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标 题: 国外航天传输型测绘相机发展概况
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat May 29 18:16:55 2004), 站内
杨秉新
(北京空间机电研究所)
1 概述
测绘相机同侦察相机一样，可分为胶片型和传输型两类。国外胶片型大幅面测绘(
测量)相 机技术上已成熟，具有测图精度高、分辨率高和幅面大的特点，可用于绘
制1∶50 000~1∶1 00 000比例尺的地图。
目前胶片型相机及测绘卫星存在以下问题：相机所装胶片数量有限，卫星寿命短，
对地面目 标只能重复拍照一次，对多云和大气不好的地区会得不到测绘照片，即
使多次发射卫星与无 法解决这一难题；目前大幅面相机的分辨率只达到8米/条线
，可绘制1∶50 000~1∶100 000地形图，绘制1∶25 000地图，分辨率3 m~2.5 m。
大幅面相机的焦距通常为300 m m~350 mm，增大焦距可提高分辨率，但技术难度大
；对一些变化较大的军事目标不能及时提 供地图和目标位置的数据。
为了克服胶片型测绘相机的不足，国外利用传输型侦察卫星和资源卫星提供的数字
图像进行 测绘和目标定位，但其精度较低。因此国外正在研制传输型测绘相机和
卫星。美国最早提出 传输型测绘卫星(Mapsat)及CCD立体测绘相机方案设想，后来
不知何故该研制计划停了下来 。俄罗斯和白俄罗斯前几年曾开展传输型测绘相机
的研究工作，但现在也因经费困难已停止 研究工作。目前俄美没有传输型测绘卫
星，仍使用胶片型相机进行测绘。那些没有掌握返回 式卫星技术的国家，则正致
力于开发CCD三线阵立体测绘相机。德国于80年初提出开发三线 阵CCD相机，1993
年在航天飞机上进行了搭载试验。日本也不甘落后，正在研制全色三线阵C CD测绘
相机，地面分辨率2.5 m，可绘制1∶25 000地形图，计划2003年发射。
现重点介绍德国和日本传输型测绘相机的概况和水平。
2 传输型CCD测绘相机的分类
传输型测绘相机通常采用线阵CCD相机。按CCD相机组合方式的不同及摄影测量原理
的不同， 它可以分成三类。
2.1 单线阵CCD相机
单线阵CCD相机在摄影时，相机或卫星前后或左右侧摆，倾斜摄影形成立体像，实
现立体测 绘。如法国的SPOT卫星上的相机，用左右侧摆方式，进行立体测绘，目
标定位精度1.5 km 。另一种方法是相机摄影时，卫星或相机前后摆动形成立体像
。如以色列的对地观测卫星采 用卫星前后摆动进行立体测绘。前后摆动形成立体
像的周期短于左右侧摆。
侦察卫星相机和资源卫星CCD相机均为单线阵CCD相机，主要任务用于对地观测，有
的能形成 立体像，可以进行测绘，但要依靠地面控制点才能对目标进行定位，且
精度较低。
2.2 双线阵CCD测绘相机
由两台CCD相机以一定交会角安装形成立体像对时不需要侧摆摄影。美国80年代初
就提出在M apsat和StereoSAT专用传输型测绘卫星上采用双线阵CCD相机，但这两
种卫星计划至今尚未 实施，其原因很多，其中一个原因是对卫星的姿态稳定度要
求高［10-6（°）/s］， 故技术上难以达到。
2.3 三线阵CCD测绘相机
三线阵CCD相机由具有一定交会角的前视、正视和后视三个线阵CCD构成，相机沿卫
星飞行方 向安放。对短焦距相机，采用单镜头方案，三个CCD阵列放在一个焦平面
部件上。对较长焦 距相机，采用三个相机方案。与前两类传输型CCD相机不同的是
，三线阵相机具有从摄取图 像出发重构外方位元素的特点，对卫星姿态稳定要求
要比双线阵CCD相机低，是当前传输型 测绘相机的发展方向。
3 德国的传输型CCD测绘相机概况
利用三线阵CCD相机进行立体摄影测绘是80年代德国科学家首先进行研究的，并已
经开发出 几种航天传输型CCD测绘相机，如MOMS-02、MEOSS和MOMS-02P等。
3.1 单镜头三线阵CCD测绘相机(MEOSS)
MEOSS是单镜头全色谱段三线阵CCD测绘相机。三片CCD以扫帚方式工作，共用一个
镜头，CCD 装在一个焦面部件上。CCD阵列与飞行方向垂直放置，三片CCD以23.6°
交会角进行前视、 正视(垂直向下)和后视，从而形成立体像，摄影高度400 km，
地面像元分辨率52 m×80 m， 地面幅宽255 km。相机主要参数如下：
镜头 蔡司Biogo镜头
焦距61.6 mm
CCD像元尺寸10.7 μm，像元数3 456
瞬时视场角0.01°×0.01°
CCD间距26.69 mm
3.2三线阵CCD测绘相机(MOMS-02)
MOMS-02相机系统由5台CCD相机组成，其中有2台是中分辨率多谱段相机，另外3台
构成三线 阵CCD立体测绘相机系统，交会角21.4°，形成立体像。正视相机的焦距
为660 mm，相对孔 径1/4.6，谱段0.512 μm~0.765 μm；前后视相机的焦距为237
mm，相对孔径1/5.6， 谱段0.521 μm~0.763 μm。正视的图像为高分辨率(45 m
×45 m)，幅宽37 km，前后 视的 图像为中分辨率(13.5 m×13.5 m)，幅宽7.8
km。CCD采用棱镜拼接方法，相机静态传递 函数(MTF)接近0.3(在Nyq uist频率处
)。
1993年，MOMS-02相机在美国航天飞机上进行了搭载试验，摄影高度296 km。
德国已研制了MOMS-02P，正在开发MOMS-03相机系统，其中均有三线阵测绘相机。
德国三线 阵相机特点是正视具有焦距较长、分辨率高的特点，用于提供目标的细
部。如MOMS-03正视 相机其中一个方案的分辨率1.5 m。
4 日本的三线阵CCD测绘相机
为了绘制1∶25 000地图，日本正在研制三线阵CCD测绘相机(或立体测绘全色遥感
仪器PRISM )。它将装在日本先进的陆地观测卫星(ALOS)上，预计2003年发射。该
相机是目前世界 上公开报导在研的最先进的三线阵CCD测绘相机，像元分辨率2.
5 m，幅宽70 km，3台相机 总重550 kg，于1998年研制模样相机。相机主要性能见
表1。
表1 PRISM主要性能
名称 性能
扫描方式 CCD推扫
谱段 0.52 μm~0.77 μm
视场角 ≥7.6°
瞬时视场角 3.61 μrad±5%
幅宽 70 km(星下点)
像元分辨率 2.5 m(星下点)
MTF(Nyquist频率处) 0.27(垂直轨道方向)
0.21(轨道方向)
速高比 B/H=1.0
指向角 ±1.5°
信噪比 80
量化值 8 bits
功耗 510 W
重量 550 kg
PRISM由3台相机组成，前视、正视和后视相机均安装在基座上，互成24°交会角，
基高比为 1。采用离轴三反式光学系统、尺寸稳定的碳纤维复合材料桁架、像元尺
寸小的线阵CCD，要 求严格的温度控制。每台相机的数据率320 Mbit/s，3台相机
总数据率为960 Mbit/s，用JPE G方法压缩到240 Mbit/s，压缩比4∶1。漏掉数据
率误差1×10-16，固态存贮器容量9 0 Gbytes。对卫星姿态稳定要求2×10-4(°
)/s(线外)，指向确定精度1 m(线外)，卫 星 运行在高691.65 km太阳同步轨道，
相机焦距2 m，地面像元分辨率2.5 m。相机主要特点 如下：
(1) 分辨率高
为了绘制1∶25 000比例尺的地形图，要求相机的地面像元分辨率2.5 m。相机采用
无遮拦 三反离轴光学系统，焦距2 000 mm，并装有像元尺寸小的线阵CCD，沿飞行
方向像元尺 寸5 μm，垂直飞行方向7 μm，从而保证相机像元分辨率高，达到2.5
m。
(2) 用三个线阵CCD相机产生立体像
用三个独立线阵CCD相机产生立体像，分别前视、正视和后视，交会角24°，速高
比为1，能 形成最佳立体像。
(3) 幅面宽70 km
采用大视场三反系统，视场角≥7.6°，摄影高度691.65 km时，幅宽70 km，无需
采用运 动部件，可靠性高。焦面部件用8片线阵CCD，采用光学棱镜拼接方法形成
阵列。每片CCD有5 000个像元。相机的模型和第一个飞行模型装2片CCD。
(4) 采用反射系统和低热变形结构
光学系统是离轴消像差的三反系统，视场角≥7.6°，焦距2 000 mm，MTF≥0.5(在
Nyquis t频率处)。
结构件采用特殊增强型的碳纤维复合材料、桁架式结构形式，结构稳定，变形极小
。结构分 二部分：内桁架和外桁架。内桁架安装支承3个反射镜(从G1到G3)和焦面
组件，需保证精确 温度。外桁架是与卫星联接的结构。
5 航天测绘相机发展趋势
5.1 以胶片型大幅面测绘相机为主
美国和白俄罗斯都于80年代初研制出大幅面胶片型测绘相机。其特点是幅面大，沿
飞行方向 的幅长为450 mm或460 mm，几何精度高，内方位元素测量精度可达到微
米级，技术成熟，是 航 天测绘基础设备，不但能绘制1∶50 000~1∶100 000比例
尺地图和目标精确位置，还能建立 控制点网。目前大幅面相机仍在使用，是主要
的测绘相机。
5.2 积极开发传输型测绘相机
由于胶片型测绘相机装片量有限，约2 000 m，在轨寿命15 d左右，不直接形成数
字影 像， 因此那些没有掌握返回式卫星技术的国家正积极开发传输型相机，但迄
今尚未装星达到实用 阶段 。目前也没有美俄研制传输型测绘卫星的报道。传输型
相机即使实用仍需与胶片型测绘相机 配合使用，取长补短。
收稿日期：1999-06-30
http://www.cast.cn/oldweb/xxfw/dzqk/gjtk/199909/11.htm
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