(1)卫星资源
团队长期从事国产卫星数据处理理论与算法研究和系统研制工作,在军民高分辨率对地观测系统重大专项中承担了大量的研究项目,形成了完整的卫星遥感技术体系。团队成果已应用于我国资源、高分、遥感、海洋系列光学遥感卫星工程业务运行系统(共60余颗)。除此之外,团队牵头和参与研制了武汉大学珞珈三号01星、启明星一号卫星,能够为团队研究提供数据基础支撑。
1)首颗互联网智能遥感卫星——珞珈三号01星
珞珈三号01星是团队牵头研制的全球首颗互联网智能遥感卫星,承载着“多模”“智能”“互联”“开放”等多重实验验证使命,于2023年1月15日在中国太原航天发射场搭载长征二号丁(Y71)运载火箭升空。它具备以下几大核心特点:一是多模。轻小型遥感相机具有高清视频、多角度立体、连续区域成像多种模式成像的特点,可以满足不同应用场景的观测需求。二是智能。突破性地实现了卫星在轨实时处理技术,通过星上搭载的智能处理单元,结合轻量化智能处理算法,首次将传统星下处理分析任务转换到星上,可有效提升卫星服务的智能化和实效性。三是互联。创新性地将星地链路与5G移动通信集成在一起,打通了卫星与手机的双向链路,可实现全球范围遥感数据到手机的分钟级智能服务,支持向普通大众提供数据获取端到移动终端的遥感信息实时智能服务。四是开放。首次提供了开放式的卫星算法平台,在轨预装了目标检测、变化检测、图像压缩等9款APP,用户可根据不同的任务需求对星上智能APP算法进行灵活的上注、更新与卸载。
珞珈三号01星示意图
珞珈三号01星突破性地实现了主动发现和识别感兴趣目标,卫星可在轨进行云检测、目标检测、动目标跟踪、场景分类、变化检测等,相比于现有遥感卫星“先传输再分析”的传统模式,卫星在轨目标检测精度和动目标跟踪精度能够满足大部分实时智能分析应用需求。同时,珞珈三号01星搭载的智能处理单元,也为深度学习模型的推理提供了重要的计算平台,结合深度学习算法,让卫星更加智能化,为遥感信息实时智能服务提供了重要保障。此外,珞珈三号01星获取的多角度成像数据,经过传感器校正、立体影像匹配、密集匹配重建等处理,可得到高质量三维地形数据,并构建建筑物或特定目标的三维模型,将在城市规划管理、自然灾害评估等多领域发挥重要作用。
2)启明星一号卫星
以武汉大学学生为主体研发的“启明星一号”微纳卫星,搭载了高光谱和红外相机,高光谱相机可以在白天获取32谱段高光谱影像,同时在夜间还能进行8谱段夜光成像,于2022年2月27日11时06分,在文昌航天发射场搭载长征八号运载火箭升空。
启明星一号卫星示意图
“启明星1号”卫星主要针对武汉及周边水域进行成像,载荷包括可见光相机和红外相机各一台,分别获取14m@500km分辨率高光谱图像,14m@500km分辨率夜光图像和140m@500km分辨率红外遥感图像。测控站包括武汉和长春,负责向卫星发送控制指令,接收卫星遥测参数。数传站以武汉为主,负责正确接收卫星下传的影像和辅助数据,选用X频段数传产品,每天总数据量约2.62GB。
后续,学生团队还将不断提供CCTFS整个寿命期间的在轨辐射定标,对在轨绝对辐射定标系数进行检核与验证,也将持续开展地面真实性检验、基于水体对象的在轨定标等多项科研活动,不断推进“启明星一号”在水体环境监测、城市规划、城市经济发展、光污染监测和自然资源调查等多个领域的应用。
(2)基础设施
1)武汉大学遥感卫星地面站
武汉大学遥感卫星地面站是在“诗琳通地球空间信息科学国际研究中心”合作框架下建立的的重大基础设施,位于武汉光谷,场区占地89亩,主控楼建筑面积6900余平方米,主要承担遥感卫星地面运控和数据接收任务,是武汉大学测绘遥感学科的重要科研支撑平台。
遥感卫星地面站是民口高校首个S/X双频段测控数传一体化地面站,装备技术指标国内一流。地面站配备了民口口径最大的13米遥感卫星接收天线,可对轨道高度200KM-1500KM以内卫星的捕获、跟踪能力,具备最高4*2Gbps数传接收、1Mbps遥控上行能力,支持主流高分辨遥感卫星的解调\译码。
武汉大学地面站
目前,地面站初步建成专业化运行队伍,业务化接收Terra、Aqua、Soumi-NPP、JPSS-1、京师一号等国内外十余型卫星遥感数据,设备运行状况良好。自2018年6月以来,顺利实施了珞珈一号01星、启明星一号卫星、珞珈三号01星的地面运控和数据接收,任务成功率高于99%,有效保障了卫星各项科学实验任务的开展;与国内多家卫星研制单位合作,顺利开展多颗卫星的星地数传对接测试试验;参与我国深空接收网建设,完成了我国嫦娥三号、嫦娥五号、天问一号的跟踪测量以及欧美多个月球、火星、木星探测器的信号接收工作。地面站将作为“珞珈”系列科学试验卫星的地面核心保障设施,承担卫星的运管、测控和数传接收工作,为我国未来通信-导航-遥感一体的天基信息实时智能服务系统构建提供保障。
2)嵩山地面综合试验场
针对国产卫星的数据处理需求,由武汉大学联合解放军信息工程大学在河南登封建设中国第一个高分辨率对地观测系统高精度的几何检校场和综合实验场,目前,已经获取了大量的高精度地面测量数据,为我国军用高分系统的在轨检校和产品的质量评定提供了重要基础设施条件。
该地面综合实验场的目标是建设具有国际先进水平、长期稳定可靠、开放的国家级遥感定标、校正的地面试验和检验场体系,满足高空间分辨、高时间分辨、高光谱分辨和高辐射精度的业务化定标与遥感产品检验要求,有效提高我国遥感数据的定量化应用水平。
经过多年建设,在河南嵩山地区形成了航天10000平方公里、航空100万平方公里、综合试验场900平方公里、固定靶场60亩的大型科研设施。2017年起,中国(嵩山)遥感定标场开始提供常态化航天航空载荷定标服务,作为中国国内重要的综合地面定标场,中国(嵩山)遥感定标场已经完成多型航空载荷定标任务,以及多颗国产卫星(包括“资源三号”、“资源一号”02C、“遥感”序列和高分一、高分二号卫星)的几何定标和载荷性能验证任务,也完成了包括高分、资源、遥感等系列在内的多型卫星在轨测试工作,成为支撑国产卫星遥感从“有”到“好”提质增效的重要环节。嵩山高分辨率对地观测系统定标与综合试验场包括3个部分:
n 航空检定场
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航空几何定标场 |
用于机载传感器的几何定标:这个区域面积100平方公里,现场建设了217个高精度控制点,可以用于各种航空相机,不同比例尺的检校与定标,这个航空定标场已经投入使用,到2009年底已经完成四种不同型号相机的检测工作。在分辨率测试地面靶标的建设方面,在登封航空定标场,航空传感器分辨率检测利用可移动的星型标志和条状星型标志中心角度为10度,半径为6.5米,最大宽度为1米。它利用无纺布打印而成。条状标志由一系列黑白相间的条纹组成,4对为一组。条纹的最小宽度为4CM,后面按12%递增。条状标志由相纸打印图案后固定在木板上。条状标志有两组,在航空飞行时分别沿航线方向和垂直航线方向安放。
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辐射定标靶标
n 航空航天试验场
用于为了满足更大范围内的高分辨率航空或航天传感器的定标和测绘图纸资料检定,对航空检定场进行扩展。这个区域面积1000平方公里,现场建设了60个高精度控制点。
在这个区域内拟建设用于机载和星载传感器分辨率检测的人工标志,这些标志是永久和固定的,目前这些标志的建设方案和建设场地已经确定,于2011年上半年建设完成。
n 航天定标场
用于航天传感器定标志综合试验。这个区域为9000平方公里,位于郑州和洛阳之间,东西长为105KM,南北80KM,范围内最高为嵩山,高度1400M,最低高程100M,区域内有嵩山,黄河,水库,农田,市区,高速公路等。
现场建设了70个高精度控制点。目前已经进行了这个区域的航空摄影,获取了整个区域地面分辨率为0.4的影像,这个区域1:5000的数字高程模型、数字表面模型和数字正射影像也已经完成生产,同时建立了整个测区的立体模型,可以实时获取所需位置的三维坐标,满足航天传感器定标对控制点的要求。我们正在进行用于航天影像辐射定标的固定标志的建设。
高精度卫星几何定标场
嵩山定标场点光源
3)宁夏中卫遥感综合定标场
2017年,为了优化遥感定标场布局,形成更强的定标服务能力,有效提高我国遥感数据的定量化应用水平,武汉大学、中国航天科技集团公司和宁夏中卫市政府正在联合开展中卫遥感定标场建设。宁夏中卫定标场一期规划用地292.92亩。
与嵩山定标场不同,中卫综合定标场建设目标是建成具有国际先进水平、长期稳定可靠、自动化的、开放共享的、具备综合定标体系能力的定标场基地,能够涵盖星载光学、SAR、激光的几何定标、辐射定标能力,满足高空间分辨、高时间分辨、高光谱分辨和高辐射精度的业务化定标与遥感产品检验要求。
2017年起实验室利用国家重点实验室仪器设备专项经费共投入经费2417万元,并利用“双一流”建设经费,增加反射式移动点光源靶标20个、激光信号探测设备2500个、自动角反射器20台、星载SAR有源定标器3台,开展优化布设常态化定标与真实性检验设备和远距离无线传输网系统建设,满足国内外主流遥感卫星(光学、SAR、激光)几何辐射定标和真实性检验需求。

