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1 武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢,430079

據(jù)航天衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫(kù)顯示，截至2021-12-31，全球遙感衛(wèi)星在軌數(shù)量達(dá)到了1192顆，已初步形成了面向不同需求、不同任務(wù)的多層次空間對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。其中，美國(guó)建成了以高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星WorldView系列為代表的光學(xué)遙感衛(wèi)星體系，并進(jìn)一步利用RapidEye、SkySat等小衛(wèi)星星座實(shí)現(xiàn)全球監(jiān)測(cè)服務(wù)；法國(guó)SPOT和Pleiades系列組成衛(wèi)星星座，實(shí)現(xiàn)了每天兩次的全球觀測(cè)重訪能力。相對(duì)于美國(guó)、法國(guó)等世界航天強(qiáng)國(guó)，中國(guó)高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星的研制和應(yīng)用起步較晚。目前，具有代表性的高分辨光學(xué)遙感為天繪、資源、高分和商業(yè)遙感系列衛(wèi)星。在過(guò)去十余年，中國(guó)遙感衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了從“有”到“好”的跨越式發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)化、商業(yè)化和國(guó)際出口。全球遙感衛(wèi)星正在不斷向更高、更多、更小、更短、更穩(wěn)、更準(zhǔn)方向發(fā)展，正越來(lái)越多地在國(guó)防、資源調(diào)查、應(yīng)急響應(yīng)等領(lǐng)域扮演愈加重要的角色。

但是，目前遙感信息服務(wù)的時(shí)效性、有效性和應(yīng)用的廣泛性尚不能很好地滿足高時(shí)效用戶和大眾用戶的應(yīng)用需求。為解決這些問(wèn)題，建設(shè)通信、導(dǎo)航、遙感集成的低成本星座系統(tǒng)成為了國(guó)際上的浪潮。由美國(guó)SpaceX公司推動(dòng)的Star?link衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星鏈計(jì)劃，旨在建立一個(gè)龐大的衛(wèi)星星座，實(shí)現(xiàn)全球?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)覆蓋。該系統(tǒng)未來(lái)將通過(guò)融合通信和地球觀測(cè)功能，提供全球范圍內(nèi)的通信和遙感一體化服務(wù)星盾計(jì)劃。英國(guó)的OneWeb公司也計(jì)劃建設(shè)大規(guī)模低軌衛(wèi)星星座，用于提供全球?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)覆蓋，特別關(guān)注服務(wù)于偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶。該系統(tǒng)目前已有600余顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，并計(jì)劃在未來(lái)部署其第二代星。中國(guó)在2020年4月將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)納入新基建范圍，標(biāo)志著中國(guó)低軌衛(wèi)星星座建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，在這之后啟動(dòng)了星網(wǎng)通信衛(wèi)星星座計(jì)劃。同時(shí)，“十四五”規(guī)劃綱要也明確提出打造全球覆蓋、高效運(yùn)行的通信、導(dǎo)航、遙感空間基礎(chǔ)設(shè)施體系的要求，支持生態(tài)氣象、應(yīng)急減災(zāi)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，為各個(gè)行業(yè)提供全面的空間信息支持，助力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和智慧城市建設(shè)。

2016-05-30，在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)上，習(xí)近平總書(shū)記指示：“必須推動(dòng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展”。為進(jìn)一步促進(jìn)中國(guó)對(duì)天對(duì)地觀測(cè)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)時(shí)空信息重大技術(shù)的突破與自主可控，推動(dòng)中國(guó)從航天大國(guó)走向航天強(qiáng)國(guó)發(fā)展，筆者提出通過(guò)多學(xué)科深度交叉融合和技術(shù)創(chuàng)新，建設(shè)面向通信、導(dǎo)航、遙感集成的低軌衛(wèi)星星座系統(tǒng)，支撐中國(guó)空間信息在社會(huì)信息化、數(shù)字化、智能化經(jīng)濟(jì)等的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用，將遙感應(yīng)用從專業(yè)用戶和政府用戶推廣到全球大眾用戶，包括B2B（business to business）、B2G（business to government）、B2C（business to customer）。

在國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)的推動(dòng)下，中國(guó)軍民商衛(wèi)星遙感系統(tǒng)取得了輝煌成績(jī)，在軌遙感衛(wèi)星數(shù)量300余顆，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，但問(wèn)題也非常突出，如何高效率、低成本、穩(wěn)定化獲取并“快、準(zhǔn)、靈”地使用數(shù)據(jù)，是促進(jìn)遙感產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵。

針對(duì)當(dāng)前衛(wèi)星遙感系統(tǒng)以載荷為核心的任務(wù)深度定制、以地面管理應(yīng)用為主的研產(chǎn)與服務(wù)模式，通過(guò)基礎(chǔ)衛(wèi)星平臺(tái)集成、協(xié)同計(jì)算架構(gòu)、自主任務(wù)規(guī)劃、在軌數(shù)據(jù)處理與實(shí)時(shí)智能服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)適應(yīng)對(duì)地觀測(cè)態(tài)勢(shì)感知的空間云腦體系，構(gòu)建系統(tǒng)聯(lián)通、時(shí)空融合、服務(wù)暢通的通導(dǎo)遙一體化（positioning，navigation，timing，remote sensing，communication，PNTRC）天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)，將遙感信息按需實(shí)時(shí)地送達(dá)各類軍民用戶，形成完整的衛(wèi)星制造、發(fā)射、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈，服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)與國(guó)防建設(shè)主戰(zhàn)場(chǎng)。

筆者在十余年之前就指出：“發(fā)展PNTRC系統(tǒng)對(duì)于推動(dòng)中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，提高中國(guó)航天領(lǐng)域的地位和影響力具有重要意義”。該系統(tǒng)在兼顧傳統(tǒng)非實(shí)時(shí)、專業(yè)用戶基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)天基信息增量用戶，包括實(shí)時(shí)專業(yè)用戶和大眾用戶，實(shí)現(xiàn)空天信息從專業(yè)服務(wù)到大眾服務(wù)和軍民應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。此外，通過(guò)提供實(shí)時(shí)的空天數(shù)據(jù)和服務(wù)，可以推動(dòng)空天信息行業(yè)的升級(jí)和擴(kuò)展，催生向上游技術(shù)和下游應(yīng)用延伸，形成更完整的產(chǎn)業(yè)鏈。在PNTRC系統(tǒng)建成后，有望推動(dòng)形成萬(wàn)億元的商業(yè)市場(chǎng)。

建設(shè)PNTRC系統(tǒng)需要依賴通信、導(dǎo)航和遙感衛(wèi)星的協(xié)同工作，但是中國(guó)現(xiàn)有的通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)各成體系，構(gòu)建PNTRC天基實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)存在如下難題：

1）系統(tǒng)孤立。當(dāng)前通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)各自發(fā)展，注重的功能和應(yīng)用領(lǐng)域有所不同，無(wú)法為空天信息服務(wù)提供一體化平臺(tái)。

2）信息分離。通信、導(dǎo)航、遙感衛(wèi)星系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)限制、老舊技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)和軟件與協(xié)議兼容性3個(gè)方面狀態(tài)固化，使得任務(wù)的更新和擴(kuò)展變得困難。

3）服務(wù)滯后。在某些地區(qū)或特定環(huán)境下，通信、導(dǎo)航和遙感衛(wèi)星系統(tǒng)由于信號(hào)傳輸延遲、信號(hào)接收困難或數(shù)據(jù)處理延遲等原因，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)服務(wù)。

PNTRC系統(tǒng)建設(shè)包括實(shí)時(shí)導(dǎo)航增強(qiáng)與精密授時(shí)、快速遙感服務(wù)和天地一體移動(dòng)寬帶通信傳輸三大功能：

1）實(shí)時(shí)導(dǎo)航增強(qiáng)服務(wù)。在全球?yàn)楦鞣N類型用戶提供米-分米級(jí)高精度實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位信息；精密授時(shí)設(shè)計(jì)，提供時(shí)間信息和時(shí)間同步信息。

2）快速遙感服務(wù)。全天時(shí)、全天候、實(shí)時(shí)的遙感數(shù)據(jù)獲取、通過(guò)光學(xué)與雷達(dá)衛(wèi)星組合和天地通信網(wǎng)分發(fā)，實(shí)現(xiàn)將感興趣的信息及時(shí)推送給用戶的移動(dòng)終端（小于5min延遲，優(yōu)于5m精度）。

3）天地一體移動(dòng)寬帶通信傳輸。通過(guò)克服地面通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不足的局限，可為全球用戶提供安全、可靠、高速的天地一體化通信和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

PNTRC系統(tǒng)建設(shè)涉及通信、導(dǎo)航、遙感、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域，需要突破“一星多用、多星組網(wǎng)、天地互聯(lián)、多網(wǎng)融合、統(tǒng)一基準(zhǔn)、關(guān)聯(lián)表征、數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)、星地協(xié)同、組網(wǎng)傳輸、智能處理、按需服務(wù)”關(guān)鍵技術(shù)。

考慮到PNTRC建設(shè)的需求和中國(guó)空天信息發(fā)展的現(xiàn)狀，筆者牽頭聯(lián)名了9位院士，通過(guò)中國(guó)工程院向中共中央、國(guó)務(wù)院呈送《加強(qiáng)軍民融合奪取空天制信息權(quán)的建議》，建議分如下“三步走”來(lái)建設(shè)空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)：

第一步，構(gòu)建局域服務(wù)系統(tǒng)（大灣區(qū)、南海、海南、珠江、長(zhǎng)江、黃河流域、京津冀）。發(fā)射50顆0.5m高分辨的低軌遙感/導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星（光學(xué)衛(wèi)星25顆、合成孔徑雷達(dá)（synthetic aperture radar，SAR）衛(wèi)星25顆）和1~3顆地球靜止軌道高軌通信衛(wèi)星，形成初級(jí)星座，目標(biāo)信息獲取優(yōu)于5min，實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度為亞米級(jí)，具有90個(gè)波束覆蓋全亞太，每個(gè)波束出向帶寬最大1Gbps，入向200Mbps，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或廣播，落地后通過(guò)5G上手機(jī)。

第二步，構(gòu)建區(qū)域服務(wù)系統(tǒng)（中國(guó)及一帶一路）。發(fā)射150顆低軌通信/導(dǎo)航增強(qiáng)衛(wèi)星和150顆低軌多角度遙感衛(wèi)星（具備星間通信能力），形成中級(jí)星座，目標(biāo)信息獲取優(yōu)于5min，實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度為亞米級(jí)，具有自適應(yīng)變帶寬，單波束最高速率達(dá)到40Mbps。其中，低軌通信衛(wèi)星可依托國(guó)內(nèi)具有星間鏈路的低軌通信星座發(fā)展計(jì)劃，如鴻雁、虹云等，并增加導(dǎo)航增強(qiáng)載荷。

第三步，構(gòu)建全球服務(wù)系統(tǒng)。在中國(guó)6G低軌通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)500~1000顆低軌遙感衛(wèi)星（具備星間通信能力），空間分辨率優(yōu)于0.5m，時(shí)間分辨率優(yōu)于3min，實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位精度為亞米級(jí)，全網(wǎng)通信容量不低于600Gbps，支持高速移動(dòng)過(guò)程中的音視頻通話能力和遙感影像的接收能力。

根據(jù)PNTRC系統(tǒng)建設(shè)涉及的關(guān)鍵技術(shù)，遵照“一星多用、智能服務(wù)”的思路開(kāi)展遙感新體制、應(yīng)用新技術(shù)探索，為推動(dòng)地球空間信息戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，武漢大學(xué)地球空間信息協(xié)同創(chuàng)新中心布局了珞珈一號(hào)01星、珞珈二號(hào)01星、珞珈三號(hào)01星等珞珈系列科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，如圖1所示。未來(lái)，珞珈系列衛(wèi)星還將計(jì)劃發(fā)射珞珈三號(hào)02星、珞珈四號(hào)01星等衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面的全區(qū)域、全天候、全天時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

圖 1　珞珈系列衛(wèi)星示意圖

2018-06-02，武漢大學(xué)牽頭研制的全球首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星“珞珈一號(hào)01星”成功發(fā)射入軌。該星搭載了導(dǎo)航增強(qiáng)載荷，用于開(kāi)展衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)和星基北斗完好性監(jiān)測(cè)技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)，為中國(guó)開(kāi)展新一代導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究及PNTRC系統(tǒng)建設(shè)提供理論試驗(yàn)依據(jù)。相較于傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星，該星具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）建立了全球首顆專業(yè)夜光遙感衛(wèi)星，為夜光遙感的宏觀經(jīng)濟(jì)分析等研究提供重要數(shù)據(jù)支撐。在理想條件下，可在15天內(nèi)繪制完成全球夜光影像，提供中國(guó)及全球國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值指數(shù)、碳排放指數(shù)、城市住房空置率指數(shù)等專題產(chǎn)品。

2）與中國(guó)電子科技集團(tuán)第54研究所合作研制了國(guó)內(nèi)第一套導(dǎo)航增強(qiáng)載荷，為整星提供實(shí)時(shí)軌道和授時(shí)，實(shí)現(xiàn)了星上時(shí)空基準(zhǔn)自主維持。低軌導(dǎo)航增強(qiáng)載荷的設(shè)計(jì)，突破了星上信號(hào)收發(fā)干擾隔離技術(shù)、高性能星歷編碼技術(shù)等多項(xiàng)核心技術(shù)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

3）設(shè)計(jì)和研制了北斗/低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)聯(lián)合接收機(jī)和模擬器，解決低軌導(dǎo)航增強(qiáng)信號(hào)高動(dòng)態(tài)與捕獲靈敏度和跟蹤精度之間的矛盾，在低軌衛(wèi)星時(shí)空基準(zhǔn)維持和低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)星座優(yōu)化設(shè)計(jì)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。經(jīng)實(shí)測(cè)分析，該低軌導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)可達(dá)到米級(jí)（偽距法）和厘米級(jí)（相位差分法）定位精度。

珞珈一號(hào)01星已完成夜光遙感130m地表分辨率數(shù)據(jù)的發(fā)布與運(yùn)行服務(wù)，已經(jīng)獲取有效數(shù)據(jù)5900景，向3000多位用戶免費(fèi)分發(fā)了40000景數(shù)據(jù)。用戶包括聯(lián)合國(guó)以及美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等16個(gè)國(guó)家，在地震、森林火災(zāi)、難民安置等應(yīng)急救援服務(wù)中得到應(yīng)用，成功驗(yàn)證了低軌導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)支撐北斗高精度導(dǎo)航服務(wù)走向全球的可行性，同時(shí)通過(guò)夜光遙感支持聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，推動(dòng)了中國(guó)PNTRC天基信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)一體化建設(shè)。

2023-05-21，長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心順利升空，以一箭三星方式將搭載發(fā)射的珞珈二號(hào)01星送入預(yù)定軌道。該星是武漢大學(xué)與中國(guó)航天科工二院23所和中國(guó)航天科技集團(tuán)公司501所合作的研究成果。目前已建成業(yè)務(wù)化的“云+端”遙感應(yīng)用系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)了“天+端”移動(dòng)設(shè)備操控高分辨率SAR衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)。作為高分辨率Ka頻段SAR衛(wèi)星，珞珈二號(hào)01星性能指標(biāo)高，先進(jìn)性和創(chuàng)新性突出，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

1）開(kāi)辟了新手段。擴(kuò)展SAR成像頻段，從L、C、X頻段擴(kuò)展至Ka頻段，高頻Ka頻段遙感同時(shí)具有光學(xué)和微波的優(yōu)點(diǎn)，極大地豐富了探測(cè)手段，能夠滿足目標(biāo)識(shí)別級(jí)的遙感感知、高分辨率、視頻等多種探測(cè)需求。

2）研制了新平臺(tái)。驗(yàn)證新型高集成度小型化平臺(tái)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整星電子設(shè)備高集成板卡式設(shè)計(jì)、雙極化X頻段相控陣數(shù)傳天線技術(shù)和基于載荷的一體化構(gòu)形設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。

3）驗(yàn)證了新模式。實(shí)現(xiàn)多角度三維立體信息獲取、視頻SAR等成像模式，豐富獲取信息的維度。對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行方位向多角度觀測(cè)，克服陡峭山區(qū)雷達(dá)陰影、疊掩等幾何畸變嚴(yán)重的制約，有望成為困難地區(qū)測(cè)圖“數(shù)據(jù)處理難”問(wèn)題的有效解決辦法。同時(shí)，星載視頻SAR成像技術(shù)可以獲取觀測(cè)場(chǎng)景的SAR圖像碼流，拓展了信息獲取的時(shí)間維度，更加適用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和時(shí)變場(chǎng)景的觀測(cè)。

4）拓展了新應(yīng)用。驗(yàn)證Ka頻段相控陣天線SAR成像與數(shù)傳一體化技術(shù)，包括導(dǎo)航信號(hào)增強(qiáng)和導(dǎo)航信息增強(qiáng)的低軌導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)，擴(kuò)展其在工程監(jiān)測(cè)、全流域水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)和碳中和等相關(guān)行業(yè)應(yīng)用。

如圖2和圖3所示，珞珈二號(hào)01星影像與其他影像對(duì)比，具有光學(xué)和微波的優(yōu)點(diǎn)，細(xì)節(jié)刻畫(huà)能力突出，對(duì)于發(fā)生洪澇災(zāi)害的地區(qū)，能夠識(shí)別出潰口、堤壩垮塌等情況。

珞珈二號(hào)01星成功驗(yàn)證了SAR遙感新體制雷達(dá)技術(shù)、新型高集成度小型化平臺(tái)技術(shù)、在軌智能化設(shè)計(jì)技術(shù)，并開(kāi)展了目標(biāo)識(shí)別級(jí)遙感感知相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，為集群式衛(wèi)星星座建設(shè)及軍民融合應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖 2　珞珈二號(hào) 01 星 Ka 波段成像與其他多種 SAR 波段成像對(duì)比

圖 3　珞珈二號(hào) 01 星 Ka 波段成像細(xì)節(jié)

2023-01-15，首顆智能遙感科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星珞珈三號(hào)01星在中國(guó)太原成功發(fā)射。該星是武漢大學(xué)與航天東方紅衛(wèi)星有限公司等單位共同研制，得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和山東省煙臺(tái)市政府的資助。面向國(guó)家空天科技重大需求，珞珈三號(hào)01星是探索空天信息智能服務(wù)新理論、新技術(shù)、新裝備的重要成果，建立了遙感與通信集成的開(kāi)放式試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，能夠展示全球范圍的信息獲取、智能處理、稀疏表征與壓縮傳輸和終端實(shí)時(shí)分發(fā)的全過(guò)程，體現(xiàn)空間信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用“快、準(zhǔn)、靈”的目標(biāo)。同時(shí)，珞珈三號(hào)01星也作為雙清一號(hào)科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施，為全國(guó)科研人員提供開(kāi)放式研究和服務(wù)。

珞珈三號(hào)01星搭載了軟件定義的視頻凝視、面陣推幀、面陣推掃多模式光學(xué)成像載荷，具備在軌高性能處理平臺(tái)、開(kāi)放軟件平臺(tái)，支持在軌靈活加載安裝智能處理APP，具有以下四大核心特點(diǎn)：

1）多模。衛(wèi)星平臺(tái)具有機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)、指向精度和穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，利用同一相機(jī)可以進(jìn)行敏捷的高清視頻凝視成像，多角度立體成像和面陣推幀/推掃成像，如圖4所示，其中圖4（c）、4（d）為凝視視頻每隔8s抽取的單幀影像，圖中黃色方框?yàn)檫\(yùn)動(dòng)目標(biāo)，紅色方框?yàn)殪o止目標(biāo)。

2）智能。創(chuàng)造性地提出了“任務(wù)規(guī)劃-傳感器校正-目標(biāo)檢測(cè)-智能壓縮”在軌實(shí)時(shí)智能處理技術(shù)體系，解決了海量遙感數(shù)據(jù)處理不及時(shí)的問(wèn)題。

3）互聯(lián)。實(shí)現(xiàn)了“衛(wèi)星-接收站-手機(jī)”的相互通信和傳輸，通過(guò)借助地面站來(lái)進(jìn)行任務(wù)上注和數(shù)據(jù)下傳，完成星上在軌數(shù)據(jù)處理，分發(fā)給移動(dòng)用戶終端，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星遙感的B2B、B2G和B2C。

4）開(kāi)放。提供了開(kāi)放的數(shù)據(jù)源和衛(wèi)星在軌算法平臺(tái)服務(wù)。設(shè)計(jì)了高性能硬件處理平臺(tái)、開(kāi)放式軟件平臺(tái)，支持在軌靈活開(kāi)展多樣化智能應(yīng)用，目前衛(wèi)星在軌預(yù)裝了目標(biāo)檢測(cè)、變化檢測(cè)、靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)視頻壓縮等9款A(yù)PP。手機(jī)用戶提出請(qǐng)求后，幾分鐘內(nèi)即可獲得所需圖像和目標(biāo)信息。

圖 4　珞珈三號(hào) 01 星多模式成像

珞珈三號(hào)01星構(gòu)建了多模開(kāi)放智能互聯(lián)的新一代遙感衛(wèi)星平臺(tái)，突破了任務(wù)驅(qū)動(dòng)的在軌高精度定位與智能處理技術(shù)，首創(chuàng)了互聯(lián)網(wǎng)智能遙感衛(wèi)星實(shí)時(shí)服務(wù)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了視頻凝視、多角度立體、面陣推幀/推掃三種成像體制下的在軌開(kāi)放式智能處理和衛(wèi)星端與地面移動(dòng)端的雙向互聯(lián)，開(kāi)創(chuàng)了面向地面移動(dòng)終端的互聯(lián)網(wǎng)智能遙感衛(wèi)星在軌處理與實(shí)時(shí)傳輸服務(wù)B2C的新模式，滿足了遙感信息“快、準(zhǔn)、靈”實(shí)時(shí)信息服務(wù)需求，為推動(dòng)中國(guó)下一步天基互聯(lián)網(wǎng)下的空天信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)做好技術(shù)準(zhǔn)備。

當(dāng)前遙感應(yīng)用的場(chǎng)景正在逐漸豐富，但相應(yīng)的難點(diǎn)也非常突出，中國(guó)遙感衛(wèi)星存在以下問(wèn)題：

1）應(yīng)用成本高。傳統(tǒng)項(xiàng)目型應(yīng)用方式，按需求定制產(chǎn)品和專項(xiàng)采購(gòu)數(shù)據(jù)；處理工序繁雜；成本高昂。

2）處理效率低。星多地廣時(shí)像多；數(shù)據(jù)預(yù)處理復(fù)雜；標(biāo)注工作量大，投入周期長(zhǎng)；費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效能極低。

3）數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。數(shù)據(jù)來(lái)自于不同方法和渠道，衛(wèi)星數(shù)據(jù)源多且雜；標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，質(zhì)量參差不齊，隨機(jī)性較大。

4）產(chǎn)業(yè)應(yīng)用少。國(guó)產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)挖掘度僅10%，時(shí)空數(shù)據(jù)割裂；缺乏系統(tǒng)的場(chǎng)景需求分析和數(shù)據(jù)融合；產(chǎn)業(yè)應(yīng)用待拓展。

如何高效率、低成本、穩(wěn)定化獲取并使用數(shù)據(jù)，是促進(jìn)遙感產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵。2022年10月，武漢大學(xué)與山東省煙臺(tái)市政府簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，提出共同建設(shè)東方慧眼智能遙感衛(wèi)星星座計(jì)劃，將通過(guò)衛(wèi)星星座組網(wǎng)觀測(cè)、全球穩(wěn)定覆蓋+超高空間分辨率組合、智能規(guī)劃與觀測(cè)、場(chǎng)景需求分析等措施，提高衛(wèi)星觀測(cè)效率、時(shí)效性和準(zhǔn)確度，拓展產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍，通過(guò)與智能終端互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)“看得快、看得清、看得準(zhǔn)、看得全、看得懂”的目標(biāo)。東方慧眼星座計(jì)劃在2027—2030年建成全球服務(wù)系統(tǒng)，高分辨率光學(xué)、雷達(dá)和高光譜衛(wèi)星的數(shù)量將達(dá)到200顆以上，其建設(shè)規(guī)模大，可有力推動(dòng)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展，全面構(gòu)建重大配套、星箭制造、海上發(fā)射和空間信息服務(wù)的航天全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。

針對(duì)中國(guó)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)存在的問(wèn)題，東方慧眼星座建設(shè)將采取四大戰(zhàn)略措施：（1）采用衛(wèi)星星座組網(wǎng)觀測(cè)，提高觀測(cè)效率來(lái)解決衛(wèi)星應(yīng)用成本高的問(wèn)題；（2）通過(guò)星地協(xié)同智能處理，提高時(shí)效性和準(zhǔn)確度，解決衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理效率低的問(wèn)題；（3）構(gòu)建全球穩(wěn)定覆蓋和超高空間分辨率組合成像方式，解決遙感數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問(wèn)題；（4）設(shè)計(jì)結(jié)合用戶偏好，擴(kuò)展產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍的方式，解決遙感產(chǎn)業(yè)應(yīng)用少的問(wèn)題，面向大眾形成B2C服務(wù)模式。

東方慧眼天基信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)最終可以實(shí)現(xiàn)回答何時(shí)、何地、何目標(biāo)發(fā)生了何種變化，并把這些有用的信息在用戶需要的時(shí)間推送給所需要的專業(yè)用戶和大眾用戶，確保全球用戶可實(shí)時(shí)獲得所需的任何數(shù)據(jù)與信息。東方慧眼項(xiàng)目計(jì)劃總投資200億元左右，打造空天一體、星座運(yùn)營(yíng)與信息服務(wù)一體的全產(chǎn)業(yè)鏈，其中一期工程總投資約3億元。東方慧眼智能遙感衛(wèi)星星座按照“總體規(guī)劃、分步實(shí)施、差異競(jìng)爭(zhēng)、突出創(chuàng)新”的總體思路，采取“示范-區(qū)域-全國(guó)-全球”四步走建設(shè)策略，初步方案如圖5所示。

第一步：建設(shè)“1+2”示范服務(wù)系統(tǒng)（2022?2023年）。面向山東省煙臺(tái)市及中國(guó)沿海發(fā)達(dá)區(qū)域空天信息需求，率先構(gòu)建“1+2”衛(wèi)星的高精度、智能、實(shí)時(shí)示范系統(tǒng)。1顆優(yōu)于0.5m高分辨率智能遙感衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)山東地區(qū)高精度、高分辨率觀測(cè)；2顆5m/20m分辨率22波段高光譜衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全球陸地、海洋穩(wěn)定宏觀地理環(huán)境觀測(cè)，雙星5天實(shí)現(xiàn)全球覆蓋；20m分辨率的夜光遙感也可實(shí)現(xiàn)5天覆蓋全球一次，支持對(duì)人類活動(dòng)的遙感分析。

第二步：建設(shè)“16+4”區(qū)域服務(wù)系統(tǒng)（2023?2025年）。面向山東省環(huán)渤海區(qū)域需求，構(gòu)建“16+4”的區(qū)域服務(wù)系統(tǒng)。采取16顆優(yōu)于0.5m高分辨率光學(xué)衛(wèi)星和4顆5m/20m分辨率高光譜衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)中國(guó)沿海發(fā)達(dá)地區(qū)小時(shí)級(jí)穩(wěn)定覆蓋。

第三步：建設(shè)“40+40”全國(guó)服務(wù)系統(tǒng)（2025?2027年）。面向通導(dǎo)遙一體化全國(guó)服務(wù)要求，構(gòu)建“40+40”的全球業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)。包括40顆高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星和40顆雷達(dá)衛(wèi)星，為中國(guó)及東南亞用戶提供亞米級(jí)高精度、智能、實(shí)時(shí)服務(wù)。

第四步：建設(shè)“200+”全球服務(wù)系統(tǒng)（2027?2030年）。面向通導(dǎo)遙一體化全球服務(wù)要求，建成由數(shù)百顆衛(wèi)星組成的全球業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)。包括200多顆高分辨率光學(xué)衛(wèi)星和雷達(dá)衛(wèi)星，為全球用戶提供亞米級(jí)高精度、智能、實(shí)時(shí)服務(wù)；4顆5m分辨率高光譜衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)每天兩次（上午10：30和下午1：30）覆蓋全球，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球山水林田湖草沙冰海的數(shù)字孿生。

圖 5　建設(shè)東方慧眼星座的“四步走”戰(zhàn)略布局

2023-04-19，東方慧眼智能遙感衛(wèi)星星座一期工程項(xiàng)目“1+2”星座示范服務(wù)系統(tǒng)”在武漢大學(xué)順利啟動(dòng)，通過(guò)“一箭雙星”的方式發(fā)射2顆全球領(lǐng)先的專業(yè)高光譜星座；通過(guò)搭載方式發(fā)射1顆0.5m通導(dǎo)遙集成的智能遙感衛(wèi)星，形成普查與詳查相結(jié)合，推動(dòng)遙感大眾化服務(wù)。東方慧眼一期工程總體方案設(shè)計(jì)路線如圖 6 所示。

圖 6　東方慧眼一期工程總體方案設(shè)計(jì)路線

其中，即將發(fā)射的2顆專業(yè)高光譜衛(wèi)星OSE-HS01/02將對(duì)標(biāo)國(guó)際一流業(yè)務(wù)型高光譜衛(wèi)星Sentinel-2A/B和Landsat-8/9，關(guān)鍵指標(biāo)見(jiàn)表1，具體表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

1）軌道相似性。雙星5天全球重訪，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

2）光譜兼容性。光譜譜段兼容，數(shù)據(jù)處理更容易。

3）指標(biāo)先進(jìn)性。譜段更多、分辨率更高、幅寬更大、重量更低。

4）應(yīng)用廣泛性。支持白天高光譜和夜光成像，同時(shí)支持陸地和海洋成像。

表 1　東方慧眼一期工程高光譜衛(wèi)星與國(guó)際業(yè)務(wù)型衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

隨著萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代專業(yè)用戶和大眾用戶對(duì)地球空間信息的需求不斷增加，為確保中國(guó)空天制信息權(quán)，實(shí)現(xiàn)更廣泛、高時(shí)效和全信息的服務(wù)模式，面向通信、導(dǎo)航、遙感集成的衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)制造、在軌處理和實(shí)時(shí)智能服務(wù)等技術(shù)變革正在悄然發(fā)生。針對(duì)當(dāng)前對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題，本文提出了基于天地通導(dǎo)遙一體化、在軌實(shí)時(shí)處理和人工智能等技術(shù)構(gòu)建天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)（PNTRC）。為了驗(yàn)證天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)技術(shù)的有效性，武漢大學(xué)牽頭研制了珞珈系列科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，從珞珈一號(hào)夜光遙感衛(wèi)星、珞珈二號(hào)新體制雷達(dá)衛(wèi)星到珞珈三號(hào)智能遙感衛(wèi)星，先后成功開(kāi)展了輕小型化平臺(tái)技術(shù)、低軌導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)、雷達(dá)新體制成像、在軌實(shí)時(shí)處理和智能服務(wù)等相關(guān)試驗(yàn)，為通導(dǎo)遙一體化衛(wèi)星星座系統(tǒng)建設(shè)奠定了重要基礎(chǔ)。同時(shí)，為了進(jìn)一步加快中國(guó)天基信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，在歷經(jīng)珞珈系列衛(wèi)星技術(shù)攻關(guān)后，武漢大學(xué)與山東省煙臺(tái)市政府提出共建東方慧眼智能遙感衛(wèi)星星座計(jì)劃，共同推進(jìn)衛(wèi)星遙感的商業(yè)化，為大眾用戶提供衛(wèi)星遙感信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)。

致謝：特別感謝中國(guó)電子科技集團(tuán)第54研究所、中國(guó)航天科工二院23所、中國(guó)航天科技集團(tuán)公司501所、航天東方紅衛(wèi)星有限公司、國(guó)家自然科學(xué)基金委及山東省煙臺(tái)市政府等單位和珞珈系列衛(wèi)星、東方慧眼星座團(tuán)隊(duì)的大力支持，以及王密教授和戴榮凡博士在論文寫(xiě)作過(guò)程中的幫助。