方兴未艾的高分辨率商业遥感卫星.docx

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方兴未艾的高分辨率商业遥感卫星

方兴未艾的高分辨率商业遥感卫星

遥感卫星利用星载遥感器获取地球及其环境的多种波段的电磁波信息，并将这些信息发送给地面接收站。

地面接收站对这些信息处理和判读后，就可得到各类目标的特征、分布和状态等资料。

遥感卫星不仅可用于军用监测、侦察、预警，而且可广泛用于勘测和研究地球环境和资源，其相关图像资料有广阔的市场。

分辨率是卫星遥感的主要技术指标。

一般卫星遥感器对地物的几何分辨能力?

也可理解为遥感图像上能分辨地面两个点目标的最少距离。

长期以来，高分辨率遥感卫星的图像控制在美国、前苏联／俄罗斯等国家的军事部门手中，禁止商业应用。

冷战结束后，为了商业利益，俄罗斯和美国开始在市场上销售经过解密的侦察卫星图像。

1992年，美国国会通过了土地遥感政策法规，明确了商业遥感图像对国家安全的重要性，并授权美国商业部，对私人企业运营空间遥感系统核发执照。

1994年，美国总统克林顿发布了PDD—23法令，准许私营公司从太空中拍摄高清晰度图片，从而开始了商业遥感的新时代。

目前已有几颗1米分辨率或更高分辨率的商业遥感卫星在轨运行?

并已成功地在市场销售清晰的图片。

高分辨率商业遥感卫星是研制“数字地球”的一个重要的条件。

1998年1月31日，美国副总统戈尔在题为“数字地球：

二^一世

纪认识地球的方式”的讲演中，宣布“数字地球”的目标就

是“努力开发一个分辨率为1米的世界数字地图。

”

第一颗高分辨率商业遥感卫星伊克诺斯（IKONOS）

目前在轨运行的第一颗高分辨率商业遥感卫星是空间成像公司的伊克诺斯2。

空间成像公司由美国洛马公司、雷神公司和欧洲、日、韩、新加坡等多家公司共同投资组成。

伊克诺斯的名字来自“图像”的希腊文字。

卫星由洛马公司制造。

它于1999年9月24日，由洛马公司用“雅典娜2”型运载火箭从范登堡空军基地发射。

在此之前，“雅典娜2”型火箭曾在同年4月27日发射了伊克诺斯1卫星，但因火箭整流罩分离问题，导致卫星未能入轨。

伊克诺斯卫星的外形见题图和图一。

卫星运行在高度为680公里、倾角98.2度的极轨道上（图二）。

伊克

诺斯卫星设计成140天内绕地球飞行2049圈，即约每天绕地球飞行15圈，第一圈的星下点与2049圈的星下点完全相同（图三）。

每3天就可以以0.8米的分辨率对地面上的任何一个区域进行一次拍摄。

若降低分辨率，它每天都可以重访一次同一区域。

卫星在其轨道的下降部分实施成像。

目标的坐标被输入到计算机的排序系统中，而该系统则通过地面站，将任务安排上行传送给卫星。

卫星上的相机装置重为170公斤，功率为350瓦，由长期向美国国家侦察办公室（NRO）提供尖端光学设备的柯达公司制造。

相机望远镜的分辨率相当于10米的摄远镜头。

卫星上的光学望远镜装置将沿地面上宽11公里的条带获取图像，并将其反射到数字成像遥感器上。

全色和多光谱成像遥感器阵列安装在一个焦平面装置中，可把光转换成像元。

焦平面装置中还装有模拟信号处理器，可把射到每个像元上的光转换成数码。

随后，一台数字处理装置将对数字化的图像进行压缩和格式化，然后传送回地面。

伊克诺斯卫星入轨后拍摄的图像，因为其优良的清晰度已得到了广泛的赞誉。

它可拍摄到地面上直径不足1米的物体的全色（黑白）图像和直径仅3.28米的物体的多光谱图像。

这样的分辨率要优于法国初期的“太阳神”侦察卫星，后者的全色分辨率据信为2米伊克诺斯卫星目前在美国阿拉斯加州、俄克拉荷马州、科罗拉多州的索顿和瑞典、希腊都设有地面站。

空间成像公司的控制中心和总部也设在索顿。

今后几年内该公司还将在世界各地再建设十几座地面站，其中有些站将由已购得伊克诺斯卫星图片在特定地区的使用和销售权的下属地区性公司建设和经营。

由于卫星的图像是数字式的，所以处理和交付都很方便。

空间成像公司的数字图像数据既可以以原始数据的形式出售给用户，也可以与软件或其它数据搭配在一起出售，形成“增强型”的产品。

例如，该公司曾利用印度卫星的5米分辨率全色数据和“陆地卫星5号”的2.5米分辨率数据，融合成5米分辨率的赋色图像。

采用同样的办法，也可以生成伊克诺斯卫星的1米分辨率的赋色图像。

图四是伊克诺斯卫星获得的北京天安门广场图像。

除伊克诺斯卫星项目外，空间成像公司还通过建立伙伴关系，取得了销售其他卫星拍摄的图片的权利。

这些卫星包括印度遥感卫星（IRS）系列、美国的“陆地卫星”系列、加拿大的雷达卫星和欧空局的雷达卫星。

从而，空间成像公司扩大了其图像产品的范围，使其产品中既有高分辨率、窄视场图像；也有低分辨率、宽视场图像。

此外，该公司还销售分辨率为亚米级的航拍图片，并计划在2003年或2004年再发射一颗遥感卫星。

这颗新卫星的全色分辨率将达到0.5米，多光谱分辨率为2米。

空间成像公司迄今为止已在伊克诺斯卫星项目和建立伙伴关系方面投入了大约7.5亿美元。

高分辨率商业遥感卫星系统面临激烈竞争

如上所述，伊克诺斯卫星的发射只是高分辨率商业遥感

卫星发展的开始。

2000年12月，美国海洋和大气局（NOAA）批准空间成像公司和地球观察公司可以运营0.5

米分辨率的成像卫星。

地球观察公司曾在1997年12月发射了一颗称为“晨鸟”的高分辨率遥感卫星，但这颗全色分辨率为3米的卫星入轨4天后就宣告报废。

2000年11月，用俄罗斯的“宇宙号”运载火箭从普列谢茨克航天发射场发射了“快鸟1”卫星，亦告失败。

2001年9月，地球观察公司改名为数字全球地图公司，并已在2001年10月18日用波音公司的德尔它一2型火箭，成功地发射了“快鸟2”卫星。

这颗卫星位于450公里、轨道倾角为98度的太阳同步轨道上。

由于卫星降低了原设计的轨道高度，它能够提供具有行业领先水平的0.61米全色（黑

白）和2.44米多光谱（可见光、红外波段）数据。

“快

鸟”卫星的主要卖点，是其卫星能以高分辨率进行大幅宽成像。

在1米分辨率下，这两颗卫星的幅宽为22公里；而空间成像公司的卫星为11公里，轨道成像公司的卫星为8公里。

图五为“快鸟2”卫星获得的美国加州桑尼凡尔机场图像。

由图可见，由桨叶可以分辨出是飞机还是直升机。

参与该项目投资的有鲍尔宇航公司、日立公司、欧洲图像公司和国际电话电报公司。

轨道成像公司是轨道科学公司的下属公司，它在2001年9月21日，用轨道科学公司的“金牛座”四级火箭发射“轨道观察4”高分辨率卫星，可获取1米分辨率的全色图像和4米分辨率的多光谱图像，并带有一台超光谱遥感器。

但由于第二级火箭出现故障，发射失败。

该公司将继续发射高分辨率成像卫星，以便与两颗1995

年和1997年发射的分辨率较低的“轨道观察卫星”一起，

为美国宇航局（NASA）和其他用户，进行各类与天气有关的观测。

轨道成像公司为了制造新卫星和取得加拿大雷达星2图像的销售权，投资了2.5亿美元。

该公司已建立起了互联网图像分发系统，并同一些分销商签署了合同。

除此之外,2001年10月22日，用印度的极轨卫

星运载火箭发射了三颗卫星。

其中一颗是重1.108吨的

“技术试验卫星”（TES）?

也可获得1米分辨率的卫星图像。

以色列国际卫星图像公司在轨运行的EROS-A卫星，可获得1.8米分辨率的卫星图像，将计划在2001年发射EROS-B1卫星，可获得0.85米分辨率的卫星图像。

还有一些卫星正在建造或规划之中。

高分辨率商业遥感卫星图像的应用

高分辨率商业遥感卫星图像的应用领域非常广阔，应用

前景十分远大。

这些图像产品将用在农业、环境监测、地图测绘、城市与区域规划、油气开发、通信、防灾、汽车导航和房地产销售等众多领域，其年销售额有望达到数十亿美元。

例如农民可以通过卫星照片来监测农作物的生长情况；电信公司和电力部门可借助图像为蜂窝电话发射塔选址或

为输电线路选线；房地产代理商可利用这种图像让顾客预先了解未来房产及其周围环境的情况等。

类似的应用领域举不胜举。

特别是对于大比例尺地图的绘制、灾害的监测评估和构筑数字城市，它具有巨大的应用潜力。

我国已开始将伊克诺斯卫星图片应用到地图绘制、土地利用、城市地籍管理、海岸带环境监测、地理信息提取和建立测绘信息数据库等方面。

显然，各级政府机构也是高分辨率卫星图片的一大用户。

例如美国路易斯安那州已同空间成像公司接触，想取得其全州的5米分辨率图像。

位于丹佛西边的科罗拉多州杰斐逊县是一个发展很快的地区。

该县已同空间成像公司签署合同，正在用数字式卫星图像数据库替换原有的航拍图片档案。

新的数据库每年都可更新，卫星图片甚至可每几天就更新一次。

卫星遥感的好处是过境2〜3次就可把全县尽收眼底，而使用飞机要飞30次。

在具体的应用中，高分辨率商业遥感卫星图像要和航拍照片、全球定位系统（GPS）、地理

信息系统（GIS）、计算机处理和互联网结合起来。

对高分辨率卫星图像市场的预测，目前还存在许多不确定因素。

有人预测比较乐观，预测它在2005年的销售收入就会达到25亿美元；但也有人预测则比较悲观，如弗罗斯特与沙利文公司的预测称，卫星遥感图像的销售收入，到2005年也将仅有4.2亿美元，约为航空遥感收入的1/10。

美国国会80年代中期曾试图把民用的陆地卫星系统转变成私营项目，但没有成功。

法国斯波特图像公司在过去13年中靠销售10米全色图像，成功地建立起了自己的市场，但其1998年的收入仅有4600万美元，只相当于航空遥感市场的一小部分。

实际上，伊克诺斯卫星图片的数据量大、成像宽度窄和价格较贵，可能会妨碍它的广泛应用。

但随着计算机处理能力的不断提高和互联网的迅速推进，以及激烈的市场竞争，高分辨率商业遥感卫星的图像一定会取得更广泛和更深入的应用。

高分辨率商业遥感卫星图像的军事价值

上述美国高分辨率商业遥感卫星公司的许多高层管理人员，曾长期在美国航天界和情报界供职，例如，空间成像公司首席执行官科普尔曾长期在E系统公司从事保密项目的管理，公司总裁哈里斯则曾任美国侦察办公室（NRO）主任；原轨道成像公司董事长拉伊长期在空军供职，曾担任过里根总统国家安全委员会负责航天与情报项目的主任，现任董事长也是空军退役少将。

出现这种情况，一方面说明，高分辨率卫星遥感技术长期掌握在美国军方手中；另一方面也说明，从高分辨率商业遥感卫星的图像中，也可获取有价值的军事情报，其商业应用要和政府的有关部门协调。

实际上，从这些图像中可以发现导弹和大炮，识别部队，确认机场和导弹基地，监测兵力的集结和动态变化，制作大比例尺的军用地图和选择军事行动的路线等。

2000年年初，美国的一家网站曾公布了用伊克诺斯卫星获得的我国在离台湾800公里内所有军用机场的照片，弓I起了国内外的广泛关注。

显然，商业遥感卫星公司初期的很大一部分业务，将来自美国的情报部门。

美国国家图像测绘局（NIMA）计划在今后五年中用1亿美元来买商业遥感图像。

美国NRO正在大力研究如何为军事指挥官，提供由侦察卫星图像和商业卫星图像融合的产品。

他们支持发展高分辨率商业遥感卫星的原因之一，是他们这样做，可以专心致力于发展其价值达数十亿美元、用于侦察关键目标的卫星系统。

当然，没有空间侦察能力的一些国家，也会购买高分辨率的图像，用以维护其国家安全。

与美国NRO的照相侦察卫星相比，伊克诺斯卫星的能力显然要差。

美国侦察卫星的分辨率可达到0.3米量级，但它们的图像处在严格的保密控制之下。

而空间成像公司的图片，按该公司首席执行官科普尔的说法，该卫星可以对世界上任何地方进行拍照，只要用户要求，什么样的照片都可以提供。

不过事情并非那么简单。

克林顿政府在PDD-23法令中规定，政府“在国家安全或国际义务或外交政策会遭到损害期间”，可以要求商业遥感系统限制数据的采集和分发；并把“快门控制权”交给了商务部长;同时要求商务部长在做出决定前必须同国务卿和国防部长磋商，如三人意见不统一，则交由总统定夺。

这项规定的用意是要保护在海外执行海湾战争一类的作战任务的美国军队。

法令颁布后，美国商务部下属的国家海洋与大气管理局一直在制订正式的许可证发放规定，以使该项法令有具体的实施细则。

但由于种种原因，规定的发布时间一再推迟。

在1999年的科索沃冲突中，美国军方曾提出是否要对空间成像公司的第一颗伊克诺斯卫星进行限制，后来伊克诺斯1发射失败了，这一问题才没有再提。

美国新闻媒体目前也已开始利用高分辨率照片，报道战场或灾区的情况。

他们也反对政府限制商业遥感卫星，声称这种“快门控制”政策不符合“言论自由”的精神，并表示在出现这种情况时将诉诸法律。

不过，在亲以色列势力的游说下，美国国会已经介入此事，并于两年以前通过了限制拍摄以色列照片的一项法律，要求美国公司拍摄的以色列照片的分辨率，不能高于市场上可以买到的非美国卫星拍摄的图像。

其实，美国政府真正担心的是一些商业卫星准备采用雷达和超频谱遥感器等更先进的技术，为此正在试图对一些先进技术制订更加严格的限制。

美国NRO的“长曲棍球”雷达成像侦察卫星，可穿过云层和在黑夜实施侦察。

迄今为止，

美国在雷达成像方面仍领先于其他国家，而且也不希望因为商业卫星的发展而丢掉这一优势。

轨道成像公司的母公司一一轨道科学公司，就是因为美国政府的反对，而丢掉了为加拿大制造“雷达星2”的合同。

该星可以达到3米的全天候分辨率，高于美目前对商业雷达卫星5米分辨率的限制。

在这种情况下，那项卫星平台合同被意大利的阿列尼亚宇航公司拿走，但轨道成像公司仍保留着销售“雷达星2”图像的权利。

轨道图像公司根据美国空军的要求，在其“轨道观察4”卫星上，将携带一台8米分辨率的超光谱遥感器，以获取目标的详细化学特征。

该公司的总裁声称，公司自己将采取控制措施，保证不把图像销售到恐怖主义分子的支持者或“不把美国利益放在心上的任何人”手中。

实际上，在美国“9.11事件”之后，美国采用了购买专买权来对高分辨率商业卫星的图像进行控制。

这种做法更能适合局部战争的需要而不必引起质疑。

2001年10月11日，美国国家图像测绘局与空间成像公司签订了一项协议，购买伊克诺斯卫星在阿富汗战区上空拍摄的所有图像的专买权，每个月向空间成像公司支付190万美元。

同时，印度也与美军分享新发射的“技术试验卫星”拍摄的阿富汗战区的高分辨率图像。

实际上，世界上还有不少国家也正在研制性能很高的遥感卫星。

比如，俄罗斯已经在销售其2米级的图像，并可能不久就会推出1米的图像。

在这种情况下，除非所有掌握遥感卫星的国家都愿意就某种限制达成一致，否则“快门控制”的做法就很难取得好的效果，而且还会损害美国和其他国家的经济利益。

任何一个有良好商业前景的行业，在形成之初都会遇到若干波折。

尽管高分辨率商业遥感卫星目前还存在着某些技术、经济和控制等问题，但从目前的应用来看，它的前景将十分诱人。

近年来，互联网的迅速普及，已为数字型图像产品的分发提供了一条理想的途径。

我们相信随着卫星遥感技术的不断发展，以市场为导向的高分辨率商业遥感卫星，肯定会取得应有的发展，并与那些政府资助的遥感卫星一起，为“数字地球”的建设和人类社会的可持续发展，作出应有的贡献。

责任编辑：

欣然