国外遥感卫星发展现状解剖.docx

1、国外遥感卫星发展现状解剖国外遥感卫星发展现状1前言卫星遥感技术是上世纪60年代蓬勃发展起来的一门集多维、多平台、多层次的立体化观测的综合性探测技术。近年来全球经济的迅速发展，地球环境和地球资源已经成为综合国力发展和国家间竞争较量的焦点。为此，各国都非常重视遥感卫星的发展，并不断拓宽相关应用领域，促进空间遥感产业化发展，并取得了越来越显著的社会效益和经济效益，卫星遥感正进入一个新的发展高潮。随着遥感卫星的数量的不断增加，遥感卫星应用业务规模的也在不断壮大。当前国外民用遥感卫星系统主要有：美国的“陆地卫星”（Landsat）系统、法国的“斯波特”（SPOT）系统、欧空局的“欧洲遥感卫星”（ERS）

2、、加拿大“雷达卫星”（Radarsat）和俄罗斯的“资源-DK”（Resurs-DK）卫星等。国外的遥感卫星发展相对成熟，单以分辨率来说：1971年发射的美国KH-9号侦察卫星就达到了2英尺(0.6米)分辨率，后继的KH-11和KH-12更有0.15米甚至低于0.1米的分辨率；2010年6月发射的以色列的地平线9号分辨率低于0.5米，2009年发射的日本的光学3号分辨率也到0.6米。在商业遥感卫星领域，2001年的Quickbird-2号就做到了0.61米全色分辨率，后来的Geoeye-1达到了0.41米分辨率，WorldView-1/2也做到了0.46米分辨率，WorldView-3达到了最

3、高商业分辨率0.31米。国外主要民用遥感卫星资源如表 11所示。表 11 国外主要遥感卫星参数国家卫星波段波长(m)空间分辨率（m）扫描宽度(km)重访周期(天)美国Landsat5Landsat7123456780.45-0.52蓝色0.52-0.60绿色0.63-0.69红色0.76-0.90近红外1.55-1.75短波红外10.4-12.5热红外2.08-2.35短波红外0.5-0.9全色（L7增）3030303030120/60301518516法国SPOT-1、3、4XS1XS2XS3XS4PA0.50-0.59绿色0.61-0.68红色0.78-0.89近红外1.58-1.75短波

4、红外0.61-0.68全色20202020106026天侧视27度编程接收法国SPOT-5XS1XS2XS3XS4PA0.50-0.59绿色0.61-0.68红色0.78-0.89近红外1.58-1.75短波红外0.49-0.69全色101010202.5/56026天侧视27度编程接收美国IKONOS2123450.45-0.53蓝色0.52-0.61绿色0.64-0.72红色0.77-0.88近红外0.45-0.90全色4444111.31-3美国QUICKBIRD123450.45-0.52蓝色0.52-0.60绿色0.63-0.69红色0.76-0.90近红外0.45-0.90全色2.

5、442.442.442.440.6116.51-6加拿大RADARSAT多极化方式标准宽幅超低超高精细100*10050*511*93*350-500编程接收变轨周期灵活美国EOS/MODIS极轨36通道0.4-14.4 高光谱250500100023301-2美国WorldView-1Pan全色：400-9000.45/0.51(测摆20)161.7天（1m以上分辨率）5.9天（侧摆20，0.51m）美国WorldView-2PanMS1MS2MS3MS4MS5MS6MS7MS8400-900全色770-895近红外1630-690红色510-580绿色450-510 蓝色705-745红色

6、边缘585-625黄色400-450海岸860-1040近红外2全色：0.46/0.52(侧摆20)；多光谱：1.8/2.4(侧摆20)16.41.1天（1m以上分辨率）3.7天（侧摆20，0.52m印度IRS-P6(Resourcesat-1)LISS-IVLISS-IIIAWIF5.8m23.5m56m多光谱23.9km(70km内可调)；PAN70km；141km(LISS-III),737km(AWIF)5d(LISS-IV)23d(LISS-III)5d(AWIF)印度IRS-P5(Cartosat-1)2.5m29.42km（前视）26.24km（后视）重访周期5d，重复周期126

7、d美国GeoEye-10.41m（星下点全色）0.5m（侧视28全色）1.65m（星下点多光谱）星下点15.2 km；单景225 k(1515 km)2-3d2美国美国是商业高分辨率遥感卫星发展较早的国家，因此，高分辨率商业卫星系统也是美国民用遥感的重要组成部分美国目前在轨的高分辨率遥感卫星系统主要包括数字全球公司（GigitalGlobe）的GeoEye-1、Ikonos-2和Orbiew-2卫星，以及Quickbird-2、Wordview-1、Wordview-2、Wordview-3卫星。另外美国还有中分辨率遥感卫星美国陆地卫星系统系列，以及EOS（Earth Observation

8、System）卫星系列，公开发布数据和产品。2.1地球观测系统（EOS）EOS（Earth Observation System）卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。第一颗EOS的上午轨道卫星于1999年12月18日发射升空，发射成功的卫星命名为TERRA（拉丁语“地球”的意思），主要目的是观测地球表面。EOS卫星轨道高度为距地球705公里，第一颗上午轨道卫星（Terra）过境时间为地方时11：30am左右，一天最多可以获得4条过境轨道资料。Modis是搭载在Terra和Aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过X波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使

9、用的星载仪器，全球许多国家和地区都在接收和使用Modis数据。Modis是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器，有36个离散光谱波段，光谱范围宽，从0.4微米（可见光）到14.4微米（热红外）全光谱覆盖，辐射分辨率达12bits。共有36个光谱波段，地面分辨率为250m、500m和1000m，扫描宽度为2330km，可每两天覆盖全球一次。Modis载荷的特性使之成为研究地球科学最佳的首选数据源。该数据可以广泛应用于陆地科学、海洋科学和大气科学。其中在陆地科学的应用涉及：土地利用变化、土地覆盖、植被指数、地表温度、旱涝灾害监测、雪盖监测、荒漠化监测等，它可以提供三种类型的陆地产品：辐射收支

10、变量（地表反射/大气校正算法、地表温度（LST）和发射率、冰雪覆盖、二向性反射分布函数（BRDF）与反照率）、生态系统变量（植被指数（VI）、叶面积指数(LAI)和部分光合活动辐射（FPAR）、植被产品，净初级生产力（NPP）、蒸发蒸腾与表面阻抗）、土地覆盖变量（火点与热异常、土地覆盖、植被覆盖变化、土地利用变化）；在海洋科学中的应用涉及：洋面温度（SST）、洋面射出长波辐射、洋面固态悬浮物浓度、洋面叶绿素通量浓度等多种海洋水色信息、海洋地理生化信息和各种环境变量。在大气科学中的应用涉及：大气可降水量、云粒子、云边界、云顶温度与高度、大气温度、O3含量和气溶胶分布等多种大气参数。通过对陆地、海

11、洋和大气科学的研究，进而加深对三者之间的作用的了解，从而将地球作为一个整体进行研究。这将使人们能够更好地认识和理解地球系统的变化规律，鉴别人类活动在其中的影响，预测地球系统的未来。2.2美国陆地卫星系统（Landsat）美国对地观测体系中分辨率遥感的主要系统，主要用于陆地资源调查和管理、水资源调查和管理、测绘制图等。历经3代发展（Landsat1-7），技术水平稳步提高并初步实现商业化运营，目前在轨为Landsat-5和Landsat-7。该系统连续收集了30多年的卫星数据面临中断的风险，2011年11月18日，Landsat-5由于星上放大器装置性能问题，已经导致图像下传能力严重降低。200

12、8年，美国内务部部长在美国环境系统研究所（ESRI）的国际用户会议上宣布，所有存档的Landsat图片都将免费向公众开放，其中包括全球陆地测绘（GLS）数据集。2010年，ESRI宣布这些图像数据将通过“ArcGIS在线”免费使用，同时还创建了网络地图和交互式网络应用。2011年5月3日，美国环境系统研究所（ESRI）在摄影测量与遥感学会年会上公布了第一个版本的ChangeMatters浏览器。该浏览器允许用户免费访问Landsat卫星近30年左右的全球卫星数据，并帮助用户分析某一特定时间内的地表变化情况。图 21 Landsat系列卫星发展历程Landsat-5属于第二代陆地卫星，卫星主要有

13、效载荷为主题制图仪（TM），多光谱扫描仪（MSS）为次级有效载荷（目前已失效）。Landsat-7属于第三代陆地卫星，卫星主要有效载荷为增强主题制图仪改型（ETM+），卫星设计寿命5年，每天能提供900幅图像。下一代Landsat卫星Landsat-8，即陆地卫星数据连续任务（LDCM），采用SA-200HP平台，轨道高度705km，太阳同步近圆轨道，设计寿命5年，预计2012年底发射。主要有效载荷为业务型陆地成像仪（OLI）和热红外遥感器（TIRS）：a.OLI为一台推扫相机，成像谱段与ETM+相似，增加了一个海岸气溶胶谱段（1号谱段）和一个卷云探测谱段（9号谱段），但去除了热红外谱段。OL

14、I幅宽185km，全色分辨率15m，其他谱段30m，量化值12bit；b.TIRS为一台基于量子阱红外探测器（QWIP）的遥感器，专用于热红外谱段成像。TIRS中心波长为10.8m和12m，焦平面由3个640512的QWIP面阵组成，工作温度为43K。2.3轨道观测卫星（OrbView）OrbView遥感地球图像卫星系列是由美国的Orbimage公司(现在的GeoEye公司)研制的。体积小、圆盘形的OrbView-1(MicroLab-1)1995年发射，一直运行到2000年4月。OrbView-2在1997年发射，由NASA的SeaWiFS仪器传送海色遥感数据。OrbView-4在2001年

15、9月21日金牛座运载火箭发射失败后就失踪了。OrbView-3属于提高分辨率地球图像的第一批商业卫星。基于轨道科学公司的近地轨道星的星体设计，三轴稳定，圆柱形的OrbView-3卫星顶端有一个太阳能电池阵列，能够提供625瓦的电能。星体结构分成三部分(推进装置，核心部分和有效载荷)。OrbView-3上的成像装置可以提供1米分辨率的全色(黑色和白色)图像和幅宽8公里4米分辨率的多光谱图像。卫星在上午10：30穿过地球降交点。再次穿过赤道的周期少于三天。2007年3月4日，卫星成像系统发生故障，4月23日宣布OrbView-3全部损耗。Orbimage公司的OrbView-3卫星是世界上最早提供

16、高分辨率影像的商业卫星之一。卫星主要技术参数如下表所示。表 21 OrbView-3主要技术参数OrbView-5，现在重新命名为GeoEye-1，已于2008年发射。2.4伊克诺斯卫星（IKONOS）IKONOS卫星于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰 度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷,更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。a.轨道高度681km、倾角98.1，太阳同步圆轨道，轨道周期98min，降交点地方时为上午10：30，重访周期为3天，可从卫

17、星直接向全球12个地面站传输数据；b.星下点全色分辨率达到0.82m，多光谱分辨率3.28m，天底点标称成像幅宽11.3km；c.单景标称成像模式图像尺寸11.3km11.3km，连续条带成像模式图像尺寸11.3km100km；d.无地面控制点时，图像水平定位精度12m，垂直精度10m；e.1m分辨率时平均重访周期约3天，1.5m分辨率重访周期1.5天，2.7m时平均1天重访一次。2.5地球眼-1卫星（GeoEye-1）GeoEye-1是美国的一颗商业卫星，原名OrbView-5，于2008年9月6日从美国加州范登堡空军基地发射。GeoEye-1不仅能以0.41米黑白(全色)分辨率和1.65米

18、彩色(多谱段)分辨率搜集图像，而且还能以3米的定位精度精确确定目标位置。因此，一经投入使用，GeoEye-1将成为当今世界上能力最强、分辨率和精度最高的商业成像卫星。包括GoogleEarth、GoogleMap、Tom Clancys H.A.W.X等软件及游戏都使用了该卫星的地球照片。GeoEye-1详细参数如下：a.轨道高度681km、倾角98，太阳同步圆轨道，轨道周期98min，降交点地方时为上午10：30；b.全色分辨率星下点达到0.41m（28侧视时0.5m），4谱段多光谱分辨率1.64m，天底点标称成像幅宽15.2km；c.主要载荷为“地球眼成像系统”相机（GIS），三镜消像散镜

19、组，口径1.1m，焦距13.3m，f/12；d.无地面控制点时，卫星单景图像的水平定位精度5m（90%圆误差/CE90）；立体图像的水平定位精度4m（90%圆误差），垂直定位精度6m（90%线性误差/LE90）；e.每天单景全色成像面积可达700,000 k，每天单景全色多光谱融合成像面积可达350,000 k；f.目标重访周期为3天（最短1天）；g.设计寿命7年，燃料充足可达15年；h.数据下传速率740Mbps（X-band）。2.6快鸟-2卫星（QuickBird-2）QuickBird-2卫星由美国DigitalGlobe公司于2001年10月18日发射，具有很高的地理定位精度。a.轨

20、道高度450km、倾角98，太阳同步圆轨道，轨道周期93.4min，降交点地方时为上午10：30；b.450km标称轨道上全色分辨率达到0.61m，4谱段多光谱分辨率2.44m，幅宽16.5km；侧摆25（最大）时，全色分辨率0.72m，多光谱分辨率2.88m；c.量化位数：11bitd.主要载荷为鲍尔高分辨率相机-60（BHRC-2000），三镜消像散镜组，口径0.6m，焦距8.8m；e.一次过顶最大成像区域16.5km115km，每轨成像最大数据量为331Gbit；f.重访周期：16天（70cm分辨率，取决于纬度高低）；g.无控定位精度：24m。2.7世界观测卫星（WorldView-1/

21、2）Digitalglobe的新一代商业成像卫星系统由两颗(WorldView-1和WorldView-2)卫星组成。WorldView-1于2007年9月18日发射后成为全球分辨率高、响应敏捷的商业成像卫星。该卫星将运行在高度450公里、倾角980、周期93.4min的太阳同步轨道上，平均重访周期为1.7天，星载大容量全色成像系统每天能够拍摄多达50万平方公里的0.5米分辨率全色图像，成像幅宽17.6公里，像元位深11bit。卫星还将具备现代化的地理定位精度能力（6.5m）和极佳的响应能力，能够快速瞄准要拍摄的目标和有效地进行同轨立体成像。WorldView-2于2009年10月9日发射，使

22、Digitalglobe公司能够为世界各地的商业用户提供满足其需要的高性能图像产品。星载多光谱遥感器不仅将具有4个业内标准谱段（红、绿、蓝、近红外），还将包括四个额外（海岸、黄、红边和近红外2）。多样性的谱段将为用户提供进行精确变化检测和制图的能力，由于WorldView卫星对指令的响应速度更快，因此图像的最短周转时间（从下达成像指令到接收到图像所需的时间）仅为几个小时而不是几天。WorldView-2具体参数如下：a.轨道高度770km、倾角97.8，太阳同步圆轨道上，轨道周期100min，降交点地方时为上午10：30；b.天底点全色分辨率为0.46m，多光谱分辨率1.84m，幅宽16.4k

23、m，像元位深11bit，重访时间优于1.1天；c.主要载荷为WV-110相机，增加了8个多光谱谱段，三镜消像散镜组，光学口径1.1m，焦距13.3m，提供视场1.28；d.无地面控制点时图像定位精度可达到4.610.7m；e.一次过顶最大成像区域为65.6km110km，立体模式下为48km110km。每轨成像最大数据量为524Gbit。2.8下一代高分辨率陆地卫星2010年8月，美国国家地理空间情报局（NGA）签署了价值73亿美元的增强视野合同（Enhanced View）。数字地球公司（DigitalGlobe）与地理眼公司（GeoEye）分别获得38亿美元和35.5亿美元的合同，合同有效

24、期10年，向NGA提供增强成像产品，包括研制和运行下一代高分辨率商业成像卫星Worldview-3卫星和GeoEye-2卫星2010年9月，DigitalGlobe公司与Ball公司和ITT公司签署合同建造Worldview-3卫星。Worldview-3卫星可获取16波段多光谱高分辨率图像，分辨率0.3米。2010年10月，GeoEye公司与洛克希德马丁公司签署合同研制GeoEye-2卫星。GeoEye-2卫星分辨率高达0.25m。2012年底，DigitalGlobe并购GeoEye公司，GeoEye-2和 Worldview-3纳入统一发射规划。3欧盟3.1法国SPOT卫星系统法国SPO

25、T卫星系统历经3代发展，目前在轨为SPOT-4和SPOT-5。图 31 SPOT系列卫星发展历程SPOT4于1998年3月发射，它增加了一个短波红外波段(1.58-1.75um)；把原0.61-0.68um的红波段改为0.49-0.73um包含“红”的波段，并替代原全色波段，可以产生分辨率10m的黑白图像和分辨率20m的多光谱数据；增加了一个多角度遥感仪器，即宽视域植被探测仪Vegetation(VGT)，用于全球和区域两个层次上，对自然植被和农作物进行连续监测，对大范围的环境变化、气象、海洋等应用研究很有意义。VGT被设计为垂直方向的空间分辨率1.15km，扫描宽度2250km，可见光一短波

26、红外波段0.43-1.75um共5个波段。它们为蓝波段0.43-047um、绿波段0.50-0.59um、红波段0.61-0.68um，近红外波段0.79-0.89um、短波红外波段1.58-1.75um。SPOT4中的VGT和HRVs将使同一区域有可能同时获得较大范围的粗分辨率数据和小范围的细分辨率数据。SPOT5于2002年5月4日发射，星上载有2台高分辨率几何成像装置(HRG)、1台高分辨率立体成像装置(HRS)、1台宽视域植被探测仪(VGT)等，空间分辨率最高可达2.5m，前后模式实时获得立体像对，运营性能有很大改善，在数据压缩、存储和传输等方面也均有显著提高。表 31 SPOT系列卫

27、星参数对比目前法国正在研制部署SPOT系列卫星后续任务，保持数据连续性，巩固光学卫星在欧洲的领先地位，第4代SPOT卫星SPOT-6和SPOT-7卫星，分别计划于2012年和2014年发射，寿命预期为十年。SPOT6和SPOT7结构类似于Pleiades卫星，轨道高度也为694公里，两星位于同一轨道面，相位差为180度，降交点地方时为10:00，具备30侧摆能力。卫星全色影像分辨率1.5m，多光谱影像分辨率6m，成像幅宽60km。3.2法国Pleiades卫星系统“昴宿星”卫星（Pleiades）是法国在SPOT之后研制部署的又一型号高分辨率卫星。“昴宿星”（Pleiades）星群由 Plei

28、ades-1和Pleiades-2组成，Pleiades-1卫星已于2011年12月发射，业已投入运营。Pleiades是一种便捷、灵巧的高分辨率光学遥感卫星。为了适应对地观测的发展的需要，Pleiades对卫星进行全新的设计，对传感器也进行了较大的调整，一方面继续保持了SPOT系列卫星在波段设置、立体成像、星座运行等方面的特点，另一方面在空间分辨率、观测灵活性以及数据获取模式等方面进行重新设计，使Pleiades卫星成为未来5年内具有较高技术水准和较强竞争力的对地观测遥感卫星。在卫星的下行数据通道设置方面，Pleiades卫星有3个X波段的下行数据通道，每个通道的传输率为150Mbps，总传

29、输速率为450Mbps。同时，扩大了星上记录仪的容量，达到750Gb，是SP0T-5卫星星上存储容量的8倍，能够保存约250景图像数据。表 32 Pleiades卫星主要参数（发射前公布的参数）表 33 Pleiades卫星主要参数（发射后公布的参数）指标项参数空间分辨率0.5m全色2m多光谱光谱波段全色:480-830nm蓝:430-550nm绿:490-610nm红:600-720nm近红外:750-950nm影像定位精度带地面控制点：1m无地面控制点：3m(CE90)幅宽标准：20km20km条带模式(镶嵌的)：100km100km立体像对：20km280km3.3意大利地中海周边观测小

30、卫星星座系统（Cosmo-Skymed）意大利军民两用“地中海周边观测小卫星星座系统”（Cosmo-Skymed）高分辨率雷达卫星星座由4颗卫星组成，是由意大利航天局和意大利国防部共同研制。目前4颗卫星已全部在轨运行。在COSMO一代卫星星座之后，还将发射6颗COSMO二代卫星星座。Cosmo-Skymed星座，主要有效载荷为SAR-2000合成孔径雷达，可提供分辨率高达1m的雷达数据，满足1:5000和1:10000的比例尺制图要求；具有多种成像方式，5种分辨率；4颗卫星组成星座，成像重访能力高；另外，卫星星座还具备干涉测量和极化测量的能力。干涉测量：采用双星前后相（Tandem）串行干涉测量模式，两颗卫星成像间隔20秒，轨道平面相差0.08度，获取的干涉像对具有很好的相干性，其所生产的DEM具有较好的精度。极化测量：采用条带成像双极化模式（PINGPONG），获取空间分辨率15m，幅宽大于30km的多极化数据，利用多极化数据可进行彩色合成，大大提高了地物的识别能力。图 32 Cosmo-Skymed星座配置Cosmo-Skymed星座标称轨道高度619.6km，倾角97.86，太阳同步圆轨道，周期97.19min，升交点地方时为早上6:00。卫星数据产品技术主要指标如下：表 34 Cosm