打开泰伯APP,感受不一样的阅读体验
立即体验

WGDC2020|长光卫星光电一室主任贺小军:航天光学遥感技术创新成果及发展趋势

在资本技术和人才相对补占优势的领域,我们中国航天人怎么能够通过艰苦奋斗和努力创新,来赢得这场高科技的竞争,这也是我们整个航天人的使命,也是我们长光卫星的使命。

  8月18日,在第九届全球地理信息开发者大会上,长光卫星技术有限公司光电一室主任、"吉林一号"光谱系列卫星总师贺小军发表演讲《航天光学遥感技术创新成果及发展趋势》。

WGDC2020|长光卫星光电一室主任贺小军:航天光学遥感技术创新成果及发展趋势

  以下为贺小军演讲内容:

  封面这个研发楼是我们目前公司总部的研发基地,是一个非常重资产的项目,也是公司后期要实现年产两百颗卫星的依托,所以今天主要介绍和分享一下长光卫星独立运营五年来的创新活动和取得的成果。

  一、光学遥感卫星发展现状

  近几年国际和国内的情况,卫星对地遥感系统正朝着全球覆盖、全天侯、全天时的连续动态高分辨率观测方向发展,技术在飞速进步,模式不断创新,军民商应用不断融合。上个十年,追求单星性能,卫星分辨率越来越高。这个十年,追求大规模星座性价比,高分辨率卫星越来越小,成本越来越低。从开始几十颗到现在几百上千颗的卫星组网需求。

  新型遥感卫星方面出现了两个趋势,传统卫星朝微纳化方向发展,重量体积价格显著下降,以亚米级卫星为例,五年前四五百公斤,一直下降到目前四十公斤。立方星业务化,质量性能显著提升,20公斤级1m分辨率成为立方星与微纳卫星交汇领域,也是接下来五年内竞争非常激烈的领域。

  二、长光卫星的技术创新与突破

  长光卫星既做载荷又做卫星平台研制。载荷方面,在近五年围绕超紧凑光学系统设计技术、超轻量化高精度光学加工技术、多模式光电成像技术四进行了大量的开拓性的创新工作,这就使得我们的光学镜头在保持亚米级的同时,成本越来越低,也越来越轻。还有,长光卫星开发出了很多新型业务模式,例如,我们从2016年开始成立了专门的在轨智能处理的团队,经过几年的积淀和努力,我们在2019年1月份,在吉林一号进行了演示和应用,这是载荷的四个方面。

  在平台方面,长光卫星以载荷为核心也开展了四代技术的演进,第一代420公斤级,0.2米分辨率的光学遥感卫星。在2017年11月发射时已经演进到第二代,210公斤级,0.92米分辨率的多功能视频卫星。2019年6月份,第三代产品首发星发射升空,重39公斤级,1米卫星,今年12月份将发射第四代产品,也就是18公斤级,1米卫星。卫星越做越小,代表着我们发射成本是呈比例的下降,同时研制成本也是呈比例下降,使得卫星单星研制成本从第一代的8000万量级已经降到了第四代的两三百万量级。其目的是为了降低整个航天遥感的门槛,为下游的数据应用提供更友好的服务能力。

  除了硬件方面的创新,长光卫星在业务模式上也进行了大量创新工作,第一、长光卫星提出了灵巧成像的方式,可以通过卫星的三轴机动实现非沿轨成像,比如边境线或者省域比较奇怪的形状进行更好的覆盖。第二、夜光成像,我们是亚米级高分辨率的成像。第三、视频成像,目前公司的视频卫星从分辨率到成像质量再到在轨的数量都是属于全球领先。此外,我们提出来单星立体成像,利用我们视频的模式,可以同时获取它的立体影像。最后,空间目标成像,可以实现空间飞行器的目标获取,也可以用来做态势感知的相关业务。

  视频成像脱胎于面阵凝视技术,除了衍生出视频模式之外,还衍生出其他多种模式。例如,像视频卫星的模式,夜光模式,以及立体的模式。同时也产生了很多高级产品的类型,包括动物目标的信息提取产品,超分辨率图像产品,三维立体产品和多视角辐射模型产品,以及夜光的应用。

  空间成像最开始只是我们在轨辐射定标的手段,通过周期性观测月亮来实现光学传感器的校准,经过很多用户反馈,对这种产品非常感兴趣,后来把这种标定模式做了产品模式在推广。目前已经给很多用户提供业务化的运营。

  此外,灵巧成像技术,它可以实现类似于S弯或者其他任意曲线的路径规划,这样对类似边境线非常规目标有一个非常好的覆盖能力。这个技术最开始是由王院士提出的想法,2015年非常成功的实现了在轨的验证。在轨智能处理方面,目前已经完成了三代产品的研发,第一代是以多核的DSP为核心的模式识别系统,主要是面向辨云、火、船领域。第二是嵌入式GPU系统;第三代是NPU系统,从处理的效能和识别精度上有了进一步的提升,实现了整个系统的国产化和全面自研。

  三、新型遥感服务的探索

  长光卫星成立最早应该追溯到07年小卫星研究室,2015年年底实现真正独立,这几年来我们一直关注于以下四个方面,一、怎样实现更高分辨率卫星的研制,从5米、1米,0.75米,到现在在研的0.5米和预研0.3米,充分发挥我们在光学载荷的优势,逐渐在高分辨率以及胜高分辨率上发力。第二是新兴业务领域,视频、夜光、立体和光谱方面,这些产品很多时候体现是衍生产品,也可以满足更多小众的需求。第三是数据快速更新,低轨高分辨卫星市场一般都很难做的特别大,我们公司也有一颗宽幅卫星,实现135公里,这个卫星成本比较高,不适合大规模组网,更适合类似于北京这种超大型城市的城市遥感。更多的卫星是采用了低成本的设计,目前组网规划是在2022年左右达到130颗。最后一点就是怎样通过技术创新来持续不断地降低成本,五年来我们整个成本已经下降了接近两个数量级左右,而且还会在后续工作中继续优化。成本的降低可以给后续的产业链留出足够的想象空间和利润空间,这也是我们航天刀口向内的体现。截止到今年8月已经发射20颗卫星,下个月出厂13颗卫星,总计达到33颗规模,已经进入快速批产化的程度。

  从遥感产品上,依托于我们丰富的在轨卫星数据源,建立多维度的遥感产品体系,包括像多时相产品,夜光产品和光谱类产品,最主要的产品还是标准的高分辨率产品。目前数据中心可以提供一级到五级的标准影像,也可以跟各个下游数据处理厂商进行相应的合作。目前我们具有全球非常丰富的存档影像以及非常强大的编程摄影能力,为方便大客户的数据需求,我们研发了数据引接系统,客户对任务执行情况和图像的生产情况进行实时监测,同时方便我们生产完的数据直接通过引接系统推送到用户的所在地。

  多时相产品方面,我们是利用大量的在轨卫星对应急区域进行一个高频次的重访,这是四川木里的火灾情况,从多时相产品可以监测出态势变化趋势,通过白天夜光的融合影像,我们可以更好的识别出过火区域和火情的严重情况。多角度和DSM产品是我们视频卫星的衍生产品,这个是中国尊240秒超长视频,整个观测角变化达到了120度,可以用来建立非常精准的三维模型。

  在全波段多光谱产品方面,目前两颗吉林一号光谱卫星,是五米的分辨率,谱段可见近红外20谱,短波4谱,中波和长波红外,幅宽115米,原始传函优于0.13,信噪比优于40dB,绝对辐射精度优于5%。这是机灵一号光谱卫星和哨兵二号和环境八号的对比图,在地物的精细分类方面有一些优势,从表中大家可以看出分类精度比其他的卫星高三个百分点以上。

  米级夜光遥感,是我们公司目前在全球领先的产品,这是成都的夜光遥感的图,整个夜光的分布和经济活动是有高度关联性的,大家平时认为繁华的城市区域,晚上灯光也是非常密集。同时我们对长春市的住房空置率进行了统计,之前根据实际排查,统计的准确度非常高,这个算法也已经形成了标准产品,在很多地方政府进行应用,该产品可以保证房地产的建设更有序,而且更健康的发展。目前米级夜光产品形成全球重点城市的夜光数据库,并且已经可以提供相应的处理软件。这是澳门的白天和夜光融合图,融合后的效果能够看到整个澳门市繁华区域到底在哪,白天很难看到。

  在新冠抗疫期间我们也非常关注武汉的情况,我们调用了卫星对武汉进行大量的拍摄,这个图是武汉解封前的切断,除了街上的路灯光之外,没有其他特别繁华的灯光出现,而这个图是武汉解封后的情况,在武汉的主要商业区,灯光又恢复了当年的璀璨和明亮,说明地方经过进行了快速的复苏。这是两维的变化,在应急响应方面目前可以实现10分钟以内的快速应急响应。这是利用机动站和快速处理系统实现的,同时我们数据引接系统已经在很多客户那进行部署,可以把产品直接推广给用户。在国际的应急服务方面我们和GEO进行了全面合作,也成立了相应的分中心,对国际灾害进行数据响应。

  四、发展的趋势展望

  在卫星业务上有三点。第一是卫星制造业务,卫星制造是技术创新驱动,以性价比为主要优化目标,这一领域目前竞争日益激烈,已经快速进入到了低利润时代,航天技术和大工业融合,催生了新的生产流程与质量体系,重点就是如何降低研制成本,提高批产品能力。第二,卫星运营业务方面,商业化的运营系统可以大幅度降低运营成本,星座组网规模迅速上升,给运营难度提出了新挑战,一方面需要提高卫星自主在轨的管理能力,也吸收运营系统提高自动化水平,能够更好保障大规模星座的运转。在卫星的数据业务方面,随着组网规模扩大,数据量指数级增长,给处理机存储带来挑战。另一方面与各行各业深度融合,大数据和AI技术变数据灾难为数据红利。数据产品极大的丰富,价格大幅下降新兴应用加速孵化。卫星遥感应用端,最后一公里快速打通,全产业链形成正向价值反馈,行业规模爆发式增长。

  从目前国际形势看,截止到目前位置,SpaceX完成了597颗星的发射,Planet完成了21颗星,今年下半年长光卫星第三代产品批产星已经完成首批生产,9月份将以一键九星,2021年计划年发射50颗以上,后续将进入第四代产品量产阶段,发射将进一步提速。在资本技术和人才相对补占优势的领域,我们中国航天人怎么能够通过艰苦奋斗和努力创新,来赢得这场高科技的竞争,这也是我们整个航天人的使命,也是我们长光卫星的使命。

猜你喜欢

参与评论

【登录后才能评论哦!点击 登录