《我国空间对地观测技术的发展与展望.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我国空间对地观测技术的发展与展望.docx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、我国空间对地观测技术的开展与展望摘要：经过50余年开展，我国空间对地观测技术实现了 从无到有、由弱到强等巨大跨域，已在经济建设和国防安全 等领域取得了广泛应用。当前，物联网、大数据、云计算、 人工智能等飞速开展，空间对地观测技术正在发生深刻变 革。为把握技术开展脉络，推动“十四五”我国空间对地观 测领域高质量开展，本文系统梳理了我国空间对地观测技术 的开展历程，从国际竞争、国内需求和技术革新等方面分析 了面临的机遇和挑战，展望了巨型星座建设、海量数据处理、 智能融合应用等技术开展方向。关键词：对地观测开展历程展望引言空间对地观测是以卫星、空间站等航天器为平台，利用 光学、微波、电子等非接触手段
2、，对地球及地球上的人类活 动进行观测的过程。目前，全球已有50余个国家和地区发 展了对地观测卫星。随着人类活动空间从陆地向海洋、空中、 外层空间的不断拓展，空间对地观测技术的重要性愈发突 出。经过50余年开展，我国空间对地观测已建立了一个手 段种类齐全、数量规模可观、技术性能先进的空间对地观测 出中国声音、提出中国方案、贡献中国力量。然而目前我国 在对地观测的整体性、连续性、有效性、实时性上还需进一 步完善，亟待提升对地观测系统能力水平，全面满足各方需 求。2.2 应对国际竞争，维护数据主权当前已进入大数据时代，国家层面的竞争力将表达为一 国拥有大数据的规模、活性及对数据的解释、运用能力，数
3、据主权将是继边防、海防、空防之后的另一个大国博弈空间, 谁获取了数据，谁就获取了相关领域的主动权。空间对地观 测将是助力科技、文化、海洋、交通、军事等强国战略实施 的核心数据来源与关键技术手段，具备全球、全天候、全天 时、全谱段的感知与信息探测服务能力是必然要求。但目前 我国对地观测技术仍存在不小差距，须面向实时化、集成化、 智能化需求，提升天地系统紧耦合开展水平，形成兼具高空 间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的空间对地观测探 测能力。2.3 推动技术赋能，实现创新超越当前，国际对地观测的开展进入了精致为用能力的新 阶段，新型探测手段不断涌现，人工智能(AI)、大数据、云计 算等前沿技术与
4、遥感技术深度融合，软件+服务正在颠覆传 统应用模式，针对全球治理、国家治理、数字经济、产业发 展等需求，国内空间对地观测系统仍面临卫星平台自主协 同、数据智能处理、产品应用智能服务等技术挑战，特别是 大规模卫星星座管理、海量观测数据处理、多用户数据融合 应用等重大问题，亟须新兴技术攻克解决。着眼未来开展与 应用需求，空间对地观测系统应跳出传统开展模式，贯彻体 系效能新理念、新政策，通过新技术突破形成产业链全新发 展格局，充分提升对地观测体系的整体效能，在应对全球变 化、提升国家治理能力、促进经济社会开展、引领科技进步 等诸多方面再上新台阶。3未来展望随着物联网、5G/6G、数字制造、人工智能等
5、技术应用 的不断深入，空间对地观测技术普及化与应用群众化的趋势 愈加明显，空间对地观测系统的建设思路、系统形态、应用 模式、运维机制等也将发生重大变化。可以预见，空间对地 观测领域正在酝酿一场新的技术革新。3.1 加快多位一体、跨域融合的巨型星座部署应用马斯克星链计划的不断推进，为空间对地观测领域发 展带来新的解决思路，其可见的社会、经济和国防效益，促 使各国争相规划开展低轨巨型星座，空间对地观测体系格局 面临重塑。为使我国空间对地观测领域在新版星球大战中 占据优势，应进一步加强顶层统筹，做好技术预置。一是加 强多功能巨型星座的一体化设计、批量化生产、标准化集成 等技术储藏，以满足一段时期内国
6、家战略和市场开展对巨型 星座的建设需求；二是加强陆地、海洋、环境等功能复合的 高功能密度探测载荷技术攻关，提升对地观测星座系统的综 合探测效益；三是开展激光通信等大通量星间、星地数据传 输技术，提高数据获取的即时性；四是突破星座自主管理、 协同控制、智能规划等技术，优化系统资源配置效率；五是 开发高精度轨道测量与防撞评估、星云星群快速测试、故障 智能诊断工具箱技术，降低系统运维本钱。3.2 开展快速高效、精细定量的大数据处理分析技术随着空间对地观测卫星数量规模越来越大，载荷的时、 空、谱分辨率也在不断提高，每天获取的观测数据量将由当 前的TB量级快速跨越到PB级，数据种类多、体量大、价值 高、
7、动态多变、冗余模糊等大数据特征日益凸显，以大数据 分析、深度学习等为代表的智能算法有望在对地观测数据处 理方面取得突破性进展。一是开展基于虚拟化云存储等的空 间对地观测大数据管理技术研究，构建高效的数据存储管理 架构；二是开展基于人工智能的卫星数据实时处理与信息快 速生成技术，提高空间对地观测海量数据的高效处理和快速 服务能力；三是开展以深度挖掘为基础的大数据可视化技 术，提高大数据下隐藏信息的深层次挖掘；四是开展多源异 构数据的快速同一化技术和轻量化采集、存储、传输和访问 技术，推动空间对地观测应用走进千家万户。3.3 打造数字支撑、精准服务的空间对地观测智能+生态圈未来，大数据、云计算、物
8、联网和人工智能等技术的广 泛应用，将带动空间对地观测领域向泛在化感知、一体化处 理、智能化解译、网云化服务的方向开展，需加快构建以智 能、精准、融合、共享为特征，与航天强国战略相匹配的新 一代空间对地观测应用服务体系。一是构建面向多用户、多 任务、多层级的空间对地观测样本库，开展样本快速标注、 扩展与精化技术研究，为遥感智能解译技术开展提供样本基 础；二是开展适用于空间对地观测大数据的并行化处理架构 和人机协同的低计算复杂度智能处理算法，解决复杂背景下 海量数据高置信度快速处理难题；三是研究基于认知科学的 人机智能融合和智能学习理论与方法，实现遥感图像目标解 译智能化、自主化水平的跨越式提升；
9、四是开展在轨处理、 智能检测、数据压缩等智能化芯片技术，提高计算、存储、 传输等效率，推动空间对地观测由地面应用向在轨应用转 变；五是开展卫星互联、智能调度、智能对地观测脑等技术, 提升天基遥感智能控制、服务水平，进一步增强系统智能化 水平。3.4 塑造规范有序、富有活力的空间对地观测技术创新 格局创新是引领开展的第一动力，对正在蓬勃开展的空间对 地观测市场来讲，构建产、学、研、用深度融合的技术创新 体系显得尤为重要。商业航天作为空间对地观测技术开展中 最活跃也是最敢于和易于创新的一股力量，理应在新一轮科 技革命中勇担重任。自2014年我国正式出台政策支持商业 航天开展以来，在政府扶持、资本投
10、入、应用创新等因素的 共同作用下，已涌现了一批像吉林长光、珠海欧比特、航天 世景等的商业遥感卫星公司，为我国空间对地观测事业注入 新鲜力量的同时，也对做好多元市场主体下的一体化航天能 力开展提出了新的要求。一是持续加强系统、数据、接口的 标准规范体系建设，确保各系统互联、互通、互操作，共享、 共用、共开展，形成一体化合力；二是在市场经济推动下， 进一步完善准入和退出机制，引导鼓励社会资本有序参与科 研生产、基础设施建设、信息产品服务等活动，充分发挥企 业作为技术创新主体的作用，调动市场活力；三是逐步完善 商业航天采购数据、提供服务、人才引进等相关政策法规制 度，构建健康、活泼、可持续的空间对地
11、观测领域开展大环 境。4结论习近平总书记指出，探索浩瀚宇宙，开展航天事也，建 设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。当前我们正处于信 息化时代向智能化时代演变的时期，空间对地观测技术开展 正持续并将深刻改变人类的生活，要紧抓新阶段开展机遇， 加大自主创新开展与跨域融合开展力度，努力构建空间对地 观测领域军民商一体协调开展格局，形成具有中国特色的先 进空间对地观测系统和相匹配的应用服务体系，不断推进国 防建设和经济社会全局长远开展。系统，实现了探测手段从单一到综合、探测范围从区域到全 球、探测精度从粗放到精细、处理分析从定性到定量等的巨 大跨越，已广泛应用于国土规划、农业估产、海洋维权、气 象环境
12、、地理测绘、减灾救灾和国防安全等领域，综合能力 跻身世界先进行列。当前，适逢国际格局重大调整，大数据、人工智能等战 略性技术正在引领新一轮科技革命和产业革新,百年未有之 大变局下，空间对地观测技术开展也呈现深度变革特点。回 首50余年开展历程、直面新阶段机遇挑战、展望新时代发 展方向，对于把握规律特点，推动空间对地观测领域高质量 开展具有非常重要的意义。1开展历程自20世纪60年代开始，随着运载火箭、遥感平台、有 效载荷等技术的不断开展，我国空间对地观测技术先后历经 了返回式、传输型、系统化和体系化的开展过程。从技术发 展和应用推广的角度归纳起来可分为探索起步、快速开展和 创新开展3个阶段。1
13、.1 探索起步阶段（1965年20世纪90年代中期） 从无到有，成功完成首型卫星发射入轨。1975年11 月26日，在陆续突破卫星总体设计、制造、防热、大型试 验、卫星发射、跟踪测控和卫星回收等各种难题后，我国自 行研制的第1颗返回式对地观测卫星成功发射，卫星采用棱 镜扫描全景相机，获得了第1批对地摄影图片，用于国土资 源普查，实现了我国空间对地观测技术历史性突破。在此基 础上，我国在1985年和1986年又发射了两颗国土资源普查 卫星，利用胶片感应成像获取黑白全色胶片和假彩色红外翻 转胶片约4000 m,掌握了京津唐、黄河三角洲|、三北防护 林、黑龙江中上游、塔里木盆地北缘、山西大同煤田等影
14、像 资源，初步解决了国家资源调查急需卫星遥感信息源的问 题。 合作共研，顺利实现返回式至传输型卫星跨越。20 世纪80年代末，为加快长寿命传输型对地观测卫星技术的 突破开展，我国与巴西共同研制中巴地球资源卫星，并于 1999年10月成功发射01星。在两年多的在轨运行中，利用 星上5谱段CCD相机、4谱段红外多光谱扫描仪、2谱段宽 视场成像仪，共获取23万多景卫星遥感数据，广泛运用于 农业、林业、水利、矿产、能源、环保、城市、减灾和测绘 等领域，填补了我国卫星遥感数据的诸多空白。 技术突破，多手段助推气象观测卫星开展。在此期 间，可见光、红外和水汽扫描辐射计技术的突破，推进了我 国气象观测卫星的
15、开展，3颗风云一号、2颗风云二号卫星 陆续发射，我国第1代气象观测卫星系统初具雏形，实现了 气象卫星观测从无到有、从试验到试用的阶段性跨越，具备 了对云层、陆地和海洋的多光谱探测能力，拍摄的云图资料 填补了我国西部、西亚和印度洋上的大范围观测空白，在我 国天气预报和气象研究等方面发挥了重要的作用。1.2 快速开展阶段（20世纪90年代中期一2015年）进入21世纪，随着通信、计算机、存储等技术和CCD 光电探测器的不断开展，空间对地观测技术进入井喷式快速 开展阶段。这一阶段的主要特点是研制模式由技术合作向独 立自主转变、核心技术由引进吸收向自主可控转变、服务模 式由试验试用向业务运行转变。据统
16、计，20012015年间， 我国成功将228个航天器送入轨道，其中对地观测卫星占比 超过45%,逐步建立了以遥感、风云、高分、资源等为代表 的在轨长期稳定运行的空间对地观测体系。同时，为加快地 面应用开展，在西安、牡丹江、昆明、三亚等地建成了地基 测控和数据接收站网，先后成立中国资源卫星应用中心、国 家卫星海洋应用中心等，极大带动了空间对地观测在气象、 海洋、资源等各行业领域的应用开展。综合性能大幅提升，气象观测迈入世界先进行列。 在推动第1代系统业务化运行的同时，我国着手开展了第2 代气象观测卫星系统的论证建设。20082013年，陆续发射 3颗风云三号卫星，通过对扫描辐射计、红外分光计、中
17、分 辨率成像仪、臭氧垂直探测仪、臭氧总量探测仪、太阳辐照 度检测仪、微波温度探测辐射计、微波湿度计、微波成像仪、 地球辐射探测仪和空间环境检测器等多载荷集成，实现了我 国气象卫星从单一遥感成像卫星到地球环境综合探测、从光 学遥感到微波遥感、从千米级分辨率到百米级分辨率、时间 周期为每天、从国内接收到极地接收等卫星技术的四大突 破，进一步缩小了在极轨气象卫星领域与兴旺国家的差距, 使我国气象卫星技术迈入世界先进行列。 关键技术取得突破，天基海洋观测体系初步形成。 随着海洋水色扫描仪的技术突破，2002年，首颗海洋水色卫 星海洋1A发射，实现了我国海洋卫星零的突破，完成了海 洋水色功能及试验验证，
18、使海洋水色信息提取与定量化应用 水平得到了提高，促进了海洋遥感技术的开展。2011年，首 颗海洋动力卫星海洋-2A发射，实现了主被动微波遥感器的 集成运用，使我国基本具备了对全球海域多要素、多尺度的 连续观测能力，促进了海洋系列卫星系统初步建成。同时， 为更好地服务国防安全与国民经济建设，我国海上舰船观测 能力得到大幅提升。 高分专项启动实施，引领陆地观测技术跨越开展。 2006年4月，遥感一号卫星成功发射，实现了星载微波成像 技术的重大突破，我国首次具备了全天时全天候遥感探测能 力。2010年8月，天绘一号卫星成功发射，国际上首次采用 LMCCD测绘体制，有效解决了无地面控制点条件下的目标定
19、 位问题；随着高分专项工程的启动实施，高分系列陆续入 轨，我国陆地观测体系和能力得到显著提升。其中，高分二 号使国产光学遥感卫星空间分辨率首次精确到1 m；高分三 号实现我国首次星载C频段多极化合成孔径雷达成像分辨率 到达1m；高分四号卫星是我国首个高轨高分辨率对地观测 光学遥感卫星，突破了高轨光学遥感卫星总体设计、卫星姿 态快速机动与高稳定控制、高轨遥感卫星长寿命高可靠高稳 定一体化结构设计等关键技术，可见光近红外谱段分辨率为 50 m,中波红外谱段分辨率为400 m；随着遥感、高分、资 源等多系列卫星同时大跨步建设，逐步形成了覆盖从全色、 多光谱到高光谱，从光学到雷达，从太阳同步轨道到地球
20、同 步轨道等多种类型，实现了陆地详查普查、海洋目标探测和 电磁空间探测等功能。同时，研制建成了多类、多型卫星一 体化管理控制和处理应用系统，我国空间基础设施框架基本 建成，总体性能迈入世界先进行列。1.3 创新开展阶段（2016年至今）十三五期间，在大数据、云计算、物联网、人工智能 等技术的推动下，我国空间对地观测体系进入一个崭新的发 展阶段。空间对地观测系统在星群互联、智能规划、在轨处 理等方面的能力开始起步，系统建设重心由数量规模型向质 量效能型转变、由星上载荷技术突破向星地协同开展转变， 云处理架构逐步替代传统的并行计算、分布式计算，多星协 同观测、多载荷融合处理、大数据智能解译等技术不
21、断开展, 推动了服务模式由一对一、点对点的订单式服务向智能 化、网云化精准服务升级，服务对象由专业领域向全社会甚 至全球辐射拓展。(1)体系化建设加快，气象系列卫星取得多个世界第一。 2016年12月发射的风云四号A星，搭载了世界首个静止轨 道干涉式垂直探测仪，是唯一能够在轨实现三维大气动态监 测的卫星。2021年6月发射的风云四号B星在全球率先实现 了 250 m空间分辨率，显著提升了对中小尺度灾害性天气的 高分辨率观测能力。风云系列卫星成为世界上在轨数量最 多、种类最齐全的气象卫星星座。(2)多要素协同观测，海洋系列卫星创新开展应用。在 海洋卫星业务开展十三五规划框架下，海洋1C、海洋 -
22、1D、海洋.2B、海洋.2C、海洋-2D 5颗海洋观测卫星入轨应 用，实现了海洋水色、动力环境业务星组网运行和协同观测。 与此同时、国家卫星海洋应用中心不断尝试数据产品的个性 化服务技术突破，2020年高精度海面风场产品在海洋卫星遥 感实况微信小程序发布，通过手机可以看到5天内全球任何 海域的海面风场预报,打通了遥感数据服务公众的最后一千 米。多手段融合应用，陆地观测卫星形成一体化开展格 局。高分专项工程持续推进并取得圆满成功，高分五号实 现世界首次对大气和陆地的全谱段高光谱综合观测，填补了 我国区域大气污染气体探测的空白。2019年，双星编队雷达 测绘卫星天绘二号正式发射升空，实现了我国微波
23、干涉测绘 零的突破。遥感、高分、资源等多系列卫星数据融合共享， 推动对地观测应用技术不断开展。同时，在国家政策牵引下, 商业航天快速开展，我国空间对地观测系统建设主体由政府 投资向多元投入过渡。数十家商业卫星制造和应用服务公司 相继成立，吉林、高景、珠海等百余颗商业遥感卫星陆续入 轨，极大补充了我陆地观测体系和能力。同时，不断加强测 控、接收、定标和真实性检验场网等地面配套基础设施建设, 定量化与自动化处理分析、多源信息综合处理与定量分析等 技术取得重要进展，推动我国空间对地观测体系高效高质发 展。50余年来，我国空间对地观测体系取得长足开展，成绩 斐然。一是空间基础设施体系日趋完善，截至目前
24、，我国在 轨对地观测卫星已超过220颗，其中海洋系列卫星6颗、气 象系列卫星8颗、遥感系列等陆地观测卫星200余颗，逐步 建成了一个高低轨立体观测、高中低分辨率结合、光学/微波 /红外多手段配合的一体化全球综合观测体系。二是技术性能 水平国际先进，气象卫星能够实现全球气象观测6 h、我国 国土及周边区域分钟级数据更新；海洋卫星能够实现海洋水 色、海洋动力全要素数据自主获取；陆地卫星最高分辨率优 于0.5 m,具备全国国土中低分辨率每天覆盖和重点区域50 m分辨率连续观测能力，综合能力跻身世界先进行列。三是 产业应用规模不断壮大，应用领域涵盖国家安全、国土普查、 环境保护、应急减灾、气象海洋等2
25、0多个行业，金融、物 流、交通等遥感+新业态应用潜力巨大，当前主要领域国产 卫星数据自给率提升至90%以上。四是国际影响力日渐提升, 风云卫星已向120多个国家提供气象数据产品服务，与多个 国际组织开展海洋卫星数据交换并签署数据共享合作谅解 备忘录，高分系列卫星也已成为与一带一路沿线国家开展 合作的重要载体，碳卫星等为应对全球气候变化作出了中国 贡献。2形势挑战经过50余年的开展，空间对地观测技术在国土资源普 查、气象水文监测、地质灾害预警方面发挥了重要的作用， 推进了我国社会经济建设水平和综合国力的提升。国家战略 利益拓展和国际地位提升、信息领域的博弈竞争及新兴技术 的不断涌现，都给空间对地观测带来了新的挑战。2.1直面全球性问题，支持可持续开展气候生态环境变化、碳排放、冰川融化、水资源短缺等 全球性问题，事关人类可持续开展。随着国家利益向全球延 伸，“一带一路、人类命运共同体等重大建议成为我国积极 承当大国责任的表达，需在地球系统科学研究和粮食、能源、 冰川、水等资源的全球监测方面发挥关键作用，在应对碳中 和、全球气候变化、重大灾害生态环境保护与治理等方面发