商用高分辨率衛(wèi)星及其產(chǎn)品特點(diǎn).doc

商用高分辨率衛(wèi)星及其產(chǎn)品特點(diǎn) 1972年首顆民用遙感衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，全世界有13個(gè)國(guó)家的21個(gè)政府機(jī)構(gòu)和私營(yíng)企業(yè)投資數(shù)十億美元，用于發(fā)展和經(jīng)營(yíng)地球觀測(cè)衛(wèi)星。而高分辨率遙感衛(wèi)星由于具有廣泛的應(yīng)用前景而引起了世界各國(guó)的重視。在民用方面，它們可用于制圖、建筑、采礦、城市規(guī)劃、土地利用、資源管理、農(nóng)業(yè)調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、新聞報(bào)道和地理信息服務(wù)等諸多領(lǐng)域；在軍事上，它們可用于情報(bào)收集、國(guó)防監(jiān)測(cè)、變化檢測(cè)、精確制圖和目標(biāo)指引等方面，以及跟蹤部隊(duì)集結(jié)和武器部署等軍事活動(dòng)。因此，世界上許多國(guó)家都在積極研制高分辨率遙感衛(wèi)星。 1 世界主要高分辨率衛(wèi)星1994年，美國(guó)政府頒布PDD23號(hào)令，允許私營(yíng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)圖像分辨率不高于1m的高分辨率遙感衛(wèi)星系統(tǒng)，并有條件地允許向國(guó)外提供衛(wèi)星系統(tǒng)和銷售圖像，從而在美國(guó)掀起了一個(gè)經(jīng)營(yíng)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星的浪潮。1993年以來(lái)，美國(guó)商務(wù)部已經(jīng)向12個(gè)公司發(fā)放了經(jīng)營(yíng)高分辨率遙感衛(wèi)星的許可證，具體見表1。到目前為止，這些高分辨率衛(wèi)星中有4顆發(fā)射失敗，2顆正常運(yùn)行，已經(jīng)向全球提供高分辨率遙感數(shù)據(jù)。除美國(guó)之外，世界其他國(guó)家提出的高分辨率衛(wèi)星計(jì)劃還有不少，如以色列的EROS衛(wèi)星系統(tǒng)，德國(guó)的DAVID衛(wèi)星，印度的IRSP5、P6，日本的信號(hào)收集衛(wèi)星，中國(guó)臺(tái)灣的中華衛(wèi)星2和俄羅斯的SPIN2衛(wèi)星等。這些衛(wèi)星計(jì)劃在5年內(nèi)發(fā)射。隨著1m分辨率衛(wèi)星的成功發(fā)射和運(yùn)營(yíng)，商業(yè)高分辨率衛(wèi)星又將邁上一個(gè)新臺(tái)階。2000年12月，美國(guó)商務(wù)部批準(zhǔn)了太空成像公司和數(shù)字全球公司經(jīng)營(yíng)0.5m分辨率商業(yè)成像衛(wèi)星的許可證申請(qǐng)，開展了第2代高分辨率衛(wèi)星的研制。新一代衛(wèi)星能夠提供0.5m分辨率全色圖像和2m分辨率多光譜圖像。這種圖像更適合于城市公用設(shè)施網(wǎng)和電信網(wǎng)的精確繪制、道路設(shè)計(jì)、設(shè)施管理、國(guó)家安全，以及需要高度詳細(xì)、精確的視覺(jué)和位置信息的其他應(yīng)用。目前，太空成像公司的第2代衛(wèi)星正進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，預(yù)計(jì)在2004年發(fā)射；數(shù)字全球公司已對(duì)其快鳥2衛(wèi)星進(jìn)行改造，以獲取0.5m分辨率圖像；成像衛(wèi)星國(guó)際公司將其后續(xù)衛(wèi)星EROSB1的分辨率由0.8m提高到0.5m。2 典型的高分辨率遙感衛(wèi)星及其產(chǎn)品特點(diǎn)2.1 艾科諾斯衛(wèi)星及其產(chǎn)品現(xiàn)在軌運(yùn)行的艾科諾斯2(IKONOS2)衛(wèi)星為太空成像公司擁有，是1999年9月24日由洛馬公司的雅典娜2運(yùn)載火箭從范登堡空軍基地發(fā)射的。在此之前，雅典娜2火箭曾在同年4月27日發(fā)射了艾科諾斯1衛(wèi)星，但因火箭整流罩分離問(wèn)題致使衛(wèi)星未能入軌。艾科諾斯2衛(wèi)星由洛馬公司制造，運(yùn)行在高度為675km、傾角98.2o的太陽(yáng)同步極軌道上，其全色（黑白）圖像空間分辨率優(yōu)于1m，多光譜圖像分辨率可達(dá)3.28m。這樣的分辨率要優(yōu)于法國(guó)初期的太陽(yáng)神偵察衛(wèi)星（全色分辨率為2m）。表1 已獲美國(guó)發(fā)放商業(yè)遙感衛(wèi)星許可證的公司 公 司 系 統(tǒng) 發(fā)證日期發(fā)射日期備 注 地球觀測(cè) （EarthWatch） “晨鳥” （EarlyBird） 1993-01-041997-12-24衛(wèi)星失效。地球觀測(cè)公司現(xiàn)名數(shù)字全球公司 地球觀測(cè)衛(wèi)星 （EOSAT） 1993-06-17 EOSAT已由太空成像公司收購(gòu) 太空成像 （LMC） “艾科諾斯” （IKONOS） 1994-04-221999-04-27 1999-09-24IKONOS1 發(fā)射失敗 IKONOS2 運(yùn)行 軌道成像 （Orbimage） 軌道觀測(cè)1 軌道觀測(cè)3 軌道觀測(cè)4 1994-05-051995-04-03 2001-09-21發(fā)射失敗 軌道觀測(cè)2 1994-07-011997-08又叫SeaStar衛(wèi)星地球觀測(cè) （EarthWatch） “快鳥” （QuickBird） 1994-09-022000-11-20 2001-10-19Quickbird1 失敗 Quickbird2 運(yùn)行 AstroVision 1995-01-23 GDE系統(tǒng)成像公司 (GDE Systems Imaging) 1995-07-14 后由鮑爾宇航公司 （BAE）獲得摩托羅拉 （Motorola） 1995-08-01 波音（Boeing） 資源21 (Resource21)1996-05-16 CTA公司 1997-01-09 RDL空間公司 1998-06-16 STDC 1999-03-26 后由ESSI獲得艾科諾斯2衛(wèi)星入軌后拍攝的圖像，因?yàn)槠淝逦雀?，已得到了廣泛的贊譽(yù)，就連原來(lái)對(duì)高分辨率商業(yè)遙感項(xiàng)目的可行性持懷疑態(tài)度的人也不得不嘆服。一位前美國(guó)偵察局官員曾認(rèn)為，如果政府的圖片購(gòu)買量不足50%，商業(yè)遙感公司將難以維持生存，而現(xiàn)在他已放棄了這種觀點(diǎn)。艾科諾斯2衛(wèi)星每天繞地球飛行14圈，每3天就可以以0.8m的分辨率對(duì)地面上的任何一個(gè)區(qū)域進(jìn)行一次拍攝。若降低分辨率，它每天都可以重訪一次同一區(qū)域。衛(wèi)星在其軌道的下降部分實(shí)施成像。目標(biāo)的坐標(biāo)被輸入到一臺(tái)計(jì)算機(jī)化的排序系統(tǒng)中，而該系統(tǒng)則通過(guò)地面站將任務(wù)安排上行傳送給衛(wèi)星。艾科諾斯2衛(wèi)星上的相機(jī)裝置質(zhì)量為170kg，功率為350W，由長(zhǎng)期向美國(guó)偵察局提供尖端光學(xué)設(shè)備的柯達(dá)公司制造。相機(jī)望遠(yuǎn)鏡的分辨率相當(dāng)于10m的攝遠(yuǎn)鏡頭。衛(wèi)星上的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡裝置沿地面上11km寬的條帶獲取圖像，并將其反射到數(shù)字成像遙感器上。全色和多光譜成像遙感器陣列安裝在一個(gè)焦平面裝置中，可把光轉(zhuǎn)換成像元。焦平面裝置中還裝有模擬信號(hào)處理器，可把射到每個(gè)像元上的光轉(zhuǎn)換成數(shù)碼。隨后一臺(tái)數(shù)字處理裝置將對(duì)數(shù)字化的圖像進(jìn)行壓縮和格式化，以便傳送回地面。艾科諾斯2衛(wèi)星目前在美國(guó)的阿拉斯加州、俄克拉荷馬州、科羅拉多州的索頓，以及瑞典和希臘都設(shè)有地面站。太空成像公司的控制中心和總部也設(shè)在索頓。今后幾年內(nèi)該公司還將在世界各地再建設(shè)十幾座地面站，其中有些站將由已購(gòu)得艾科諾斯2衛(wèi)星圖片在特定地區(qū)的使用和銷售權(quán)的地區(qū)性下屬公司所有和經(jīng)營(yíng)。由于衛(wèi)星的圖像是數(shù)字式的，所以處理和交付都很方便，只需24小時(shí)就可交到用戶手中。2.2 快鳥2衛(wèi)星及其產(chǎn)品快鳥2衛(wèi)星屬于數(shù)字全球公司，它于2001年10月19日由波音公司的德爾他2火箭發(fā)射成功，并投入運(yùn)營(yíng)。2000年12月，數(shù)字全球公司得到了美國(guó)商務(wù)部的許可，發(fā)射和運(yùn)營(yíng)0.5m分辨率的遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。該公司立刻修改?quot;快鳥衛(wèi)星的原設(shè)計(jì)，降低了軌道高度，從而把衛(wèi)星的全色圖像分辨率從1m提高到0.61m，多光譜圖像分辨率從4m提高到2.5m。該衛(wèi)星的設(shè)計(jì)可以使其在較低的軌道上運(yùn)行，其攜帶的燃料足以保證設(shè)計(jì)壽命不減少。這使得快鳥2成為目前世界上分辨率最高的商用衛(wèi)星?？禅B2衛(wèi)星可以同時(shí)拍攝全色和多光譜圖像，也可以提供自然彩色和彩色紅外合成圖像。每次過(guò)頂可以拍攝連續(xù)10景圖像或者22景圖像的面積。年拍攝能力為7107km2。2002年2月開始提供商業(yè)圖像。該衛(wèi)星的主要參數(shù)見表2。數(shù)字全球公司的全色、多光譜和彩色產(chǎn)品可進(jìn)行大多數(shù)的圖像分類和分析。不論用戶進(jìn)行復(fù)雜的圖像分析還是只將其作為背景圖像，其豐富的信息都增加了各種應(yīng)用的價(jià)值。用戶用4波段、2.8m分辨率多光譜圖像進(jìn)行圖像分類和分析，而用0.7m分辨率的全色、自然彩色和近紅外彩色圖像進(jìn)行目視解譯，或用于GIS和制圖的背景數(shù)據(jù)。數(shù)字全球公司的產(chǎn)品可用于城市規(guī)劃、應(yīng)急反應(yīng)和管理、農(nóng)業(yè)、電信、森林、水資源和廢水管理、地籍、自然資源管理、工程選址、環(huán)境評(píng)估和道路用地監(jiān)測(cè)等。數(shù)字地球公司的圖像可與下列系統(tǒng)相兼容：GIS、制圖系統(tǒng)、柵格數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件、遙感和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)、普通文字處理和標(biāo)準(zhǔn)TIFF格式支持的圖像應(yīng)用。數(shù)字全球公司提供3個(gè)級(jí)別的圖像產(chǎn)品：基礎(chǔ)圖像，標(biāo)準(zhǔn)圖像和正射圖像。標(biāo)準(zhǔn)圖像和正射圖像可以生成0.7m分辨率的自然彩色（藍(lán)、綠、紅波段）圖像和彩色紅外（綠、紅和近紅外波段）圖像。表2 快鳥2衛(wèi)星主要參數(shù)軌道參數(shù) 軌道高度450km，周期98s，降交點(diǎn)地方時(shí)10：30幅寬/km16.5 定位精度/m優(yōu)于23(水平方向) 優(yōu)于17(垂直方向)遙感器分辨率/m“全色” 0.61(星下點(diǎn)) 0.76(偏離，星下點(diǎn)25處) “多光譜” 2.5(星下點(diǎn)) 3.04(偏離，星下點(diǎn)25處) 光譜段/nm450900 藍(lán)色：450520綠色：520600紅色：630690近紅外：760890(1) 基礎(chǔ)圖像產(chǎn)品 基礎(chǔ)圖像只經(jīng)過(guò)最基本的處理，帶有相應(yīng)的相機(jī)模型數(shù)據(jù)，適應(yīng)于立體圖像處理或復(fù)雜的攝影測(cè)量處理。根據(jù)經(jīng)輻射校正，幾何、光學(xué)和傳感器畸變調(diào)整。全色圖像分辨率根據(jù)成像位置不同為0.610.72m，而沒(méi)有重采樣到0.70m；同樣，多光譜圖像分辨率在2.42.8m，未經(jīng)重采樣到2.8m。由于未經(jīng)幾何校正，像元分辨率在不同位置也是變化的，在像底點(diǎn)要優(yōu)于其他位置。每景圖像成像面積大致為16.5km16.5km。(2) 標(biāo)準(zhǔn)圖像產(chǎn)品 標(biāo)準(zhǔn)圖像產(chǎn)品適用于需要適當(dāng)精度或較大覆蓋的用戶。標(biāo)準(zhǔn)圖像產(chǎn)品的用戶往往擁有豐富的遙感圖像處理工具和處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)圖像進(jìn)行各種用途的處理和分析。 標(biāo)準(zhǔn)圖像產(chǎn)品經(jīng)過(guò)輻射校正、傳感器和平臺(tái)畸變校正，以一定的投影方式成圖。標(biāo)準(zhǔn)圖像全色產(chǎn)品分辨率為0.70m，多光譜圖像產(chǎn)品有4波段2.8m分辨率圖像和3波段0.7m分辨率圖像。絕對(duì)定位精度優(yōu)于7m（均方根誤差，RMSE）。標(biāo)準(zhǔn)圖像以平方