随着国家经济社会发展，国土资源详查、农业调查、数字中国建设等大规模工程对高分辨率、高成像质量、大区域覆盖光学遥感卫星数据的需求与日俱增。我国主体范围半年覆盖、重点省市地区季度或月度覆盖能力是遥感技术支撑实现国家发展、保障地理空间信息基础设施建设的基础。提升高分辨率成像质量和智能化水平是遥感技术和产业化未来的发展趋势。高分辨率遥感是近10年我国遥感技术的主要发展方向，我国遥感卫星在分辨率、姿态控制精度、稳定度等方面有大幅提升，但在卫星数据获取能力、数据质量等方面还亟待提升。

传统的高分辨率遥感卫星的成像能力、数传能力、指向稳定性随着载荷研制水平提升和卫星技术发展而提升，但受卫星轨道、传感器和成本影响，幅宽相较于中低分辨率卫星较窄，大多在10～20km，区域覆盖能力较弱。通过增大幅宽能够显著提升卫星数据获取能力，同时在时空一致性方面表现出卓越的性能。国内外已有多型号高分辨率宽幅光学卫星的探索，如国外空客公司的斯波特（SPOT）系列、国内的吉林一号宽幅系列和四维高景三号系列等。

相比以往的宽幅卫星，四维高景三号卫星在原始分辨率、辐射质量、几何质量、成像谱段、数传速率、星上智能处理等方面的性能取得了进一步突破，应用前景广阔。

一、四维高景三号卫星系统概述

四维高景三号卫星是中国四维新一代高分辨率商业遥感星座的重要组成部分，目前在轨2颗姊妹星，即四维高景三号01星和02星，分别于2024年4月15日和2025年3月15日发射，于2024年7月11日和2025年6月11日完成在轨测试并投入商业化运营。

四维高景三号01、02星是我国首组具备130km超大幅宽，同时提供0.5m分辨率和9谱段组合影像数据产品的商业光学遥感卫星（表1），主要用于区域快速覆盖和应急补充监测，具备开展自然资源全国全覆盖季度监测、重点关注目标持续监测、重大违法与突发事件应急监测的能力。四维高景三号与四维高景一号系列高分辨率光学敏捷星和四维高景二号系列高分辨率SAR卫星组网运营，协同构建具有全天时、全天候和全球范围观测能力的高分辨率对地观测系统。

基于遥感数据产品标准，结合四维高景三号卫星性能，形成由基础产品、增值产品和信息产品构成的四维高景三号遥感数据产品体系，依托四维地球商城（https://siweigic.com/）等服务平台为用户提供四维高景三号数据产品服务。

四维高景三号卫星由有效载荷和平台两大部分组成。有效载荷包括宽幅相机、数传、星上处理3个分系统;平台包括结构、热控、电源、太阳电池阵、总体电路、测控、综合电子、姿轨控和推进共9个分系统。单星设计质量1115kg，运行于500km的太阳同步圆轨道，轨道周期94.47分钟，卫星降交点地方时上午10:30，通过轨道倾角的合理偏置，实现8年卫星寿命期内降交点地方时保持在±30分钟内，有效保证数据高质量辐射特性和全生命周期数据一致性。01星和02星呈180°相位组网，最大化提升采集能力。卫星采用SAST1000公用平台，实现姿态稳定度优于5×10-4（°）/s，具备±30°侧摆机动能力，GNSS接收机支持GPS、北斗组合模式，事后双频定轨精度优于0.1m。

地面系统以分布式混合云平台为基础支撑平台，面向订单驱动、全流程自动化、海量数据计算业务需求，实现集接收、测控、运控、生产、存储、分发等功能为一体的长时间序列、大区域、高分辨率遥感影像数据集的规模化高效供给。为满足不同用户、不同需求，四维高景三号卫星地面系统设计了成像采集订单、订购生产订单、货架产品订单三种订单工作模式。成像采集常规模式支撑卫星常态化运行，长期稳定提供数据服务；成像采集应急模式提供应急保障能力，最快可支持3小时内提供基础产品。订购生产和货架产品模式快速提供产品。

二、四维高景三号卫星系统技术特点

面向高分辨率大区域覆盖的对地观测需求，通过星地指标论证、设计研制、在轨测试和应用分析，四维高景三号卫星基于130km超大幅宽、“1+8”高性能多谱集成、2×1.2Gbit/s高速高阶相控阵数传、10m（CE90）无控定位精度控制、星上海量数据实时智能处理等关键技术，实现了高空间分辨率、高时间分辨率与高光谱分辨率有机融合，共同构筑高性能综合遥感对地观测体系。

1．130km超大幅宽

四维高景三号卫星搭载宽幅相机载荷，由于相机焦距长、视场大，需要通过多维度畸变控制保障成像质量，仿真与实测表明各类畸变均满足亚米级成像需求。四维高景三号卫星在实现大幅宽的同时保证高辐射质量，在轨动态传函全色优于0.13、多光谱优于0.35，影像NIIRS等级达4～5级。

四维高景三号卫星的超大幅宽使重访和覆盖能力显著提升。单星可实现1～2天重访、双星组网可实现小时级重访。利用大视场光学成像手段，单轨可覆盖面积是传统高分卫星的10倍，考虑数传站数量和位置、订单需求和应用以及地表覆盖情况等限制，实际在轨运行可实现我国主体范围半年覆盖、重点省市地区季度或月度覆盖，大幅提升高分辨率全球基础影像获取能力。

2．“1+8”高性能多谱集成

四维高景三号卫星宽幅相机载荷可同时获取全色和8个多光谱影像（表2），全色谱段主要用于提供高空间分辨率的单通道灰度图像，但缺乏色彩信息，通过与多光谱融合处理可得到既有全色高分辨率、又有多光谱色彩信息的影像。多光谱数据除了包括常见的蓝、绿、红、近红外谱段，还增加了海岸、黄、红边和近红外2谱段，在海岸、植被、矿物等特定地物识别中具有突出表现。

3．2×1.2Gbit/s高速高阶相控阵数传

四维高景三号卫星搭载数传压缩存储一体机和X频段相控阵天线，采用16APSK高阶调制，可实现最高2×1.2Gbit/s对地高速传输，同时支持数传码速率和压缩比可调以实现更灵活更高效的数传机制。数传压缩存储一体机主要完成相机载荷原始数据的压缩，以及平台固存等载荷数据的调度和处理，完成相应数据文件存储、读取控制、格式化等处理。压缩模块主要完成载荷数据的接收、分包、缓存和压缩。存储模块主要用于接收存储压缩后的载荷数据，支持50Gbit/s带宽对固态盘进行读写操作，可满足载荷数据带宽使用要求。数传天线采用二维有源相控阵天线，可根据时间角度序列跟踪，实现对地数据传输链路的建立和保持。

4．10m无控定位精度控制

四维高景三号卫星针对全球无控定位的要求，采用星敏与载荷一体化安装设计，布局设计上保障了星敏最稳定的温度环境。星敏支架及载荷安装基板采用一体化、等温化、低热膨胀设计，对星敏安装面、支架及相机采用一体化的精密温控措施，实现星敏视轴与载荷视轴间的夹角热稳定性；相机采用低畸变光学设计及精密温控手段，保证内方位元素的稳定性；卫星配置两型在轨成熟应用的高精度星敏，并在此基础上针对低频误差项开展改进设计和物理实验考核，采用高精度光纤陀螺与星敏联合滤波，实现高精度事后精密定姿；针对卫星平台微振动采用隔振支架对飞轮振动进行隔离，载荷采用柔性安装支架，对高频平台高频振动进一步隔离，保证成像质量与几何内精度；卫星装备双频双模GNSS系统，保证定轨的精度与定轨的稳定性；采用星地一体高精度几何定标方法，定期进行内、外方位元素定标满足10m（CE90）全球无控定位精度。

5．星上实时智能处理及快速分发

四维高景三号卫星星上搭载了任务规划、星上处理、分发、北斗短报文四类终端，能够实现分钟级“北斗终端上注-自主任务规划-星上智能处理-切片快速分发”全流程应急业务模式，成为我国民商遥感卫星中唯一具备星上近实时智能处理、快速目标识别并切片下传的卫星。

三、主要应用

四维高景三号卫星主要用于区域快速覆盖和应急补充监测，具备开展自然资源全国全覆盖季度监测、重点关注目标持续监测、重大违法与突发事件应急监测的能力。利用光学8谱段数据，重点应用在精细化地物分类、陆地及水生植被的病害和长势监测、森林资源分类等领域，数据产品将用以建设贯通部省市县的自然资源卫星应用技术体系，服务国土资源、测绘、减灾、农业、环保、住建、林业等多领域多行业用户。

1．区域覆盖

针对我国自然资源、生态环境等区域管理和快速掌握全球资源环境动态变化信息的迫切需求，进行全球宏观尺度监测和我国陆域范围季度监测、重点区域月度监测及重大事件的即时应急监测，实现全区域监测、全尺度监测、全要素解译、全流程控制和全生命周期管理等。

两颗宽幅光学卫星组网运行形成更高效、可靠的协同体系，在目前地面数据接收条件下，数据获取能力将从我国重点区域年度覆盖，提高到我国主体范围半年覆盖，重点省市域季度与月度覆盖，为地理信息基础底图、自然资源普查、国土空间规划及监督实施等提供高时效高质量影像服务。图1为上海市季度覆盖图。

2．应急监测

四维高景三号卫星大幅宽、双星组网和侧摆带来高重访能力，结合四维高景系列其他卫星在轨组网，可在发生重大灾害时迅速响应，及时获取事前事后影像信息。0.5m空间分辨率能够清晰分辨植被、道路、建筑、水体等各类地物，有效进行地震、洪涝、林火、滑坡与泥石流监测。图2为2025年3月28日缅甸地震桥梁倒塌应急监测。

此外，作为我国民商遥感卫星中唯一具备星上近实时智能处理、快速目标识别并切片下传的卫星，从需求提报到获取数据全流程仅用时8分16秒，极大地提升了应急响应服务能力。

3．地物分类

四维高景三号卫星的高分辨率和8个多光谱谱段组合设置可提供更多的地物纹理和光谱信息，较常规亚米级4谱段（红、绿、蓝、近红外）影像具有更多特征，基于分类模型可实现更精细化的地物分类。将常规4谱段数据和8谱段数据分别作为特征变量输入植被分类模型中，其提取结果对比如图3所示。

以目视解译方法识别的林地、灌木、草地作为真值，分别对4谱段分类结果和8谱段分类结果进行精度评价，总体精度分别为92.33%和98.30%，均能初步提取林地、灌木、草地三种地类，基于8谱段影像植被分类结果总体精度相比于4谱段影像提升约6%，且在交并比、召回率两个指标上均优于4谱段影像植被提取结果（表3）。由于8谱段影像携带了更多的光谱信息，与传统4谱段影像相比，显著改善了林地误提为灌木、灌木误提为草地等问题。

4．目标识别

目标识别是遥感卫星的主要应用领域，其核心价值在于大范围、高效、多维度的数据获取能力。四维高景三号卫星的超大幅宽、高分辨率和多光谱特点使其在目标识别方面优势显著，从大尺度下植被、水体、建筑物等到小目标如彩钢瓦、飞机、船舶等均可有效识别。

四维高景三号卫星的大幅宽可使其一次成像即可覆盖大面积地物，数据获取效率高且一致性好，既避免了多次采集带来的时效性不足，以及湖泊等动态变化地物随时间变化导致影像边界差异较大等问题，又简化了数据镶嵌、匀色等数据加工流程，避免过度数据加工带来的数据污染问题。

四维高景三号卫星的高分辨率和多谱段信息为小目标识别奠定了基础。以彩钢瓦识别为例，四维高景三号卫星数据0.5m分辨率和多谱段信息使彩钢瓦颜色和空间特征明显，轮廓清晰，可用于彩钢瓦样本制作，并支撑目标识别模型训练和目标提取。图4为彩钢瓦提取结果，经过基于机器学习的自动化识别和统计，识别出包括蓝色、橙色和灰色等各种类别彩钢瓦246个，局部区域识别精度达到98%，最小识别图斑面积为20m2。

此外，星上智能处理可对飞机、船舶等典型目标识别并生成512×512像素、1k×1k像素两类切片，支持单目标、多目标、区域目标等多种目标类型，船舶和飞机检测率分别大于90%和85%，虚警率小于15%（图5）。

5．定量反演

随着卫星遥感新技术不断发展，遥感监测由定性向定量化方向发展。四维高景三号卫星在常见全色、红、绿、蓝、近红外谱段基础上，新增沿海气溶胶、黄、红边和近红外等4个谱段，大幅提升了卫星定量化遥感应用水平。

卫星在轨后，基于高分辨率8谱段多光谱数据开展了地物分类、植被病虫害监测以及定量指数的相关实验，结果表明高分辨率8谱段信息在地物精细化分类、自然资源监测、生态监测、农情监测等方面，8谱段数据比4谱段数据在监测精度及监测能力上有所提升，在定量产品研发、产品精度提升等方面存在优势。在自然地类遥感识别、树木病虫害监测（特别是松材线虫病）、浑浊河段提取以及多种农业场景等定量化应用场景方面具有研究价值和应用潜力，可为国土资源调查、城市管理、环境保护、防灾减灾、海事安全等提供高时效、高性能、高质量的时空信息服务。

四、结束语

四维高景三号卫星系统通过130km超大幅宽设计、“1+8”高性能多谱集成、2×1.2Gbit/s高速数传等关键技术，实现了高空间分辨率（0.5m）、高时间分辨率（日级重访）与高光谱分辨率（9谱段）的有机融合。双星组网运行显著提升了覆盖能力和重访效率，可满足自然资源季度监测、应急快速响应、精细化地物分类等多样化应用需求。系统星地一体化设计理念和智能化处理能力更为遥感数据的高效获取与应用提供了创新解决方案。未来，随着星座规模的扩大和应用算法的持续优化，四维高景三号卫星系统将在全球资源监测、环境保护、灾害防控等领域发挥更大价值。

来源：卫星应用微信公众号