本文由郭华东（Huadong Guo）、窦长勇（Changyong Dou）、梁栋（Dong Liang）等来自可持续发展大数据国际研究中心（International Research Center of Big Data for Sustainable Development Goals，CBAS）、中国科学院空天信息创新研究院、中国科学院微小卫星创新研究院、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所以及中国科学院上海技术物理研究所的研究人员共同撰写，发表于 *Proceedings of the IEEE*，并于2025年12月21日被正式接收。该文系统回顾了全球首颗专门服务于联合国2030年可持续发展议程的科学卫星——可持续发展科学卫星1号（SDGSAT-1）的任务设计、技术创新、数据服务能力及其在可持续发展目标（Sustainable Development Goals，SDGs）监测与评估中的实际应用成效。
本文属于一篇综合性学术论文，主要内容并非报告单一原创实验，而是对SDGSAT-1卫星任务的整体设计、关键技术、数据处理体系以及应用成果进行系统总结。因此，本文将按照其主要论述结构，从卫星任务背景、有效载荷与创新技术、地面数据处理系统、数据开放共享、可持续发展目标应用以及未来展望等方面进行梳理和分析。
一、卫星任务的学术与技术背景
联合国2030年可持续发展议程确立了17项可持续发展目标和234个具体指标。然而，全球范围内在数据可获得性、空间分辨率和时间连续性方面存在显著差异，尤其许多发展中国家缺乏足够的趋势数据来评估目标进展。地球观测（Earth Observation，EO）技术能够提供客观、动态和大范围的数据，因而被视为支持SDGs监测与评估的重要手段。基于这一背景，CBAS于2017年前后启动了SDGSAT-1卫星的可行性研究和概念设计，并于2021年11月5日成功发射。该卫星的核心科学目标在于通过夜间灯光、热红外和多光谱信息的协同观测，精细刻画人类活动痕迹及其与自然环境的相互作用，从而服务于可持续发展目标的科学评估与政策制定。
二、卫星平台与有效载荷的创新设计
SDGSAT-1运行在高度为505千米、倾角为97.5°的太阳同步轨道上，降交点地方时为上午9:30，升交点地方时为晚上9:30，以兼顾热红外和夜间灯光的观测需求。卫星搭载三种先进遥感载荷，分别为热红外光谱仪（Thermal Infrared Spectrometer，TIS）、微光成像仪（Glimmer Imager，GLI）和多光谱成像仪（Multispectral Imager，MSI），三个载荷的幅宽均为300千米。
TIS采用长线阵双向并行摆扫成像体制，可在三个长波红外波段实现30米空间分辨率和300千米幅宽，卫星平台通过可展开地球屏有效抑制地球热辐射对TIS的干扰，降低背景热噪声。该载荷采用碲镉汞（Mercury Cadmium Telluride，MCT）探测器，并设计了2048×4×3规格的长波红外焦平面阵列，具备较高的探测灵敏度。GLI首次在夜间灯光遥感领域实现了全色10米和红绿蓝（RGB）40米的空间分辨率，可识别城市内部道路、居民区和乡村照明细节。MSI专门设置了两个深蓝波段用于水体观测，并配备红边波段以支持植被监测。GLI和MSI共用一套离轴三反光学系统、探测器和电子学系统，通过日夜切换工作模式减少体积和重量。GLI-MSI系统具备高达81.3 dB的动态范围，能够同时对城市高亮度光源和乡村低亮度光源清晰成像。
三、多载荷协同工作与卫星平台关键技术
SDGSAT-1在平台设计上面临多载荷协同工作的挑战。TIS采用摆扫成像，而GLI和MSI采用推扫成像，两者工作模式不同。为保持三个载荷严格一致的观测几何，卫星采用串联堆叠结构布局，并开发了异构同步控制技术。此外，由于TIS需要在195 K的低温条件下工作，而GLI和MSI工作在293 K附近，卫星平台采用分区热控设计和精细温度场调控技术，减小极端温差对光机结构稳定性的影响。在姿态控制方面，TIS扫描摆镜的高惯量往复运动和大面积太阳翼的柔性振动会干扰平台指向稳定。为此，研究团队采用了系统频率特性分配和角动量前馈补偿方法，利用运动部件的运动学特征主动施加反向力矩，显著提高姿态稳定度和成像质量。
四、地面数据处理与辐射定标
SDGSAT-1的地面接收系统由北京、喀什和三亚三个地面站组成，每天可获得超过70分钟的跟踪时间。卫星下行采用双通道X频段传输，速率为810 Mb/s，每日可下传约0.8 TB数据。地面预处理系统负责生成0级、1级和2级数据产品，主要包括数据解压缩、0级数据归档、云覆盖评估、辐射校正、几何校正和标准产品输出等功能。为应对300千米宽幅图像中存在的地球曲率和平台运动引起的像移问题，地面系统采用大侧视像移补偿和异步匹配校正算法，将图像按像元组分割并逐组校正，从而提高了城市照明和土地利用监测的几何精度。
在相对辐射校正方面，MSI采用了侧扫（side-slither）技术，通过卫星偏航90°使所有探测器依次观测同一地物，以校正宽幅不规则条带噪声和渐晕效应。GLI由于夜间工作不能使用侧扫技术，研究团队利用昼夜过渡轨道数据，利用高均匀性过渡带进行渐晕校正，通过灰度共生矩阵（Gray-Level Co-occurrence Matrix，GLCM）筛选均匀区域，并以线性拟合求取增益系数。绝对辐射定标方面，GLI采用点源法，利用地面低亮度目标模拟点光源，通过辐射传输模型计算出大气顶层辐亮度，并与观测灰度值建立回归关系，各波段定标不确定度均低于5.5%。TIS在洱海和程海开展了基于水面辐亮度的定标实验，结合大气参数和辐射传输模型校正大气影响，第3波段定标精度最高可达0.3 K。MSI则在敦煌定标场采用反射率基法和辐照度基法进行替代定标，各波段均表现出较好的稳定性。正射校正方面，所有SDGSAT-1标准1级产品均采用有理函数模型（Rational Function Model，RFM）描述成像几何，并利用哥白尼Sentinel-2全球参考影像自动匹配地面控制点，再结合30米分辨率的SRTM数字高程模型进行地形校正，几何校正均方根误差因传感器和地形类型不同而有所差异。
五、数据开放共享与应用成果
截至2025年11月，SDGSAT-1已获取超过48万景全球覆盖影像。2022年9月启动的SDGSAT-1开放科学计划（Open Science Program）面向全球科研用户免费提供数据。已有来自超过110个国家的研究人员和10余个联合国机构利用SDGSAT-1数据发表了超过180篇学术论文和17份联合国报告。在灾害响应方面，CBAS与联合国卫星中心（UNOSAT）以及灾害风险综合研究计划（IRDR）合作，利用SDGSAT-1数据对2023年巴基斯坦洪水、土耳其-叙利亚地震、利比亚洪水、苏丹武装冲突、加沙危机以及2025年洛杉矶山火和缅甸地震等事件开展了快速评估。SDGSAT-1的灾害响应流程已形成包括应急数据获取、标准化分析和报告发布在内的规范流程。
在可持续发展目标监测方面，SDGSAT-1数据已被用于支持11项可持续发展目标中的20多个具体指标。例如，在SDG 1（消除贫困）方面，GLI数据被用于乡村尺度的贫困表征和人口分布建模；在SDG 7（清洁能源）方面，GLI和热红外数据被用于农村电气化评估和工业热源识别；在SDG 9（产业、创新和基础设施）方面，SDGSAT-1数据支持了道路网络提取和工业热源生产区识别；在SDG 11（可持续城市和社区）方面，GLI夜间灯光数据被用于文化遗产保护、灾害损失评估和城市公共空间照明评价；在SDG 14（水下生物）方面，SDGSAT-1数据支撑了海洋油气平台识别、船舶检测和近海环境监测。此外，TIS数据在南极海冰裂缝观测、沙漠化监测和城市热环境分析中也展现了独特应用潜力。
六、文献价值与未来展望
作为全球首颗专门面向可持续发展目标的科学卫星，SDGSAT-1在多载荷同步观测、宽幅高分辨率热红外成像、高动态范围日夜协同成像以及数据开放共享等方面具有显著创新性。该任务不仅验证了地球观测技术服务于可持续发展目标的可行性，也为后续卫星星座建设提供了重要的工程经验和科学数据基础。文章指出，未来应继续提升时空分辨率，加强跨学科融合与国际合作，并推动遥感技术与人工智能、通信导航和数字技术的深度结合，建设更加完善的可持续发展卫星星座，从而为2030议程的落实提供持续和高质量的科学支撑。