感卫星的本质是一个测量装备,场地的服务对象为遥感卫星、航空飞机、无人机等。

    首先阐述定标技术的背景。从国家体系来说,定标是提升卫星数据质量的重要手段。根据国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)对“共性应用支撑平台”的要求可以看出,我们对定标系统的精度有较高的要求,定标系统包括综合定标基地与定标软件和算法。自从我国有遥感卫星以来,就一直在建设定标场,如敦煌定标场和青海湖定标场,从我国这几年的航天应用数据的发展来看,遥感卫星的数据应用需求与日俱增,而定标及真实性检验场建设略显不足,因此,我们项目团队承担了中卫遥感卫星定标场建设工作,自2010年以来一直在负责定标场的建设与运营。定标场协作运营单位为北京航天驭星科技有限公司,它是国家高新技术和中关村高新技术“双高”企业,也是我国领先的商业卫星在轨综合管理和航天数据服务商。

    中卫遥感卫星定标场有如下特点:第一,政产学研相结合,中卫市政府提供建设用地,武汉大学提供设备与技术支持,航天驭星负责建设与运营。第二,技术先进,是全球首个集成像遥感卫星和非成像测高卫星的综合定标与真实性检验场地。第三,公益与商业服务并举,我们希望其既能够满足科研及政府需求,又可服务商业用户。

     

    中卫遥感卫星定标场的建设历程

    在2016年申报此项目时,我们提出了切实可行的项目目标,第一是对遥感卫星在轨定标与性能进行系统的评估,力争做到自动化与常态化,第二是做到遥感产品的真实性检验。我们希望建成一个综合的定标场,因此场地的设计理念是一场多用、紧凑布局、远程操控与定标系统的自动化,整个系统的建设包括四个方面的子系统:SAR卫星定标与检验系统、光学卫星定标与检验系统、激光卫星定标与检验系统与SAR影像质量评价系统。

    2016年11月,武汉大学召开“卫星定标科研仪器设备技术指标论证与可行性分析”研讨会,明确了技术指标和运行方案。

     
     

    从2017年7月至2018年3月,武汉大学陆续完成星载几何定标器、星载SAR有源定标器和移动点光源靶标的招标,并同步开展自动角反射器研制工作。2017年8月,李德仁院士率队前往中卫进行场地选址与勘探;9月,中卫市政府第120号专题会议研究了卫星定标与真实性检验基地划拨土地事宜,并形成了会议纪要;

    2019年8月,武汉大学科发院、设备处和遥感重点实验室领导及技术人员同北京航天驭星科技有限公司相关领导成立联合工作组,赴宁夏与中卫市领导沟通卫星遥感综合定标场建设工作,以专题座谈会和现场勘察等形式进行相关工作的推动与落实;

    2020年7月,完成了固定区域的土地平整工作;9月,20台自动角发射器和3台星载SAR有源定标器基座开始施工;12月,中卫遥感卫星定标场基本建成;12月16日,中卫遥感卫星定标场正式启用并试运行。
     

    中卫遥感卫星定标场试运行总结

    在这一块,我们总结了武汉大学的一些前期工作,形成了光学、SAR、激光及几何辐射定标的方案体系,在此体系上我们研究了相关的软件,并针对这些软件及装备进行了较为完整的验证。

    针对光学几何定标,我们构建了姿轨系统误差统一补偿模型和指向角多项式模型,并提出了场地、交叉、无场、恒星几何定标方法;其中交叉和无场定标原理是利用光学卫星对同一地物两次成像位置差来实现无场几何定标;此外还有恒星观测定标,它是通过相机-星敏均观恒星来标定一系列参数,并做到每轨“地影区”均可进行定标。

    针对光学遥感载荷在轨辐射定标,我们构建了整个光学遥感卫星辐射定标体系,保证高精度定标、高频次定标及全动态范围定标,同时我们优化了在轨场地辐射定标方法。刚才也向大家提到点光源测量法可以实现刃边法一维MTF测量到二维MTF测量的拓展,能让我们更容易地对辐射质量进行评价。

    针对SAR几何定标来说,我们构建了顾及大气传播延迟改正的几何定标模型并提出了场地、交叉、无场几何定标方法;交叉几何定标模型是基于同名点几何定位一致性,选择入射角相近的交叉影像对来求解待标定影像的几何定标参数,另外用三张SAR影像可以探测几何定标参数。

    SAR绝对辐射定标实际上是综合了我国许多科学家的文献与科学研究,也构建了高精度的绝对辐射定标模型。

    在激光几何定标方面,系统研究并提出它的定标技术体系方法:一是地形约束的激光预定标,二是波形匹配激光定标,三是场地精定标。因此,我们通过前些年的技术攻关,形成了整个方法体系和软件系统。

      

    从2020年12月开始,我们协调了国内几乎所有的卫星运营商,做了很多验证工作。以自动角反射器为例,我们针对民高分三号、海丝一号等卫星进行了试验,在试运行期间一共拍摄任务25次,其中有效拍摄14次,获取数据20景,同时我们发现它们在轨运行所存在的一些问题,并通过逐步改善将问题解决。

    从2021年2月11日到9月30日,我们执行了多次试验任务,任务间隔时间小于24小时,有效验证了定标设备的每日目标和连续定标能力,三台有源定标器均成功获得高分三号、海丝一号等卫星的天线方向图和IQ数据,效果也比自动遥感器得出的效果要好。另外一个是反射式移动点光源靶标,这是光学遥感卫星MTF测量和在轨绝对辐射定标的装备,我们在今年3月到10月为吉林一号、国星宇航、遥感系列与高分系列等企业卫星做了辐射定标的工作,在定标的过程中我们也发现了装备存在的问题,经过多次修正,目前设备的测量及运行状态良好。另外一个装备是2500个星载激光几何定标器,我们在固定场地设置了1500个定标器,剩下1000个是移动部署的。自去年开始我们一直在配合高分七号激光载荷进行几何定标,取得了良好的效果。期待后续能够进一步得到各商家及卫星人的支持,我们也希望提供好服务。

    对未来的展望

    从2016年开始,在有关专家领导的支持下,我们形成了装备成果和技术成果2类成果,形成了我国首个自动化综合定标场,形成了一套全流程、自主可控光学SAR激光及核辐射定标技术,同时自主创新了星载光学、SAR和激光定标核心技术,可为后续我国卫星产品精度的提升奠定良好的技术基础。

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