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国外遥感卫星现状简介夏亚茜（北京空间科技信息研究所）遥感卫星已在国民经济、社会发展和国家安全中发挥着不可或缺的作用。其应用领域包括气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城 市规划、地图测绘以及军事侦查和战场评估等方方面面。其数据与信息已经成为国家的基础性 和战略性资源。随着全球经济的迅速发展，地球环境和地球资源正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。space international / 国际太空2012.921技术综述 1 民用遥感卫星系统当前国 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、欧洲航天局（esa）的“欧洲遥感卫 星”（ers）和俄罗斯的资源dk（resursdk）卫星等。美国“陆地卫星”系统“陆地卫星”系统是美国对地观测体系内进行 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 。 “ 陆 地 卫星”已发展了四代，第一代为陆地卫星13， 第二代为陆地卫星4、5，第三代为陆地卫星6、7，第四代为陆地卫星8 （即将发射）。经过历代 发展，“陆地卫星”技术水平稳步提高并初步实现商美国第一代“陆地卫星”外形图业化运营，目前在轨卫星为陆地卫星5、7（陆地 卫星6 发射失败）。2 0 1 1 年1 1 月1 8 日，陆地卫星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， 连续收集了30多年的卫星数据面临中断的风险。1）陆地卫星5属于第二代“陆地卫星”，卫 星主要有效载荷为专题制图仪（tm），多光谱成像 仪（mss）为次级有效载荷（目前已失效）。2 ）陆地卫星7 属于第三代“陆地卫星”， 卫 星 主 要 有 效 载 荷 为 增 强 改 进 型 专 题 制 图 仪 （etm+），卫星设计寿命5年，每天能提供900幅 图像。增强改进型专题制图仪为一台8谱段扫描辐射 计，有两个焦平面，一个用于全色、可见光和近红外 谱段，另一个利用有源制冷机保持在91k温度，用于 短波红外和热红外谱段。3）刚刚研制完毕的“陆地卫星数据连续任务”（ldcm）发射后将更名为陆地卫星8，属于第四 代“陆地卫星”，采用sa200hp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。其主要有效载荷为实时传输业务陆 地成像仪（oli）和热红外探测器（tirs）。专题制图仪载荷性能指标实时传输业务陆地成像仪幅宽1 8 5 km，全色分 辨率15m，其他谱段30m，量化值12bit。热红外探测器用于热红外谱段成像。4）“陆地卫星”的数据向全球免费开放。 2008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“陆 地卫星”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，美国环境系统研究所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。space international / 国际太空2012.922参数指标质量/kg258功耗/w332望远镜尺寸200m110cm70cm光学系统rc光学系统，口径40.6cm谱段/个7分辨率/m30，热红外120视场（幅宽）/（）7.2（185km）量化值/ bit8图像定位精度/m无地面控制点500技术综述 美国第二代“陆地卫星”外形图美国第三代“陆地卫星”外形图增强改进型专题制图仪成像性能2011年5月3日，美国环境系统研究所在摄影 测量与遥感学会年会上公布了第一个版本的浏览器 （cha n gema tte rs）。该浏览器允许用户免费访问 “陆地卫星”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。法国“斯波特”卫星系统“斯波特”卫星项目最初由法国国家空间研究 中心（cnes）于1978年提出，用于全球连续高分辨率光学成像。目前，“斯波特”卫星系统已经发展成 一个全球性网络，得到广泛应用，并且通过斯波特成 像公司（spot image）实现商业化运营。增强改进型专题制图仪性能指标“斯波特”系列卫星共发展了四代，第一代为 斯波特13，第二代为斯波特4，第三代为斯波特5卫星，第四代为斯波特6、7。另外，法国还发展了军民两用光学成像卫星“昴宿星”（pleiades），计划发射2颗，第1颗已于2011年12月17日发射，分辨率0.7m，可拓展系统的 分辨率水平。目前，法国正在发展第四代的斯波特6、7， 计划2012年和2013年发射，至少运行到2023年。斯波特6、7携带的主要有效载荷为新型天体 卫星 平台 模块化 设备 （n aomi） ，由 阿斯特 留姆 （astrium）公司研制。space international / 国际太空2012.923参数指标尺寸相机1.5m0.7m2.5m，电子设备 模块0.4m0.7m0.9m质量/kg相机298，电子设备模块103，线缆20功耗/w590光学系统r-c光学系统，口径40.6cm，f/6谱段/个8分辨率/m15（全色），60（热红外），30（其他）幅宽/km185量化值/bit9（记录），8(传输)图像定位精度/m400（无地面控制点）编号谱段/nm探测器/个分辨率/m1450520（可见光，蓝）16302530610（可见光，绿）16303630690（可见光，红）16304780900（近红外）1630515501750（短波红外）163061040012500（热红外）860720902350（短波红外）16308520900（全色）3215技术综述 资源p卫星是俄罗斯萨马拉进步国家科研生产空 间 中 心 正 在 研 制 的 新 一 代 遥 感 卫 星 ， 该 卫 星 计 划2012年下半年发射，用于替换超期服役的资源dk 卫星。资源p 卫星将运行在高度475km、倾角 97. 3的近圆形太阳同步轨道。设计寿命57年， 采 用6 个工 作频段 ， 全色分 辨率 0 .4 0 .6 m， 多光 谱分辨率为2 3 m，信息传输能力从实时到1 2 h 不 等，与资源dk相比，性能明显提高。资源p 卫 星是俄罗斯2025年前空间对地观测系统发展纲 要和20062015年俄联邦航天计划确定的重 要项目。法国第一代第三代“斯波特”卫星比较2 商业遥感卫星系统斯波特6、7性能指标1984年，美国通过了第一个联邦遥感条例 陆 地 遥 感 商 业 法 案 ， 开 启 了 遥 感 卫 星 商 业 化 的大 门 。 卫 星 遥 感 系 统 只 有 实 现 商 业 化 和 产 业 化 才 有 出路。高分辨率商业遥感卫星应用前景广阔，是当前 各个国家研究开发的重点之一。商业遥感卫星已经成为国家基础性、战略性资源，广泛应用于精确制图、 城市规划、土地利用、资源管理、环境监测和地理信俄罗斯资源dk卫星对地成像分辨率优于3m：30俄罗斯资源dk卫星系统资源dk卫星是俄罗斯最新一代民用高分 辨率成像卫星，全色分辨率优于1 m，是目前俄 罗斯在轨的最高分辨率传输型成像卫星。卫星系 统在满足民用遥感应用的同时也进行了商业化运 营，向全球销售高分辨率遥感卫星图像。另外， 俄罗斯军事部门也利用其进行军事侦察。资源 dk卫星是俄罗斯对地观测系统的主干，后续任务 注重提升卫星技术能力。space international / 国际太空2012.924参数指标谱段/nm全色：450745 绿：530590 近红外：760890 蓝：450520 红：625695分辨率/m全色：2 多光谱：8成像模式单景、条带、立体幅宽单景：60km60km条带：600km（最长）图像定位精度/m10观测范围最大：45获取能力/(km2/d)2.2106斯波特-1，2，3 斯波特-4 斯波特-5技术综述 资源dk卫星性能指标多光谱红：600700；多光谱近红外：700800远地点：1.5（星下点），1.7（侧摆30）俄罗斯资源dk卫星模型space international / 国际太空2012.925参数指标轨道360km604km（倾角70.4）质量/kg6570，其中有效载荷1200尺寸7930mm（长）2720mm（直径），太阳电池翼跨度14m寿命/年5姿态控制能力/（）0.003姿态敏捷能力可30侧摆（星下点两侧448km）光学系统折射式光学，口径0.5m，焦距4m，相对孔径f/8谱段/mm全色：580800；多光谱绿：500600探测器36000个像元，像元尺寸9m传输驱动程序接口级数可在128、64、32、16、8间选择数据量化/bit10全色分辨率/m近地点：0.9（星下点），1（侧摆30）多光谱分辨率/m23幅宽/km近地点：28.3（星下点），40（侧摆30）图像定位精度/m100存储容量/gbit768数传速率/（mbit/s）300技术综述 美国艾科诺斯2卫星示意图息服务等领域，是各国最主要的地理空间信息获取装备，可带来巨大的军事和经济效益。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 地球之眼（geoeye）公司2012年7月23日，数字全 球（digital globe）与地球之眼公司宣布通过了一份 最终的合并协议，数字全球公司收购了地球之眼公司 的地球之眼1、艾科诺斯2（ikonos2）卫星和 轨道观测2（orbview2）卫星，以及数字全球公 司的快鸟2（quickbird2）卫星、世界观测1、2（worldview1、2）。（1）艾科诺斯2卫星艾科诺斯2 卫星于19 9 9年9 月2 4 日发射，运 行在高度为6 81 km、倾角9 8.1 的太阳同步圆轨 道，轨道周期98min，降交点地方时为10：30。全 色分辨率达到0.82m，多光谱分辨率3 .2 8m，天底 点标称成像幅宽11.3km。单景标称成像模式图像尺 寸1 1 .3 km1 1 .3 km，连续条带成像模式图像尺寸 11.3km100km。无地面控制点时，图像定位精度12m，1m分辨率时平均重访周期约3天，2.7m分辨 率时平均1天重访一次。（2）快鸟2卫星2001年发射的快鸟2卫星运行在轨道高度为 4 5 0 k m、 倾 角 9 8 的 太 阳 同 步 圆 轨 道 ， 轨 道 周 期93.4min，降交点地方时为10：30。450km标称轨 道上全色分辨率达到0 .6 1 m，4 谱段多光谱分辨率 2 .4 4 m，幅宽1 6 .5 km；侧摆2 5 时，全色分辨率 0.72m，多光谱分辨率2.88m。（3）地球之眼1卫星地球之眼1卫星发射于2008年9月6日，运行在 轨道高度为681km、倾角98的太阳同步轨道，轨 道周期98min，降交点地方时为10：30。全色分辨率 达到0.41m，4谱段多光谱分辨率1.64m，天底点标 称成像幅宽15.2km。主要载荷为“地球之眼成像系 统”相机（gis），三镜消像散镜组，口径1.1m，焦 距13.3m。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）；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）。space international / 国际太空2012.926技术综述 2010年10月，地球之眼公司与洛马公司签署合同研制地球之眼2 卫星。地球之眼2卫星分辨率 高达0.25m，预计于2013年发射。意大利“宇宙-地中海”（cosmo-skymed）是意大利航天局（asi）和意大利国防部联合开发的一个军民两用x频段雷达卫星星座。每颗卫星带有合成孔径雷 达有效载荷，能够对全球范围进行全天候高分辨率成美国地球之眼1卫星示意图（4）世界观测2卫星2009年10月8日发射的世界观测2卫星运行在轨道高度为770km、倾角97. 8的太阳同步轨道， 轨道周期100min，降交点地方时为10：30。天底点 全色分辨率为0.4 6m，多光谱分辨率1 .84 m，幅宽 1 6 .4 k m ， 重 访 时 间 1 .1 天 。 主 要 载 荷 为 w v 1 1 0 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。无地面控美国快鸟2卫星展开图制点时，图像定位精度可达到4.610.7m。（5）新一代高分辨率陆地卫星2 0 1 0 年 8 月 ， 美 国 国 家 地 理 空 间 情 报 局 （nga）签署了价值7 3亿美元的“增强图像” （en h a n c e dvi e w ）项目。数字地球公司与地球之 眼公司（这2个公司现已合并）分别获得38亿美元和35. 5亿美元的合同，合同有效期10年，向国家地理 空间情报局提供增强成像产品，包括研制和运行下一 代高分辨率商业成像卫星世界观测3卫星和地球之眼2卫星。2010年9月，数字地球公司与鲍尔公司签署合同建造世界观测3卫星。世界观测3卫星可获取8频段多光谱高分辨率图像，预计于2014年发射。美国世界观测2卫星展开图space international / 国际太空2012.927技术综述 像。卫星主要为意大利政府提供军民用卫星雷达遥感图像，同时依据协议也为法国政府提供军用图像。另 外还采取商业运行模式为外界提供商业遥感图像。“宇宙-地中海”星座由4颗卫星组成，采用分步 部署策略，星座中所有卫星都位于同一轨道面上，标 称情况下各卫星等间距部署，现已全部发射。目前， 意大利正在论证第二代“宇宙 -地中海”卫星系统， 预计20132014年开始发射，计划加入欧洲“多国 天基成像系统”（musis）。德国2007年6月15日发射的“陆地合成孔径雷达-x”（terrasar-x）卫星是德国民用和商用的高分辨率 雷达成像卫星，最高分辨率优于1m，广泛应用于农 业和林业管理、地质调查、海事监测和制图，在军事 侦察领域也具有非常高的应用潜力。“陆地合成孔径雷达-x”卫星是世界首个高精度 干涉合成孔径雷达卫星系统，该系统的正式运行推动 雷达双星干涉测绘技术的业务应用阶段转化。陆地合 成孔径雷达 卫星系统 由“陆地 合成孔 径雷 达 -x”和“ 陆地 合成 孔径雷 达 -x附加数 字高 程 测量”卫星（tande m -x ，2010年6月21日发射） 组成 ， 绝对 高程 精度 优 于1 0 m ，相 对高 程精 度优 于2m，空间分辨率12m。印度印度在测绘和雷达成像卫星方面积极突破，能 力不断提升。1）其寓军于民的发展高分辨率专用测绘系列卫 星 ， 分 辨 率 不 断 提 高 。 印 度 当 前 在 轨 时 高 分 辨 率 成 像卫星有制图卫星1、2、2a和2b（cartosat1、2、2a和2b）。目前正在研制制图卫星3，全色 分 辨率 0 .3 m， 4 谱段 多光 谱分 辨率 1 .2 m， 幅宽 约10km。2）印度已发射了军民两用雷达成像卫星，完善 其遥感手段。其雷达成像卫星1 （risat 1 ）于 2012年4月26日升空，有效载荷为c频段合成孔径雷 达，成像模式为精分辨率条带模式1和2（frs1 和2）、中分辨率扫描模式（mrs）、低分辨率扫描 模式（crs）和高分辨率聚束模式。加拿大雷达卫星2（radarsat2）是全球第一颗采用多极化方式的商业雷达卫星，多种极化方式使用户 选择更为灵活，最高3m的分辨率也使其成为世界上 最 先 进 的 民 用 高 分 辨 率 合 成 孔 径 雷 达 卫 星 之 一 。 该 卫星于2007年12月14日成功发射，用于确保雷达卫 星1用户的数据连续性，从而加强加拿大卫星对地 观测数据的商业应用开发。有效载荷模块包括合成孔径雷达仪器，合成孔 径 雷 达 天 线 和 为 实 现 计 时 、 有 效 载 荷 控 制 、 信 号 分 发、信号探测、温度控制和数据存储以及x频段下行 链路等功能的具体支持设备。意大利“宇宙-地中海”卫星示意图德国“陆地合成孔径雷达-x”和“陆地合成孔径雷达-x附加数字高程测量”卫星编队飞行示意图space international / 国际太空2012.928技术综述 加拿大雷达卫星2外形图其他国家近几年，越来越多的国家对高分辨率遥感卫星 提 出 需 求 ， 沙 特 、 泰 国 、 马 来 西 亚 、 西 班 牙 、 阿 联 酋、阿尔及利亚等国均发射了自己的高分辨率遥感卫 星，智利、哈萨克斯坦、越南等国家也正在发展其高 分辨率遥感卫星。这些国家均通过由别国提供关键技 术的方式来研制和发射本国的高分辨率遥感卫星，其 中欧洲的阿斯特留姆公司是遥感卫星市场上最大的承 包商。是 一 项 全 球 性 国 际 合 作 项 目 ， 它 将 地 球 作 为 一 个 整体，利用不同轨道的众多卫星装载多种遥感器进行观 测，提供有关地球大气、海洋和陆地的综合数据，供 多学科综合研究。截至2010年12月，“地球观测系统”共发射了20颗卫星（含2颗失败），获取了大量的地球科学数 据。根据美国国家科学研究委员会（nrc）建议的 地球科学卫星项目，美国航空航天局对“地球观测系 统”计划进行了补充，未来计划主要集中在气候变化 研 究 、 全 球 降 水 测 量 、 海 洋 地 形 探 测 等 领 域 ， 预 计2020年后完成整个系统组建。欧洲全球环境与安全监测（gmes）计划欧洲全球环境与安全监测计划由空间、现场观 测、数据集成和信息管理、应用与运营服务四个部分3 国外大型综合遥感卫星系统美国“地