楊元喜：集成型與智能型測繪衛(wèi)星工程發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)
集成型與智能型測繪衛(wèi)星工程發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)
文 | 楊元喜1,2, 任夏1,2, 王建榮1,2（地理信息工程國家重點實驗室，西安測繪研究所）
航天測繪是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全球陸海整體測繪的手段。從專業(yè)類型分，航天測繪衛(wèi)星可以分為大地測量衛(wèi)星和地形測量衛(wèi)星; 從衛(wèi)星工作模式分，可分為返回式測繪衛(wèi)星和傳輸型測繪衛(wèi)星; 從載荷及其功能分，又可分為功能單一型和功能集成型。
大地測量衛(wèi)星可分為定位衛(wèi)星、重力衛(wèi)星、海洋測高衛(wèi)星、磁力衛(wèi)星等。定位衛(wèi)星系統(tǒng)主要包括美國的全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、中國的北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)(BDS)和歐盟的伽利略導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Galileo)。
重力測量衛(wèi)星包括2000年德國發(fā)射的重力測量衛(wèi)星(challenging mini satellite payload，CHAMP)，該衛(wèi)星采用高-低衛(wèi)星跟蹤感知地球重力場技術(shù)，可以恢復70階重力場模型。2002年歐盟與美國合作發(fā)射的重力恢復與氣候試驗衛(wèi)星(gravity recovery and climate experiment，GRACE)，采用低-低衛(wèi)星跟蹤測定全球重力場及其變化，可以恢復120階左右地球重力場，并可測定地球重力場隨時間的變化。2008年歐空局發(fā)射的重力場與穩(wěn)態(tài)海洋環(huán)流探測衛(wèi)星(gravity field and steady-state ocean circulation explorer，GOCE)，主要用于研究洋流、海平面、南北極冰蓋變化及監(jiān)測火山和地震活動。該衛(wèi)星采用重力梯度測量法，可以測得空間分辨率為200~80 km的全球重力場模型和1 cm精度的大地水準面。2018年5月美國NASA和德國研究中心聯(lián)合發(fā)射了GRACE接續(xù)衛(wèi)星(GRACE follow-on，GRACE-FO)。GRACE-FO在GRACE原有載荷(K波段測距儀、加速度計、GPS接收機和姿態(tài)儀等)的基礎(chǔ)上，每顆衛(wèi)星增加了姿態(tài)測定裝置，使衛(wèi)星定姿和星間對準更加精確，尤其額外搭載了激光干涉測距系統(tǒng)，實現(xiàn)了10 nm精度距離測量。然而，由于加速度儀故障和大氣與海洋混頻誤差的影響，GRACE-FO衛(wèi)星的重力反演精度及空間分辨率僅與GRACE相當，只是重力場高階部分的精度稍有提升。
國際上已有海洋測高衛(wèi)星項目10余項，以歐美國家為主，包括美國的Skylab、Geos-3、Seasat、GFO、Jason-1，歐盟的ERS-1、ERS-2、Envisat、Cryosat-2、Sentinel-3，以及美、法合作的Topex/Poseidon、Jason-2等。隨著衛(wèi)星測定軌精度、測高儀觀測精度及數(shù)據(jù)處理方法的提升，衛(wèi)星雷達測高技術(shù)快速發(fā)展，測高精度顯著提升，目前可達厘米級。我國于2011年發(fā)射了首顆具備海洋測高功能的衛(wèi)星--海洋二號(HY-2)，星上搭載了雷達高度計、微波散射計、微波輻射計、校正輻射計4種微波遙感器，綜合測高精度為5~8 cm。
航天地形測量衛(wèi)星可分為光學測繪衛(wèi)星和雷達測繪衛(wèi)星。光學攝影測量技術(shù)相對成熟，研究成果和產(chǎn)品種類都比較豐富。國際航天攝影測量衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀已有多篇文獻作了介紹，本文主要介紹中國地形測繪衛(wèi)星發(fā)展概況。目前我國在軌工作的光學測繪衛(wèi)星有天繪一號、資源三號及高分辨率測繪衛(wèi)星--高分七號和高分十四號。天繪一號和資源三號衛(wèi)星主要用于1∶5萬比例尺測繪產(chǎn)品測制，高分七號和高分十四號衛(wèi)星主要用于1∶1萬比例尺測繪產(chǎn)品測制。因此，高分七號和高分十四號無論是影像分辨率還是測圖精度相對于資源三號或天繪一號都有顯著提升。我國在開展光學測繪衛(wèi)星研制的同時，也積極開展雷達測繪衛(wèi)星的研究工作。2019年發(fā)射了第一組InSAR測繪衛(wèi)星--天繪二號衛(wèi)星，主要用于1∶5萬比例尺; 2021年又發(fā)射了第二組InSAR衛(wèi)星。InSAR衛(wèi)星測繪的地面分辨率為3 m，平面和高程絕對定位精度分別優(yōu)于5 m，平面與高程相對定位精度分別優(yōu)于2 m。
此外，我國部分省市和大學還發(fā)射了大量商業(yè)衛(wèi)星或試驗衛(wèi)星，并且取得了較豐富的研究成果。但是，不得不說，我國航天測繪衛(wèi)星對地觀測效率并不高，航天測繪成果的保障效率也亟待提升。目前面臨的現(xiàn)狀主要有以下幾個方面：①航天對地觀測衛(wèi)星同質(zhì)化發(fā)展嚴重，型譜混亂，亟須開展航天測繪衛(wèi)星的型譜頂層優(yōu)化。②衛(wèi)星功能單一，大地測量衛(wèi)星不測地形，地形測量衛(wèi)星不測地球重力場或磁力場，也不參與導航定位，陸地測量衛(wèi)星不測海洋，海洋測量衛(wèi)星一般不測陸地。③測地載荷集成性差，如光學成像衛(wèi)星一般不搭載微波成像載荷，微波成像衛(wèi)星也不搭載光學載荷，造成衛(wèi)星觀測效率低下。④衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)傳輸壓力較大，不能實施有效傳輸，更不能實施快速數(shù)據(jù)處理，導致大量無效觀測、無效數(shù)據(jù)占據(jù)星上大量存儲資源，造成大量無效對地數(shù)據(jù)傳輸，并造成大量觀測數(shù)據(jù)積壓，沒有發(fā)揮應(yīng)有的觀測效能。
為了提高衛(wèi)星測量效率和數(shù)據(jù)處理效率，同時也為了提高地球空間多要素感知的時間分辨率和空間分辨率，測繪衛(wèi)星應(yīng)該往載荷集成型、小衛(wèi)星密集組網(wǎng)型和智能型測繪衛(wèi)星方向發(fā)展。但是，無論集成型、小衛(wèi)星密集組網(wǎng)型還是智能型衛(wèi)星都存在大量關(guān)鍵技術(shù)需要攻關(guān)。本文側(cè)重討論航天測繪衛(wèi)星發(fā)展的主要方向，并試圖梳理相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)。
傳輸型測繪衛(wèi)星是目前航天測繪的絕對主流。相比于返回型測繪衛(wèi)星，傳輸型測繪衛(wèi)星在軌時間長，觀測覆蓋性好。一旦發(fā)現(xiàn)觀測質(zhì)量問題，可通過在軌軟件上注以及在軌重復觀測予以解決。但是，我國目前大多數(shù)傳輸型測繪衛(wèi)星也存在明顯的劣勢，即衛(wèi)星功能單一，衛(wèi)星過頂測量要素不全，觀測成本相對較高，觀測效益相對低下等。首先是陸地觀測衛(wèi)星，飛越占地球表面面積71%的海洋上空時基本不觀測，或進行無效觀測; 即使是地形觀測衛(wèi)星，不同原理觀測衛(wèi)星(雷達、光學、激光)各有分工，很少集成觀測; 此外，數(shù)據(jù)傳輸也是瓶頸，往往造成測得到，傳不下; 更進一步，同一區(qū)域的多類觀測信息本來可以互補，但是因為非整體觀測，各類信息的互補性和整體性大打折扣，為數(shù)據(jù)融合增添了難度。
國外發(fā)達國家和地區(qū)，如美國、俄羅斯、歐盟、日本和以色列等，已經(jīng)開始將偵察與測繪衛(wèi)星集成化，這兩類衛(wèi)星不僅載荷可以完全共用，而且測地內(nèi)容也基本一致。兩者之間的差別僅在于，測繪衛(wèi)星重視影像的精度，而偵察衛(wèi)星重視重點目標的動態(tài)變化; 測繪衛(wèi)星重視影像的幾何關(guān)系，偵察衛(wèi)星更重視影像分辨率。此外，國際上現(xiàn)有的重力衛(wèi)星也都是載荷集成型、多功能型衛(wèi)星，如德國的CHAMP衛(wèi)星不僅測定全球靜態(tài)重力場中波和長波特性以及重力場隨時間的變化，也估算地球磁場及其時空變化，并利用大氣/電離層掩星探測氣象要素探測; GRACE衛(wèi)星與之類似，不僅可以測定全球重力場，也探測氣候變化要素，包括監(jiān)測全球環(huán)境變化(海平面與環(huán)流變化、冰川消融趨勢、地表水和地下水變化等); GOCE衛(wèi)星本身就是地球重力場和海洋環(huán)流探測衛(wèi)星的簡稱，也屬于功能集成型衛(wèi)星。
實際上，現(xiàn)今的絕大多數(shù)對地觀測衛(wèi)星的星上系統(tǒng)可以共用，如軌道測量系統(tǒng)、姿態(tài)測量系統(tǒng)、天線系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。此外，近期常用的激光測距系統(tǒng)對各類測地衛(wèi)星也可作為共用系統(tǒng)，用于支持衛(wèi)星軌道標定、評估和地面觀測元素的高程精度提升。
各類測地衛(wèi)星的特有載荷并不多，如光學衛(wèi)星的光學相機、SAR衛(wèi)星或InSAR衛(wèi)星的微波輻射儀、海洋測高衛(wèi)星的合成孔徑雷達測高儀、重力衛(wèi)星的加速度計等。如果將這些載荷合理集成，即可實現(xiàn)測繪衛(wèi)星從目前的衛(wèi)星載荷單一型向載荷密集型和集成型方向轉(zhuǎn)變(圖 1)。
圖 1 集成型測繪衛(wèi)星發(fā)展步驟
Fig. 1 Development steps of integrated surveying and mapping satellites
第1步：集成所有地形測量衛(wèi)星載荷，包括現(xiàn)有高分辨率光學載荷、微波載荷、高光譜相機、多光譜相機、激光測距系統(tǒng)等，具備全天候、全天時、全空域地形測量能力，一星多用。
第2步：集成大地測量與地形測量載荷，衛(wèi)星一次過頂，實現(xiàn)全要素測繪。
第3步：集成海洋測量載荷與陸地測量載荷，實現(xiàn)陸海一體化測繪。
第4步：集成氣象、大地測量和地形測量載荷，實現(xiàn)地理空間環(huán)境多要素整體測量。
測繪衛(wèi)星的多載荷集成也面臨一系列技術(shù)難點。
(1) 載荷的體積與重量問題。多載荷集成通常會占用衛(wèi)星平臺更大的空間，增加衛(wèi)星負重。因此，必須突破載荷的小型化、模塊化、甚至微型化設(shè)計與制造技術(shù)，在小型化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)各類載荷高度集成化。
(2) 功耗問題。多載荷集成必然涉及功耗問題。因此，需要在小型化和微型化設(shè)計與制造基礎(chǔ)上，突破集成化載荷的低功耗設(shè)計技術(shù)。
(3) 數(shù)據(jù)傳輸問題。多載荷、多要素觀測，數(shù)據(jù)量將顯著增加。因此，需要增大傳輸帶寬，考慮實施多通道傳輸、多站址接收，甚至可以考慮增設(shè)海外接收站，實現(xiàn)多類觀測信息完整落地，否則，再多的觀測，數(shù)據(jù)不落地等于沒有觀測。
(4) 兼容性問題。載荷密集型衛(wèi)星的突出問題是各類載荷容易造成互相干擾。因此，載荷密集型衛(wèi)星必須確保各類電子載荷之間不會產(chǎn)生不可接受的干擾，即實現(xiàn)多載荷的電子兼容，在此基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)多類數(shù)據(jù)集成感知、傳輸和信息共享。
(5) 軌道高度優(yōu)選問題。軌道高度的選擇一方面要考慮衛(wèi)星載荷和各類傳感器對地觀測感知的靈敏度，另一方面也要考慮軌道周期和觀測范圍。為了載荷集成的可用性，首先實現(xiàn)相近軌道高度衛(wèi)星載荷的集成，如折中選擇500 km高度的對地觀測衛(wèi)星進行集成，因為絕大多數(shù)地形測繪和重力場測繪衛(wèi)星的軌道高度都在500 km左右。當然，適當設(shè)計不同高度的衛(wèi)星，可以形成對感知敏感度和觀測范圍的補充。
(6) 數(shù)據(jù)處理問題。載荷密集型測地衛(wèi)星的顯著特點是數(shù)據(jù)采集量大、數(shù)據(jù)種類多。因此，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程和策略是載荷密集型測地衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)之一。當然，衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星姿態(tài)、衛(wèi)星高度測量信息可以作為公用信息處理，其余信息分專業(yè)處理。
載荷集成性測地衛(wèi)星的主要優(yōu)勢如下：
(1) 一星多用，提高衛(wèi)星使用效率。利用較少數(shù)量的衛(wèi)星獲得豐富的對地觀測效果，節(jié)省衛(wèi)星、火箭，并減少空間垃圾，減少觀測成本。
(2) 一載荷多用。同一載荷服務(wù)于多類對地觀測目的，提高部分載荷的使用效率。
(3) 同軌多要素觀測互補。幾何要素、重力場要素、磁力場要素，甚至海洋要素全要素觀測，有利于同軌多要素互補。幾何觀測需要重力和磁場信息改正，重力信息與磁場信息歸算需要地形信息改正。因此，多要素整體觀測有利于提高大地、地形測量等觀測的幾何整體性，有利于數(shù)據(jù)融合; 此外，光學觀測、微波觀測、高光譜觀測、多光譜觀測信息集成與融合，可顯著提升幾何要素和物理屬性的整體覆蓋性。
(4) 高低軌衛(wèi)星觀測互補，不僅有利于觀測幾何的互補，而且可實現(xiàn)掩星大氣觀測，有利于環(huán)境信息的探測。
必須指出，載荷集成型衛(wèi)星的功耗、成本、重訪周期和數(shù)據(jù)傳輸都是待解決的難點問題，如果衛(wèi)星太少，則重訪周期太長; 如果衛(wèi)星增多，又會增加成本。
集成型衛(wèi)星具有單星觀測效率高的顯著優(yōu)勢，但是由于載荷多、衛(wèi)星重、功耗大、載荷易互相干擾、數(shù)據(jù)傳輸壓力大、衛(wèi)星組網(wǎng)成本高等難題，往往造成集成型航天測繪全球重訪周期長，全球覆蓋觀測難等問題。
在全球基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)上，如果將衛(wèi)星小型化、星上載荷模塊化、衛(wèi)星組網(wǎng)彈性化，即可構(gòu)建低成本密集組網(wǎng)型微小衛(wèi)星觀測體系，實現(xiàn)航天測繪的便捷化和高時效性。密集組網(wǎng)型航天測繪衛(wèi)星涉及系列關(guān)鍵技術(shù)(圖 2)。
圖 2 密集組網(wǎng)微小型測繪衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)
Fig. 2 Key technologies for intelligent surveying and mapping satellites
(1) 衛(wèi)星載荷模塊化設(shè)計。現(xiàn)有大多數(shù)測繪衛(wèi)星載荷都是捆綁式集成，不僅占據(jù)較大空間，而且功耗也相對較高，各載荷之間的隔離、散熱等都相對困難。衛(wèi)星載荷的模塊化設(shè)計，不僅需要體系化設(shè)計藝術(shù)，而且需要高精尖的元器件加工工藝，否則不可能實現(xiàn)載荷的模塊化。
(2) 衛(wèi)星小型化設(shè)計。衛(wèi)星小型化一般以載荷的微型化、模塊化為前提，否則很難實現(xiàn)衛(wèi)星的小型化。衛(wèi)星小型化還涉及微電子技術(shù)、微處理技術(shù)等，甚至要解決衛(wèi)星和載荷一體化研制技術(shù)。
(3) 衛(wèi)星最佳組網(wǎng)技術(shù)。衛(wèi)星小型化為全球衛(wèi)星組網(wǎng)觀測提供了基礎(chǔ)，但是大型星座組網(wǎng)又必須解決衛(wèi)星組網(wǎng)的幾何構(gòu)型、網(wǎng)形最優(yōu)設(shè)計、不同類載荷衛(wèi)星的合理搭配與分布問題，尤其是不同傾角衛(wèi)星的組網(wǎng)配合，以確保高緯度和低緯度地區(qū)的綜合感知。
(4) 密集星座的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)接收技術(shù)。由于衛(wèi)星數(shù)量多，觀測數(shù)據(jù)豐富，如果不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的星間快速傳輸，不能解決全球分布的地面接收站布設(shè)，則必須采用中繼衛(wèi)星傳輸平臺，解決海量數(shù)據(jù)的傳輸難題。
(5) 衛(wèi)星彈性調(diào)配技術(shù)。密集型微小測繪衛(wèi)星組網(wǎng)觀測最顯著的優(yōu)點是重返周期短，特別有利于災(zāi)害監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測。但是，災(zāi)害監(jiān)測的重點區(qū)域需要進行密集觀測，因此，必須解決衛(wèi)星的彈性機動與快速組網(wǎng)技術(shù)，更重要的是還必須解決大型星座自主管控的關(guān)鍵技術(shù)問題。
(6) 密集組網(wǎng)微小型衛(wèi)星的星上處理技術(shù)。為了避免大型星座海量觀測數(shù)據(jù)的傳輸難題，必須解決星上可觀測性智能判斷、智能識別和星上數(shù)據(jù)快速處理技術(shù)，力爭做到無效觀測和重復觀測數(shù)據(jù)不存儲、不傳輸。因此，星上觀測數(shù)據(jù)的有效性判斷是微小衛(wèi)星密集組網(wǎng)型航天測繪的關(guān)鍵問題之一。
無論是單一型或集成型測繪衛(wèi)星或密集組網(wǎng)型微小測繪衛(wèi)星都面臨著地面系統(tǒng)落后于衛(wèi)星觀測供給(供給側(cè)大于數(shù)據(jù)接收和處理側(cè))的窘境。首先，地面系統(tǒng)統(tǒng)籌難，目前各類衛(wèi)星幾乎都有相應(yīng)的地面接收系統(tǒng)和地面處理系統(tǒng)，甚至一顆衛(wèi)星對應(yīng)一套地面系統(tǒng)。衛(wèi)星越發(fā)越多，地面系統(tǒng)也越建越多，而且地面系統(tǒng)的建設(shè)始終趕不上衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理的需求，數(shù)據(jù)積壓非常嚴重，觀測數(shù)據(jù)的處理效率和應(yīng)用效率都不高。其次，為了控制數(shù)據(jù)量，衛(wèi)星并非滿負荷觀測，但星地傳輸效率低，僅有的局部觀測數(shù)據(jù)下傳也十分困難。同時，必要觀測、重復觀測、無效觀測等無差別傳輸，一方面造成部分有用數(shù)據(jù)傳不下，另一方面又造成大量無效傳輸。此外，如果走向集成型測地衛(wèi)星模式，數(shù)據(jù)采集量更大，數(shù)據(jù)傳輸更難。最后，衛(wèi)星有效觀測處理難，大量重復觀測可能在無差別重復處理，出現(xiàn)大量無效處理的現(xiàn)象。數(shù)據(jù)處理效率相對較低，進而會造成實時保障難，需要的數(shù)據(jù)和急用的數(shù)據(jù)不一定能夠有效和實時保障。
欲提高集成型和密集組網(wǎng)型測繪衛(wèi)星的效率，必須解決衛(wèi)星的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理的效率問題。于是，智能型測繪衛(wèi)星的發(fā)展成為必然趨勢。
首先，衛(wèi)星應(yīng)具備智能感知功能，即對于無須觀測的區(qū)域免觀測，對于可能無效觀測的區(qū)域可以免開機(如云層和重雨覆蓋區(qū)域的光學相機)，衛(wèi)星載荷也可根據(jù)地表可觀測性，自動組合各類傳感器(智能組合)，極大限度地減少無效觀測，節(jié)省載荷工作功耗。
其次，衛(wèi)星上可以預載高精度測繪影像，各載荷要具備智能識別新獲取影像、智能存儲、智能傳輸能力，即在獲取新的地表影像的同時，自動識別與基礎(chǔ)影像的差異性，如果新獲取影像與星上存儲的基礎(chǔ)影像無差別、無變化，則免存儲，免傳輸，僅存儲和傳輸?shù)匦翁卣髯兓?含重要目標變化)的感知數(shù)據(jù)，如此，可顯著減少數(shù)據(jù)存儲量和數(shù)據(jù)傳輸需求。
更進一步，可以在智能觀測的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)星上智能處理，即在智能識別的基礎(chǔ)上，依靠已有基礎(chǔ)控制數(shù)據(jù)，完成星上觀測數(shù)據(jù)的智能處理和智能更新(更新地物、目標影像和坐標)。
此外，衛(wèi)星應(yīng)具備智能防碰撞功能，具備自我報警、自我變軌、自我避障功能; 運載火箭也應(yīng)該具備火箭殘骸自動跟蹤功能，甚至具備對火箭落點實施控制的能力，減少火箭殘骸落點的不確定度。
為了具備測繪衛(wèi)星傳感器的智能集成、智能感知、智能存儲、智能傳輸和星上影像智能處理能力，衛(wèi)星與火箭的智能安全管理等系列智能化需求，必須解決系列關(guān)鍵技術(shù)問題(圖 3)。
圖 3 智能型航天測繪衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)
Fig. 3 Key technologies for intensively networked micro surveying and mapping satellites
(1) 星上觀測智能識別技術(shù)。為了實現(xiàn)星上傳感器智能識別觀測的有效性，衛(wèi)星必須事先存儲高精度、高分辨率的基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品，供星上載荷比較與識別。為此，地面系統(tǒng)需要實施全球大比例尺(如1∶10 000)、高精度、高分辨率的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)整體平差，在大量高精度特征控制點強制約束下，構(gòu)建可作為參考基準的基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品，并獲取特征點高精度坐標、地形要素或地球物理場要素。這里需要解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：多源觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合平差的函數(shù)模型、隨機模型及參數(shù)估計準則等?？梢圆捎镁哂懈郊酉到y(tǒng)誤差參數(shù)的抗差估計準則，既可控制部分觀測載荷的系統(tǒng)誤差影響，又能控制部分采樣點的異常誤差影響，提升平差后全球基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品的精度和分辨率。為此，星上計算機必須具備強大的存儲和計算能力，即預存儲高分辨率、高精度的基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品，作為星上載荷感知、數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)膮⒖家罁?jù)。
(2) 星上觀測智能存儲技術(shù)。衛(wèi)星對地觀測數(shù)據(jù)中心含有大量無效觀測和重復觀測，要求星上計算機必須具備智能學習能力，進而實現(xiàn)有用的數(shù)據(jù)即存儲，無效的數(shù)據(jù)不存儲。那么，必須建立用來學習與識別有效觀測的知識圖譜。
(3) 星上觀測數(shù)據(jù)的星間智能傳輸與星地智能傳輸技術(shù)。無論是星間觀測數(shù)據(jù)傳輸，還是星地觀測數(shù)據(jù)傳輸，都必須適當擴大新變化觀測區(qū)域邊緣，然后再傳輸，為不同衛(wèi)星觀測的數(shù)據(jù)匹配和衛(wèi)星觀測與地面已知數(shù)據(jù)配準更新提供足夠的參考信息。對于時間敏感數(shù)據(jù)必須全部傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心(如重力觀測、海洋測高數(shù)據(jù)和環(huán)境感知數(shù)據(jù)等)，以便反演地球各圈層的物理變化。
(4) 星上和地面智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)。星上智能數(shù)據(jù)處理必須強調(diào)簡約性原則，只處理變化的觀測數(shù)據(jù)，地面數(shù)據(jù)處理中心則側(cè)重消除多衛(wèi)星觀測和多傳感器觀測以及新舊數(shù)據(jù)之間的矛盾，確保觀測數(shù)據(jù)局部更新與整體基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的自洽性。如果有地面高精度控制信息，應(yīng)該充分利用地面控制信息實施局部智能數(shù)據(jù)平差和更新，確保全球基礎(chǔ)測繪產(chǎn)品的現(xiàn)勢性和可靠性。
(5) 衛(wèi)星的智能避障、智能報警問題?？梢栽谛l(wèi)星前后或左右安裝兩個魚眼相機(半球面觀測)，識別非合作目標; 一旦發(fā)現(xiàn)非合作目標接近，衛(wèi)星啟動自動報警和自動變軌程序; 對于火箭殘骸的自動跟蹤與落點控制，可以在火箭上安裝具有短報文功能的北斗終端，并在火箭上安裝控制系統(tǒng)，合理控制火箭殘骸的落點位置。
需要說明的是，在智能感知、智能傳輸、智能星上處理的基礎(chǔ)上，一旦獲取到充足的更高精度、更高分辨率、更好現(xiàn)勢性的測繪數(shù)據(jù)，必須啟動新的全球測繪數(shù)據(jù)的重新平差，消除矛盾，確?；A(chǔ)測繪產(chǎn)品的可靠性和現(xiàn)勢性。此外，重力場模型和海面高模型需要定期進行數(shù)據(jù)整體處理，以便精確提取物理場的時變信息，并進一步更新地球重力場模型和海底地形模型。
未來智能型航天測繪的主要優(yōu)勢在于：
(1) 通過星上智能感知，可以顯著減少無效觀測，也減少載荷動力消耗。
(2) 通過星上處理和智能識別，可以顯著減少星地信息傳輸壓力，也減少地面接收系統(tǒng)壓力，甚至減少地面接收站建設(shè)壓力。
(3) 基于局部更新的下傳數(shù)據(jù)，地面處理系統(tǒng)可智能化實施局部更新，顯著減少地面系統(tǒng)進行大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的壓力。
(4) 通過全球高精度基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的局部更新，可以確保全球測繪產(chǎn)品的現(xiàn)勢性和保鮮度，幾乎可以實現(xiàn)準實時全球測繪保障能力。
(5) 通過星箭智能監(jiān)控，可以提高衛(wèi)星安全性和火箭落點的可控性。
航天對地觀測衛(wèi)星與其他動態(tài)監(jiān)測衛(wèi)星的顯著區(qū)別在于其數(shù)據(jù)產(chǎn)品的基礎(chǔ)性。全球測繪產(chǎn)品本身變化不會太顯著，一般只是局部變化，于是在全球精確測繪的基礎(chǔ)上，測繪衛(wèi)星發(fā)展的重點應(yīng)該聚焦局部變化監(jiān)測與更新。
單一型測繪衛(wèi)星可以較好實現(xiàn)工程目標，但系統(tǒng)觀測效率偏低，同時受數(shù)據(jù)傳輸和地面數(shù)據(jù)處理能力限制，導致測繪衛(wèi)星的工作效率和保障能力難以滿足快速保障需求。
集成型測繪衛(wèi)星由于多載荷集成，可以顯著提升觀測效率，而且加強各類測地數(shù)據(jù)的互補性，提升數(shù)據(jù)融合效率; 但是由于數(shù)據(jù)傳輸壓力顯著增大，數(shù)據(jù)處理壓力巨大。
密集組網(wǎng)微小衛(wèi)星觀測體系由于重放周期短、衛(wèi)星成本低、單顆衛(wèi)星觀測載荷相對較少，可以更快速地進行動態(tài)變化監(jiān)測，非常適合災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測和動態(tài)目標監(jiān)測。
智能型測繪衛(wèi)星不僅強調(diào)衛(wèi)星載荷的智能集成，而且強調(diào)星上智能識別、智能感知、智能傳輸，有望顯著提高測繪衛(wèi)星的觀測效率和數(shù)據(jù)處理效率，顯著提高測繪產(chǎn)品的現(xiàn)勢性和保障能力。
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