《卫星比武》资源卫星

《卫星比武》资源卫星用于勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层，发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构，能普查农作物、森林、海洋、空气等资源，预报各种严重的自然灾害。资源卫星利用星上装载的多光谱遥感设备，获取地面物体辐射或反射的多种波段电磁波信息，然后把这些信息发送给地面站。由于每种物体在不同光谱频段下的反射不一样，地面站接收到卫星信号后，便根据所掌握的各类物质的波谱特性，对这些信息进行处理、判读，从而得到各类资源的特征、分布和状态等详细资料，人们就可以免去四处奔波，实地勘测的辛苦了。资源卫星分类与起源资源卫星分为两类：一是陆地资源卫星，二是海洋资源卫星。陆地资源卫星以陆地勘测为主，而海洋资源卫星主要是寻找海洋资源。资源卫星一般采用太阳同步轨道运行，这能使卫星的轨道面每天顺地球自转方向转动1度，与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都能观测，又能使卫星在每天的同一时刻飞临某个地区，实现定时勘测。世界上第一颗陆地资源卫星是美国1972年7月23日发射的，名为“陆地卫星1号”。它采用近圆形太阳同步轨道，距地球920公里高，每天绕地球14圈。卫星上的摄像设备不断地拍下地球表面的情况，每幅图象可覆盖地面近两万平方公里，是航空摄影的140倍。世界上第一颗海洋资源卫星也是美国于1978年6月发射的，名为“海洋卫星1号”。它装备有各种遥测设备，可在各种天气里观察海水特征，测绘航线，录找鱼群，测量海浪、海风等。资源卫星示例资源卫星能够预报森林火灾，管理水利资料，测绘地图，估计农作物的产量，测量冰河的移动及大气与海洋污染等。现今更可用于帮助动物学家观测如北极熊等野生动物的生活习性。法国的史波特卫星（SPOT）1986年2月法国成功的发射第一颗SPOT卫星（SPOT-1），1990年1月再发射第二颗SPOT-2。1993年8月SPOT-1停止使用，9月底再次成功的发射SPOT-3卫星，但不幸于1996年11月失去联络，随后SPOT-1重新启用。SPOT系列卫星为太阳同步卫星，平均航高832公里，轨道与赤道倾斜角°，绕地球一圈周期约分，一天可转圈，每26天通过同一地区，SPOT卫星一天内所绕行的轨道，在赤道相邻两轨道最大距离2823。6公里，全球共有369个轨道。SPOT-1-3卫星上有两组HRV（HighResolutionVisible）感测器，每一组感测器分别拥有多光谱态（XS）及全色态（PAN）两种模式。多光谱之三个波段分别为绿光段（XS1：–），红光段（XS2：–）与近红外光段（XS3：–），而全色态的波长范围则在–。每一组HRV之每一波段皆有6000个CCD。其中全色态每一个CCD对应一个像元，多光谱态每一像元由两个CCD之资料相加平均而组成。每一组HRV之视野角（FieldofView）为度。SPOT-4号卫星于1998年3月24日发射升空，其最大的特点在于新增的短波红外线波段（SWIR，Short-WaveInfrared），以及一个专用于地表植被分析研究的仪器VI（VegetationInstrument）。新的SWIR波段有助于对地物景观进行较以往更深入的分析判读，SWIR波段比原有的波段（绿光/红光/近红外光），具备更强的大气穿透能力，因此可使得卫星影像上的地物地貌更加清晰。藉由SWIR波段更高的亮度对比特性，地表的水线和湖泊等均可以鲜明锐利地呈现出来。此外，土壤与植物的湿度亦能从此波段之灰阶亮度中分析出，可以更容易地达成有关土壤种类判释和植被农作物生长阶段的监控。SPOT-5号卫星于2002年5月4日发射升空，拥有3种光学仪器分别为两个HRG，VI，以及HRS。其中VI与SPOT-4相同，而每一个HRG仪器分别拥有两个全光谱影像（HM），一个多光谱影像（HI），以及一个短波红外线波段（SWIR）影像。其中，HM有12000个CCD空间解析度为5公尺，HI有6000个CCD空间解析度为10公尺，而SWIR则有3000个CCD空间解析度为20公尺。若利用两组HRG感测器同时拍摄HM资料，再经过影像融合处理可以提升其空间解析度到公尺，称为超解像模式（Supermode）影像，而像幅宽度仍维持为60公里，是目前中高解析度卫星中，幅宽最广之卫星资料。此外，在定位精度方面，过去SPOT-1~4卫星利用载体轨道参数所得到之绝对定位误差约为1000公尺，而SPOT-5卫星利用StartTracker与DORIS系统进行姿态与轨道位置之定位，在未使用地面控制点且为平坦地形之绝对定位精度已可提高到50公尺。另外，HRS为立体观测感测器，专为制作数值地形模型而设计，其拍摄范围为120公里（宽）x600公里（长），拍摄方式为同轨立体，如图所示，以便获取相同大气状况之立体影像。其空间解析度为10公尺（AcrossTrack）x10公尺（AlongTrack），并且在沿轨道方向重复取样（OverSampling）5公尺。由于此感测器之观测视角固定为40度，使得基线航高比（B/H）可高达，加上高精度之轨道参数，在平坦地形且未使用地面控制点之情况下，所制作之数值地形模型其定位精度约可达15公尺。福尔摩沙卫星二号（FORMOSAT-2）福尔摩沙卫星二号（福卫二号）已于2004年5月21日成功发射，为我国第一个自主性遥测与科学卫星，是由国家实验研究院国家太空计画室所主导，为国家太空计画第一期十五年计画中之主要任务之一。福尔摩沙卫星二号具有资源探测与科学研究双重任务，其资源探测任务是以满足台湾地区之需求为主，其每日再访率与高空间解析度的设计，是福尔摩沙卫星二号优于其他商业遥测卫星的地方。其应用领域可包含土地利用与变迁，农林规划，环境监控，灾害评估以及科学研究与教育等方面，预期将带动国内遥测技术之开发及提升遥测应用之层级。福尔摩沙卫星二号，其质量约为750公斤（含酬载及燃料），轨道高891公里，属于太阳同步卫星。轨道面固定，每日通过台湾海峡上空，具左右各45°之倾斜拍摄之能力。每日绕地球飞行14圈，地面轨迹（GroundTrack）将通过台湾海峡上空，可一次拍摄八分钟的资料。其全色态解析度在0°~45°之倾角下约为2~公尺，在飞行方向则约为2~3公尺。多光谱态有四个波段，即蓝光段，绿光段，红光段及近红外光段，具8公尺解析度，扫瞄宽度为24公里。福尔摩沙卫星二号之摄影模式为卫星本体旋转（BodyRotation）同步取样方式，可以向前，向后观测方式进行立体摄影，以进一步获取数值地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）资料。欧洲资源卫星（ERS-1/2）欧洲太空总署（EuropeanSpaceAgency，ESA）于1991年7月发射ERS-1卫星，于1995年又发射ERS-2卫星。目前仅余ERS-2卫星仍在运作。ERS-1及ERS-2是以太阳同步轨道运行，轨道高度约为785公里，轨道倾斜角约为°，轨道周期目前是以35天为一周期运作。其上所酬载之合成口径雷达影像（SAR）系统，是以23°入射角斜视地面物摄取雷达回波资料，扫瞄轨迹宽约为100公里，其一幅影像大小约为100公里×100公里，解析度约为30公尺，扫瞄轨迹中心距离卫星轨道投影中心约为294公里。美国大地卫星五号（Landsat5）Landsat5于1984年3月1日升空，亦为太阳同步地球资源卫星，在赤道上空705公里，高度运转倾斜角为度。每次约上午9点42分，由北向南南越赤道，绕地球一圈周期约分，每天绕行约14圈，每16天扫瞄同一地区。全球共有233个轨道，以Landsat所定义之全球参考系统（WRS）表示，定为Path，Row座标系，台湾地区处Path117-118，Row42-45。Landsat扫瞄覆盖地面每一像幅（SCENE）约185Km×170Km，扫瞄一个像幅约费时秒，在赤道附近相邻两张影像重叠量为百分之，愈向两极重叠愈多，在台湾地区重叠约百分之14。LandsatTM（ThematicMapper）有7个波段，其中1-5和7的IFOV（InstantaneousFieldofView）为43μrad相当地面解析力30公尺×30公尺（为可见光及近红外光），波段6的IFOV为170μrad，6相当地面解析力为120公尺（为热红外光波段）。TM以垂直飞行方向做来回扫瞄，扫瞄张角为度，相当地面185公里宽，每个像幅有5996行扫瞄线，每行有6320像点。1993年十月间发射失败的Landsat6，主要之特色为另添单色ETM（EnhancedThematicMapper）感测器，地面解析度达15公尺×15公尺，是由美国EOSAT公司负责操作，美国将于1996发射Landsat7号取代之。GPS卫星：原是美国国防部为了军事定时，定位与导航的目的所发展，希望以卫星导航为基础的技术可构成主要的无线电导航系统，未来并能满足下一个世纪的应用。第一颗GPS卫星在1978年发射，首十颗卫星称为BLOCKI试验型卫星，从1989年到1993年所发射的卫星称为BLOCKII/IIA量产型卫星，第二十四颗BLOCKII/IIA卫星在1994年发射后，GPS已达到初步操作能力（InitialOperationalCapability，IOC），24颗GPS卫星提供全世界24小时全天候的定位与导航资讯。美国空军太空司令部于1995年4月27号宣布GPS已达到完整操作能力（FullOperationalCapability），将BLOCKI卫星加以汰换而24颗卫星全部为BLOCKII/IIA卫星，之后又发射四颗BLOCKIIA及一颗BLOCKIIR卫星，成功地满足军事实务的操作。主动卫星：加拿大「Radarsat」卫星加拿大雷达卫星（Radarsat）于1995年11月发射，倾角度，轨道高度为790公里，其为商用及科学用的雷达系统，主要探测目标为冰河，同时还考虑到陆地成像，以便应用于农业，地质等领域。该系统有5种波束工作模式，即：坽标准波束模式，入射角20°49°，成像宽度100公里，距离及方位解析度为25mx28m；夌宽辐射波束，入射角20°40°，成像宽度及空间解析度分别为150公里和28mx35m；奅高解析度波束，三种参数依此为37°48°，45公里及10mx10m；妵扫描雷达波束，该模式具有对全球快速成像能力，成像宽度大（300公里或500公里），解析度较低（50mx50m或100mx100m），入射角为20°49°；妺试验波束，该模式最大特点为入射角大，且变化幅度小49°59°，成像宽度及解析度分别为75公里及28mx30m。长曲棍球（LACROSSE/VEGA）雷达成像侦察卫星系列-其设计寿命8年，倾角57~68度，轨道高度为670~703公里，雷达的几何解析度为30cm~3m。其酬载之合成孔径雷达能以标准，宽扫，精扫及试验等多种波束模式对地面轨迹两侧的目标成像，这些不同的波束模式各有各的独特用途。前两颗卫星以标准模式成像时解析度为3m，以精扫模式成像时解析度为1m，而后两颗改进型卫星的精扫模式解析度已提升至30cm。中国资源卫星系列中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准，在中国资源一号原方案基础上，由中、巴两国共同投资，联合研制的卫星（代号CBERS）。并规定CBRES投入运行后，由两国共同使用。资源一号卫星（CBERS-1）于1999年升空，它是我国第一代传输型地球资源卫星，星上三种遥感相机可昼夜观测地球，利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站，经加工、处理成各种所需的图片，供各类用户使用。CBERS-02星是01星的接替星，其功能、组成、平台、有效载荷和性能指标的标称参数等与01星相同。02星于2003年10月21日在太原卫星发射中心发射升空，经在轨测试后于2004年2月12日投入应用运行。目前02星仍在轨道上正常运行。目前，资源一号卫星02星数据网上免费分发，用户可以申请使用。中国资源二号卫星是传输型遥感卫星，主要用于国土资源勘查、环境监测与保护、城市规划、农作物估产、防灾减灾和空间科学试验等领域。中国曾于2000年9月1日和2002年l0月27日分别发射这个型号的01星和02星。这两颗卫星至今仍在轨正常运行，已发回了大量数据。2004年11月6日上午，中国自行研制的“中国资源二号”03星在太原卫星发射中心由“长征”四号乙运载火箭送入太空。03星的总体性能和技术水平与前两颗相比，有了改进和提高。今后一段时间内，太空将呈现“中国资源二号三星高照”的态势。资源卫星在什么轨道它们通常运行在太阳同步轨道上。那么什么是太阳同步轨道？这种轨道又有什么好处？太阳同步轨道的理论定义是：轨道平面进动方向与地球公转方向大致相同，进动角速率等于地球公转平均角速率（度/日或360度/年）的人造地球卫星轨道。其实，说简单一点，就是能保证卫星每天以相同方向经过同一纬度的当地上空的轨道。因为，我们知道，卫星运行的周期是由的处的轨道决定的，因此，这样的轨道是可以确定的。选择太阳同步轨道，能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区，这当然便于我们获得最好的太阳光条件，从而得到高质量的地面目标图像，这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。茫茫星空，有心人会发现，有些卫星几乎总是在同一时刻出现的天空中的同一位置，奇怪吗？其实一点也不奇怪，因为它们处在地球同步轨道上。所谓地球同步轨道，就是沿这个轨道走一圈所需的时间恰好与地球自转的周期（23小时56分4秒）相同。也许有人会说，那么如果走得速度快慢不一，那得到的时间不也就不同了吗。其实，按照天体运行规律，每条轨道上运行的物体的速度是固定的。因此，不用担心会出现时间上的不一致性。那么，地球同步轨道有什么用呢？设想一下，如果我们想每天监视地球上的同一个地方，我们的卫星该放在哪儿？当然是地球同步轨道。再如象俄罗斯，它处于高轨地区，常用的静止轨道卫星无法覆盖，如果想实现卫星通信，地球同步轨道是再好的选择。事实上，俄罗斯的“闪电”通信卫星也正是这样选择运行轨道的。地球资源卫星的原理地球资源卫星是一种中等高度的”太阳同步卫星”，它的近地点是905公里，远地点是918公里，所以轨道是近于圆形的；每103．267分钟它就由北向南，又由南而北地围绕．地球一周，一天要转14圈，每隔25秒钟就“拍”一张相片。不过，在地球背着太阳的那一面，它又会自动不“拍照”，你看，一天它该拍多少照片呀！因为地球是自转的，103分钟内恰好向东转了°，这就等于卫星也向西跑了°，°有多远？地球的赤道周长是40075．24公里。也就是说，每隔103分钟，卫星就要在上一条轨道以西2875公里（指赤道附近，近两极两条轨道的距离当然要缩短）拍照。在这段时间内，太阳由东向西也移动了°，卫星的轨道移动的距离正好和太阳一致了，所以把地球资源卫星称作“太阳同步卫星”。按照设计，卫星通过赤道的时间都是当地时间上午9点30分，这正是阳光最柔和，最适合摄影的时间。地球资源卫星每18天，转251圈以后，就把地球各个部分都拍摄完了；然后再从第一条轨道开始工作，每18天就可以得到同一地区的相片。地球资源卫星上带有两种“摄影”仪器（称为传感器），一是反光束导管电视摄像仪，类似电视摄像机；另一种是多光谱扫描仪，能把地面反射上