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宽幅高光谱微纳卫星(火花-Spark-01/02)

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2017.05.15

目前已进入日常的成像服务阶段。卫星采用模块化设计思路,使用了大量工业先进技术和元器件来提高性价比,整星重量仅43公斤,是中科院自主研发的第四代实用型微纳卫星。星载的高光谱成像仪用于全球地表高光谱数据快速采集,该光谱数据具有50m几何分辨率、100km幅宽、148个光谱谱段数、覆盖0.42-1.0um谱段范围等特征。通过双星配合观测,每天最大能够覆盖约500万平方公里的地表范围,获得约400Gbit的高光谱立方数据,能够在一个月内实现全国覆盖,服务国家农业估产、林业病虫害监测、环境保护、灾害监测和资源开发等领域。


2016年12月23日拍摄的我国西藏地区兹各塘错附近的高光谱数据

  卫星入轨后,在微纳卫星飞控人员的密切监视和紧凑高效地飞行控制下,SPARK双星第1轨自主顺利展开太阳帆板;第8轨顺利完成星地对站指向数传链路验证;第23轨起对我国西藏和南美、北美等地区进行高光谱遥感成像;第31轨高光谱遥感数据成功传输落地。

后续发射的宽幅高光谱微纳卫星,可以与Spark01星、Spark02星协同,推扫距离更宽更广

中国科学院微小卫星创新研究院于2015年6月立项研制2颗先进的宽幅高光谱微纳卫星(SPARK-I 01星、02星),并于2016年12月22日凌晨成功发射,服务于我国的大数据智能遥感应用,快速获得并更新中国全境的光谱遥感图,这个宏大的计划称为“光谱中国”。

SPARK-I光谱微纳01星、02星涉及到的相关技术水平具有国际前瞻性。基于“经济、通用、智能”的设计原则,提出了微纳型组部件、高功能密度综合电子、基于热刀二次帆板展开等二十多项创新技术能够较大提升卫星功能密度和智能水平。整星重量仅为43kg。

同时利用WN5000分舱式微纳体系设计,能够根据任务需求进行快速配置,在快速响应能力、载荷匹配的灵活性和卫星实用性等方面均达到了国际同领域先进水平。

 利用低成本、低功耗的商用器件和前沿技术的结合,进一步降低了民用领域进入卫星产业的门槛,推动了国内微纳卫星的商业化、市场化运行,服务于卫星产业由试验应用型向市场业务服务型的转变。

利用星上装载的宽幅高光谱成像仪对地球表面进行推扫成像,获得地面景物的高光谱图像,幅宽102km,148个通道平均光谱分辨率5nm,单星每天可获得250万平方公里光谱遥感数据,最快约16天能够实现全球光谱覆盖。

通过对地物光谱特征判读实现环境与灾害监测、目标识别等,能够为我国灾害监测、环境保护、资源开发及期货预估等商业应用提供基础信息支持。


小载荷 大功能——光电院三颗新体制光谱载荷成功发射

时间:2016-12-22

  12月22日,我国在酒泉卫星发射中心成功将一颗超分辨率多光谱成像卫星和两颗高光谱成像卫星(SPARK01、SPARK02)组成的微纳组星发射升空。该组星运行轨道为700km的太阳同步轨道,中国科学院微小卫星创新研究院作为新体制卫星总体单位,超分辨率多光谱相机和高光谱成像仪由中科院光电院承担研制。该组星的发射升空,开创了我国低成本高性能商业化航天光谱遥感载荷研制和运营新的模式。 


  SPARK卫星高光谱成像仪具有50m的地面像元分辨力,光谱范围覆盖可见光至近红外(420nm~1000nm),谱段数多达148个,平均光谱分辨率优于5nm,幅宽超过100km,采用双星协同合作,幅宽可达200km,相当于上海东方明珠到杭州西湖的宽度,将为“光谱中国”乃至“光谱地球”的数据积累和实现提供有力的探测手段。SPARK卫星高光谱成像仪的突出特点是重量轻、成本低,重量仅为10kg,比国内外同等指标的高光谱成像仪重量至少轻五倍;研制成本更是同类航天载荷的十分之一不到。 


  超分辨率多光谱相机首次采用计算光学成像方法设计,兼具20km大幅宽、1.4m高分辨率、20kg质量轻的优点,可实现全色、多光谱和视频复合成像。相比较传统的高分辨率相机,新体制相机采用了多项创新技术,首次将计算方法融入到系统设计过程,实现了全局最优化设计,提升成像质量;首次实现全色/多光谱/视频复合成像,提升信息获取能力;首次实现载荷与整星联合热控调焦,提升调焦的灵活性和可靠性;首次采用数字超分辨方法实现2倍的成像分辨率提升,降低系统的体积和重量。 


  计算光学成像技术是近年来出现的多学科交叉融合创新技术,中国科学院建立国内首个计算光学成像技术重点实验室,旨在将计算光学中的新技术、新方法应用到光学遥感领域,通过创新体制机制,降低光学载荷的体积、重量,同时提升信息获取能力。 


  该组星可以为农业估产、林业调查、环境监测、灾害评估、土地规划、城市智能交通等领域提供数据服务,并带动卫星平台技术、光学成像技术、信息处理技术以及数据应用技术等方面的发展和变革。 

(来源:光电工程部)


SPARK双星发射在即,带你揭开神秘面纱


原创 2016-12-21 卫网君 卫星与网络

备受业界关注,由中科院微小卫星创新研究院(上海微小卫星工程中心)研制的两颗宽幅高光谱微纳卫星SPARK-01、SPARK-02,即将与国内首颗碳卫星一同发射升空。作为我国首批面向商业化研制和运营的航天高光谱载荷,让我们先对它们做一些简单的了解。


通过距地球700公里的太空中的卫星,可以精确识别农作物分类并判断生长情况,进而实现产业预估、期货预测;可以对城市进行智慧精准分类监管,哪怕建筑物材料的微小差异也能够精确分辨,进而开展智慧城市统筹规划;还可以进行国土资源的分类统计、空气水体污染的环保监测......这是即将发射升空的两颗SPARK高光谱微纳卫星为我们展示的令人兴奋的应用前景。


那么,SPARK高光谱微纳卫星与其他类型的遥感卫星有何不同?有哪些特点和优势?又有怎样的应用前景?在此,让我们揭开它的神秘面纱,一探究竟。

“看得见”也“认得出”的火眼金睛


SPARK高光谱微纳卫星采用的光谱成像技术,是将光谱和成像技术结合起来,能够同时获得被探测目标的二维空间信息和一维光谱信息的技术,被誉为光学遥感探测史上的一次革命。它能直接反映出被探测目标的理化属性,实现对目标特性的综合探测感知与识别,具有其它探测手段不可取代的优势。相较于其他类型的遥感卫星,后者可以看见地表以及地底各种物体。但是“看得见”不等于“认得出”,而SPARK高光谱微纳卫星在高光谱相机的帮助下,不但可以看清地面物体,还能准确地分辨出是什么。


例如,工业厂房顶部覆盖的彩钢板,用普通彩色相机看都是蓝色的,但用SPARK卫星的高光谱相机可以分辨出钢板的不同产地。下面的高光谱遥感图像中红色的是大连浦项制铁板材,绿色的是南韩板材,蓝色的则是普通国产板材。


左:普通遥感图像    右:高光谱遥感图像


上面这个案例充分体现了高光谱遥感卫星对材料的精细识别能力,称之为“火眼金睛”名副其实。

高光谱遥感技术的新成果


高光谱遥感技术被称为遥感技术在二十世纪的最大成果之一,而由中科院微小卫星创新研究院(上海微小卫星工程中心)研制的SPARK高光谱微纳卫星是这一技术在中国的新成果。


高光谱相机是这两颗卫星的主载荷,由中科院光电研究院研制,是一台微型化、高性能的创新产品。


SPARK卫星高光谱成像仪搭载在一颗重量仅为30余公斤的微纳卫星平台上,运行在700km的太阳同步圆轨道上,具有50m的地面像元分辨力,收容宽度超过100km,光谱范围覆盖可见光至近红外(420nm~1000nm),谱段数多达148个,平均光谱分辨率优于5nm。


SPARK卫星高光谱成像仪是我国第一颗面向商业化研制和运营的航天高光谱载荷,其突出的特点是重量轻、成本低。重量仅为10kg,比国内外同等指标的高光谱成像仪重量至少轻五倍;研制成本更是不到同类航天载荷的十分之一。

难以替代的应用优势和广阔前景


高光谱微纳卫星具有其它探测手段不可替代的优势,在农业估产、林业病虫害监测、国土资源调查、环境灾害监测、伪装目标揭露等领域能发挥重要作用。


在农业领域,它可以精确识别农作物分类与生长情况判断,在产量预估、作物长势检测,气象监测、干旱监测,应用金融期货、农产品交易等方面发挥重要作用,从而实现产业预估、期货预测。


在智慧城市领域,它可以利用光谱数据特性,进行大数据挖掘,开展智慧城市统筹规划、智能停车场调度、舒适度评估等应用。


在海洋养殖/捕捞应用领域,通过测量海水温度、叶绿素a 浓度、海冰等环境因子,计算海产生物的分布、洄游、移动、集群变化,推动海洋产业资源开发、评估及管理。


此外,在林业病虫害监测、环境保护、灾害监测和资源开发等重要领域都有十分广阔的应用前景。


目前,国际上航天在轨运行的高光谱成像仪器屈指可数,面向商业化应用和服务的更是少之又少,一直以来高光谱航天数据产品的价格都十分昂贵。 两颗SPARK高光谱微纳卫星的发射,将有效缓解国产高光谱产品的不足,对国民经济的诸多重要领域的发展产生积极的作用。


和碳卫星一起上天的,还有它们——宽幅高光谱微纳卫星 

文汇网 2016-12-21 15:24:38

中国科学院微小卫星创新研究院(上海微小卫星工程中心)即将搭载碳卫星火箭成功发射两颗宽幅高光谱微纳卫星(spark01星,spark02星)。这或许不是美国报道中世界上“最强大的高光谱成像卫星”,但一定是近期最抢镜的高光谱小卫星。

它们将致力实现“光谱中国”的宏伟计划,服务国家农业估产、林业病虫害监测、环境保护、灾害监测和资源开发,同时探索精准农业、期货贸易等航天商业应用。

细腻真彩分辨同一片田中不同品种水稻

宽幅高光谱微纳卫星(spark01星,spark02星)采用高光谱成像技术,该技术始于20世纪80年代,被誉为光学仪器发展史中的一次飞跃。

该技术突破了传统成像能力,能够对不同成分的光谱特征进行识别,谱段可由几十至几百个。

人们手中常用的数码相机采用红、绿、蓝三种颜色还原世界的色彩,而高光谱微纳卫星则分出了148个颜色,通过后端数据处理,可以得到一个数据立方,不仅有图像信息,并且在光谱维度上进行展开,既可获得图像上每个点的光谱数据,又可获得任一个谱段的影像信息。

通过光谱遥感,我们可以分辨出大地里面种的是土豆还是红薯,分辨出同样颜色稻田里不同品种的水稻,分析全球的农林作物植被分布和长势信息,甚至进一步估计全球粮食产量——有了它传回的数据,股指期货是不是尽在掌握啦?

从东方明珠到杭州西湖一次推扫

除了谱段多,宽幅更是spark双星的魅力所在,每颗星的幅宽达到102千米。两颗星协同合作,幅宽更可达到约200千米,相当于上海东方明珠到杭州西湖的宽度。后续发射的宽幅高光谱微纳卫星可以与spark01星,spark02星协同,手拉手,推扫距离更宽更广,快速覆盖中国全境甚至全球有效陆地,进行快速普查遥感。

小卫星,大能量,还会变形


如此强大的spark01星,spark02星很强壮,又很小巧。装在火箭上,它只有一台微波炉那么小。真是小卫星,大能量。


体积虽小,但spark01星,spark02星会变形。太阳能帆板二次展开后,小卫星有了大翅膀,电池片有效面积相当于收拢状态的7倍,电池片全效工作,可提供130W功耗,相当于可供26部Iphone7 Plus同时工作的能量。

它们的帆板源源不断地给卫星提供能量,特别是卫星综合电子系统,是卫星的大脑,脑容量大,效率高。采用集成式插片,每一片都是浓缩的精华。

除此之外,spark01星,spark02星还有很多特异功能:热刀切割技术,犹如激光剑般切断绑扎帆板的凯芙拉线,让帆板顺利展开;卫星装载6个超低剖面的微带天线,和卫星表面融为一体,是卫星的信息传递触角;一线测温网,星内所有测温点均有自己的ID号,通过ID号全程掌握星内所有测点温度变化。

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