超强地球扫描仪——“红旗一号-H9”宽幅型卫星开始在轨调试

2020年1月15日，“红旗一号-H9”宽幅型卫星（以下简称宽幅星）成功发射，吉林一号星座再添新成员。该卫星是国际最大幅宽的亚米级卫星，也是国内首颗吨级商业遥感卫星，在分辨率优于1米的条件下幅宽达到136km，可大大缩短用户获取大区域高分辨影像的周期，为同时相精准分析等应用提供数据源保障。

卫星入轨后当圈完成帆板展开和高精度三轴姿态建立，并于发射当天成功获取首幅超大幅宽影像，正式进入在轨调试阶段。

为什么说它是超强地球扫描仪？

先来看看大幅宽的威力——一景图像（蓝色区域）就可以将北京、天津主要城区以及两座城市的中间区域完全覆盖，一次过境实现京津冀全域精细扫描！而传统亚米级卫星仅能覆盖一小部分（红色区域），由于轨道回归周期较长，实现全部覆盖往往需要数周甚至数月时间。

如果按照传统定义方式，将幅宽为边长的正方形区域作为标准景的话，传统卫星一般在几亿像素，而宽幅星的一个全色通道数据就高达182亿像素，同时可以提供近红外在内的多光谱通道数据，用于定量分析或者彩色融合。

而这张超级地球照片的完成，需要的扫描时间不到20秒钟。每天，这台“超强地球扫描仪”最多可以输出几百张这样的照片，覆盖面积达到数百万平方公里。

具体技术指标如下：

宽幅星如何实现大幅宽？

在传统的解决方案中，高分辨卫星扩大幅宽一般采用多个镜头拼接的方式（下图A），这种方式光学系统的光轴并不指向地心。对于视场角不是很大的系统，这种方法是可行的，比如吉林一号高分02星、高分专项的高分二号卫星等，都采用了这种方式。但当视场角进一步增加，比如达到10°以上的时候，焦面在地表的投影畸变造成的视场边缘和中心的处地面像元分辨率差异将显著增加；同时，地球曲率，自转等因素造成的像移差异也将在各个视场位置造成不同采样效果，导致图像的质量下降。而宽幅星仅采用一个镜头，光轴指向地心（下图B），避免了多镜头带来的投影畸变问题，视场中心和边缘的地面像元分辨率将在最大程度上保持一致，更加方便用户对图像的加工处理。

A: 多镜头拼接扩大幅宽（传统方案）       

B: 单镜头方式（宽幅星方案）

喜欢摄影的朋友应该很容易理解，要想用一只镜头实现长焦距系统视场的扩大，并不容易，广角和长焦各有所长，难以兼顾。事实上，和摄影师面临的情况差不多，作为遥感图像的获取装备，长期以来，遥感卫星也在面临“鱼和熊掌不可兼得”的处境，当分辨率提高，拍摄的范围就很难扩大；而当视野增加，细节分辨能力则随之降低。

因此，宽幅星相机采用了完全不同的光学系统——“三反射镜消像散”（Three Mirror Anastigmat）光学系统，又称离轴三反系统。宽幅星光学系统焦距达到4.85米的同时，视场角达到16.1°，成像质量在全视场达到衍射极限，同时具有五方面优势：

长焦距、超广角、高传函、无色差、低畸变

成立5年来，长光卫星公司已经成功将50多套各类光学系统（空间相机、星敏感器等）

发射入轨。此次宽幅星光学系统，综合研制难度达到历史最高。

在研制过程中，技术团队突破了四大关键技术：

大型高稳超轻相机结构

异形非球面反射镜高精度支撑

超大规模高信噪比光电信号处理

大型离轴三反检测装调

在经历振动和温度变化的条件下，相距1米左右的任意两个反射镜之间的位置变化不大于5微米，大型非球面反射镜面形优于1/50波长，图像的原始动态传函高于0.16，保障了成像的锐利清晰和几何精度稳定，与国内外同等分辨率卫星的图像相比，清晰度和解译能力将更胜一筹。

宽幅星在吉林一号星座中的角色是什么？

卫星遥感技术的出现，似乎让人类已经可以随时洞悉地球上发生的一切。但时至今日，高分辨遥感影像的两大需求，却一直没有得到很好的解决：

一是“定点快速重访”。比如当自然灾害等紧急情况发生，需要卫星在数分钟内提供某地影像。获取时效性主要星座中卫星的数量决定。

二是“大范围快速更新”。比如每天一次的海域船只分布调查、每周一次的大型城市集群区监测，都需要几千平方公里以上大范围的时间序列影像。获取范围主要由卫星的幅宽决定。

因此，在星座中卫星数量增加的同时，卫星成像幅宽的增加也将有重要的意义。

用户的渴求就是长光卫星追求的方向

大范围快速更新，一直是遥感从业者的渴求，但实现起来并不容易。虽然，我们头顶已经有了几百颗遥感卫星在运行，但其中亚米级（分辨率优于1米）的卫星数量只占不到十分之一。亚米级遥感卫星的核心部件——有效载荷相机，幅宽通常仅能达到20km左右。

欧洲影像公司曾经统计，即使是采用Digtal Globe公司五颗超强的Worldview卫星，要实现整个欧洲大陆的亚米级覆盖也需要半年以上；当我们浏览各种卫星图像，也经常会发现城市之外区域的图像会模糊很多，图像中也经常会有颜色不一致的接缝情况；对于一些长年天气状况不佳的地区，行业用户经常抱怨拿到的影像左边是夏季而右边是冬季。——高分辨率卫星的幅宽不足，是造成这些情况的重要原因。毕竟卫星并不是停留在一个地点的上空，而是快速地飞掠。有道是：

卫星幅宽不足，

一次错过，下次再会，

大地容颜已改，

时光再难拼凑；

卫星幅宽足够，

一次相遇，不需回首

风光尽收眼底，

时光已经凝固

祝“超强地球扫描仪”早日顺利完成在轨调试，为用户带来不一样的服务体验！