空间技术的发展

空间测绘技术的发展空间对地观测系统狭义：以空间卫星以及其他空间飞行器作为平台的遥感对地观测系统及其观测活动。广义：以一切运动于空间、近空间、大气以及地面的平台为基础的遥感观测系统及其观测活动，其中主要包括卫星、飞船、平流层飞行器、固定翼飞机、直升机、飞艇、气球、无人机及地面流动车辆等。对地观测能力高空地面低空中空随着航天、通信和信息技术的飞速发展，已形成高空、中空、低空、地面等多平台，从紫外、可见光、红外、微波，到合成孔径雷达、激光雷达等多传感器构成的高光谱、高空间、高时间分辨率的对地观测系统。目前，对地观测系统已进入全方位对地观测、高精度快速处理、产业化服务应用为特征的新时期，在推动地球空间信息技术产业化发展、维护国家安全、促进经济建设等诸多方面发挥着越来越重要的作用。对地观测系统还包括信息的处理、分析、识别、提取、制图等。同时这一系统还与地理信息系统、全球定位系统以及与此关联的通信、网络等技术综合起来，形成一个整体，即天、空、地一体化，技术、应用一体化。采集接受存储生产服务地面分辨率：TM（30米）-SPOT1/2/4（10米）-SPOT5HRS（10×5米）-SPOT5HRG（2.5米）-IKONOS（1.0米）-QuickBird（0.6米）-WorldView（0.5m）-GeoEye(0.41m)高质量影像数据：高信噪比，高几何和辐射分辨率（大于8比特/像素）；全色立体（同轨/异轨）+多光谱；高地面覆盖率形成了覆盖全球的各种分辨率的卫星影像序列:卫星测图比例尺由1:25万，10万–1:50000，1:1万甚至是1:5000开创了快速，持续，大范围卫星测图的时代：

为快速获取/更新国家和省级基础地理信息技术体系带来革命性的变化高空对地观测能力8QUICKBIRD0.6米全色和2.4米多光谱融合影像9Worldview-1(0.5m)全色影像2023/2/4DigitalGlobeProprietary10Worldview-2(0.5m)

GeoEye-1(0.41m)

中空对地观测能力新一代航空数码成像系统与IMU/DGPS系统集成，节省地面控制任务对天气要求不苛刻色彩丰富，获取效率高，一摄多用机载激光雷达系统快速获取高精度（0.1-0.5米）的三维地形或景观模型彻底解决城市区域三维测图问题，开创大比例尺城市三维测图的时代机载高光谱成像系统机载合成孔径雷达系统全天候获取作业区域的影像信息,突破了传统光学影像测图的限制，开创了全天候，实时大比例尺测绘的时代将成像技术和光谱技术结合在一起，在连续光谱段上对同一地物同时成像直接反映物质的光谱特征,可直接识别物质激光雷达系统是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）三种技术于一体的系统，用于获得被测目标的点云数据；快速获取作业区域内详细（甚至是按地面0.15米近似等间隔地获取地表的三维数据）,高精度（0.1-0.5米）的三维地形或景观模型;快速，精确地获取地表，甚至是城市中心区域的三维模型，彻底解决城市区域的三维测图问题，开创了大比例尺城市三维测图的时代；可以精确地量测大面积森林地区的表面模型，为快速大范围林业测绘提供有效，可靠的手段。机载激光雷达系统机载激光雷达技术的广泛应用

集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统为一体，通过主动发射激光，接收目标对激光光束的反射及散射回波来测量目标的方位、距离及目标表面特性，能够直接得到高精度的三维坐标信息。与传统航空摄影测量方法相比，机载激光雷达技术可部分地穿透树林遮挡，直接获取地面点的高精度三维坐标数据，且具有外业成本低、内业处理简单等优点。机载LIDAR系统移动

机载

地面

全天候获取作业区域的影像信息,突破了传统光学影像测图的限制，开创了全天候实时大比例尺测绘的时代。机载合成孔径雷达系统X波段天线P波段天线舱内SAR设备POS及飞控机载多波段多极化干涉SAR数据获取集成系统

横断山脉测区P波段南侧视影像数据

成像光谱是一种在连续光谱段上获取大量窄波段遥感图像的技术，通过识别地物光谱的诊断特征可以确定地球表层物质的类型和成份。机载高光谱成像系统低空对地观测能力固定翼无人机机动快速的响应能力云下摄影，提高效率工艺简单、运营成本低廉，经济效益明显无人飞艇低空安全航飞高分辨率、高清晰度影像大比例尺（1/2000、1/1000、1/500）精细测绘无人直升机小范围作业机动快速低空无人飞行器和轻型飞机航空摄影平台低空无人驾驶飞机无人驾驶飞艇系统直升机系统20cm无人机影像

无人飞艇影像(5cm)

全球卫星导航系统的发展趋势（一）向多系统组合式导航方向发展未来几年内将会出现多种系统同时并存的局面，这为组合导航技术的发展提供了条件。通过对全球定位系统、北斗、格罗纳斯、伽利略等信号的组合利用，不但可提高定位精度，还可使用户摆脱对一个特定导航星座的依赖，可用性大大增强，多系统组合接收机有很好的发展前景。星座24～27及以上颗卫星21000公里高度6个轨道信号L1载波f1=1.57542GHzL2载波f2=1.2276GHz两种调制测距信号C/A、P1、P2和广播星历的频率

GPS

GPS现代化计划保护（Protection）采用一系列措施保护GPS系统不受敌方和黑客的干扰，增加GPS军用信号的抗干扰能力，其中包括增加GPS的军用无线电信号的强度。阻止(Prevention)阻止敌方利用GPS的军用信号。设计新的GPS卫星型号（ⅡF），设计新的GPS信号结构，增加频道，将民用频道L1、L2、L5(1.17645GHz)和军用频道L3、L4分开。保持/改善(Preservation)改善GPS定位和导航的精度，在GPSⅡF卫星中增加两个新的民用频道，即在L2中增加C/A码（2005年），另增L5民用频道（2007年）GLONASS由前苏联从80年代初开始建设的卫星定位系统，现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS的整体结构类似于GPS系统，其主要不同之处在于星座设计和信号载波频率和卫星识别方法的设计不同。星座24+3颗卫星19000km3个轨道2003年开始发射GLONASS-M卫星和GLONASS-K卫星，计划于2012年达到24颗在轨卫星GLONASS新一代卫星GLONASS1982-2007GLONASS-M2003-2013GLONASS-K2007-2022GLONASS-KM2015-…系统组成GALILEO系统由30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星分布在3个中地球轨道（MEO）上，轨道高度为23616千米，轨道倾角56度。每个轨道上部署9颗工作星和1颗备份星。GALILEOGALILEO试验卫星GIOVE-A和GIOVE-B分别于2005年12月底和2008年4月底发射升空，新的卫星“GIOVE-A2”将担负备用卫星的使命GIOVEA

GIOVEB

（二）与惯性导航、无线电导航技术相结合由于惯性导航是完全自主的导航系统，在GPS失效的情况下，惯性导航仍可保持工作。在实际应用中，惯导系统和GPS接收机之间存在三种耦合方式：松散耦合、紧密耦合和深度耦合。在深度耦合中，GPS接收机作为一块线路板被嵌入到惯性导航的机箱内，这就是ECI系统。此外，GPS可与增强型定位系统（EPLS，EPLS是一种先进的无线电装置，它带有一定的自主导航能力）相结合。（三）向差分导航方向发展使用差分导航技术，既可降低或消除那些影响用户和基准站观测量的系统误差。包括信号传播延迟和导航星本身的误差，还可消除人为因素造成的误差。随着全球定位技术的发展，差分导航将得到越来越广泛的应用，将应用于车辆、船舶、飞机的精密导航和管理，大地测量、航测遥感和测图，地籍测量和地理信息系统（GIS），航海、航空的远程导航等领域。其本身也会从目前的区域差分向广域差分、全球差分发展，其导航精度将从近程的米级、分米级提高到厘米级，从远程的米级提高到分米级。我国卫星应用现状及近期目标（一）我国的卫星系列中国已形成返回式遥感卫星、“东方红”通信广播卫星、“风云”气象卫星、“实践”科学探测与技术试验卫星、“资源”地球资源卫星、“北斗”导航定位卫星、和海洋卫星系列等。（二）我国近期空间技术发展目标和任务发展目标和主要任务包括建立多种功能和多种轨道并由多种卫星系统组成的空间基础设施。将于卫星地面应用系统形成完善、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统；建成长期在轨自主飞行的空间实验室，开展载人航天工程后续工作；实现月球软着陆和自动巡视勘察。建立由60至70颗卫星组成的空间信息系统，服务国民经济建设和社会发展。这一空间信息系统包括通信广播卫星、地球资源卫星、气象卫星、导航卫星和科学试验卫星等。（三）北斗卫星导航系统

最初的“北斗”双星导航定位系统是全天候，高精度、快速实时的有源区域性卫星导航定位系统。其基本原理是采用三球交会测量，利用两颗位置已知的地球同步轨道卫星为两球心，两球心至用户的距离为半径作两球面，另一球面是以地心为球心，以用户所在点至地心的距离为半径的球面，三个球面的交会点就是用户位置。特点：采用了大型可展开抛物面L/S天线，天线口径达到2.44m×2.65m；转发器是一个高增益系统，并具有良好的低噪声性能。该系统将导航定位、双向通信和精密授时结合在一起，为公路交通、铁路运输、海上作业、森林防为、灾害预报以及其他特殊行业提供高精度定位、授时和短报文通信等服务，取得了较好的应用成效。

2005年在珠穆朗玛峰高度测量中，测量队员携带了北斗用户机，沿途适时向中国卫星综合数据采集平台发送珠峰的各种气象参数，共获得了几十个不同高程位置的实测数据，为珠峰高度测量登山队获得了珠峰气象观测的第一手资料。

到目前为止，已成功发射了12颗北斗导航卫星。2012年北斗卫星导航系统首先具备覆盖亚太地区的导航、授时和短报文通信服务能力。2020年建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。（四）大力推进我国卫星应用产业，促进经济和社会发展到2020年，我国应用卫星地面设备国产化率将达80％，形成卫星通信广播和卫星导航规模化发展、卫星遥感业务化服务的产业局面；使卫星应用产业产值年均增速达到25％以上，成为高技术产业新的增长点。

1、卫星应用已经在国民经济的各个领域发挥着越来越重要的作用当前，随着我国卫星遥感、通信、导航定位等空间信息技术的不断发展，卫星应用已经在国民经济的各个领域发挥着不可替代的作用。主要体现在：

（1）卫星遥感应用领域不断拓展卫星遥感已经在农业、林业、国土、水利、城乡建设、环境、测绘、交通、气象、海洋、地球科学研究等方面得到广泛应用。遥感技术在我国国土资源大调查、西气东输、南水北调、三峡工程、三河三湖治理、退耕还林、防沙治沙、交通规划与建设、海岸带监测及海岛测绘、300万平方公里海洋权益维护及区域经济调查管理等重大工程建设和重大任务中发挥了不可替代的作用。

（2）卫星导航应用产业迅速增长我国发改委的“卫星导航应用产业化”专项和国防科工委“北斗系统民用市场开发与产业化”专项的实施、科技部“863”计划中“地球观测与导航”新领域的启动并实施，以及中国第二代卫星导航系统国家重大科技专项的启动，有力地推动了我国卫星导航应用产业化水平的提升和规模的扩大。2010年我国导航产业的总产值超过500亿元，并且随着中国移动通信市场和汽车市场的发展，到2020年，作为导航卫星应用的主流市场，中国这两大市场的规模将居世界首位，这将会极大地促进我国导航卫星应用产业的发展。提高卫星定位系统的定位精度（一）快速测出地球自转速度使卫星导航定位精确度大幅提高日本和瑞典研究人员最近近乎实时地计算出地球自转速度，这一成果将为提高卫星导航定位精确度提供技术支持。研究人员合作实施了VLBI（甚长基线干涉测量技术）观测，并在数据处理和分析方更加严密和快捷，在观测结束后3分45秒就成功计算出地球自转速度，而以往的观测信息通常需要进行数天的数据处理才能得到实测值。这一成果将可能使卫星轨道精确度由现在的1米提高到10厘米以内。（二）现代化的GPS导航卫星2008年美国发射第六颗现代化GPS卫星。这一系列GPS卫星一共有8颗，旨在为美国在全球的军方和民间GPS用户提供不断提升的导航能力。这一系列卫星都装有现代化天线面板，可向地面接收器提供增强型信号。每颗卫星有两路新的军用信号，可为军方用户提供精确度更高、加密能力更强并且具备抗干扰能力的导航服务，另外还有一路民用信号，可以在不同频率上为民间用户提供可公开获取的信号。嫦娥绕月卫星

嫦娥一号、二号是我国绕月人造卫星，主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。（一）嫦娥的立体影像技术嫦娥担负的科研任务。如：绘制立体的月球地图，完成月球表面每个探测点的高度测量。嫦娥一号搭载了１台CCD立体相机和１个激光高度计，组成1套“立体眼镜”，两者结合绘制完整细致的立体月球地图。嫦娥所使用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新技术，如首次提出采用一个大视场光学系统和一片大面阵CCD芯片。卫星在飞行时，CCD立体相机沿飞行方向对月表目标进行推扫，可同时对前方、下方和后方进行拍照，形成三维影像。激光高度计由激光器、望远镜和接收电路三部分组成，作用是测量月面每个探测点(包括南北极的黑暗深坑)的高度。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。接收信号的电路盒将迅速进行计算，得出该探测点的月球海拔高度。激光高度计完成绕月旅行，获得月面每个探测点(包括南北极的黑暗深坑)的高度。这些高度数值与CCD立体相机拍摄的高精度图像相叠加，就是一幅完整而精确的月球立体地形图。可以根据这些