国内外遥感卫星发展动态

测绘技术装备 季刊 第3卷 2001年第2期 测绘动态 3 国内外遥感卫星发展动态 梁家琳 (西安测绘研究所 710054) 摘 要 了展望。 关键词 分类号 本文对国内外对地观测遥感卫星的发展动态进行了探讨和分析，并对遥感卫星今后的发展趋势作 遥感卫星 高分辫率 P237 1 前言 (MSS)和专题成像仪(TM)，并且还增加了全色谱 卫星遥感技术是快速、全面、精确地测定全球地 段。 形，搜集目标定位数据以及战略武器制导的最有效手 Landsat - 7的空间分辨率分别为15米((ETM+ 段。遥感获取的数据可在GIS或专家系统的支持下， 全色谱段)、60米(ETM+热红外谱段)，以及 30米 为地形测绘、环境监测和资源勘查等提供信息服务; (ETM+其它谱段)，在世界上已发射的民用对地观测 也可转化为数字化战场所需的军事地理信息，是军事 卫星中，“陆地卫星”热红外谱段的空间分辨率最高。 指挥自动化系统的基础。 “陆地卫星”遥感器的优点是光谱覆盖范围大、谱 2 国内外遥感卫星发展动态 段扩展能力强和扫描带较宽;缺点是体积和重量较 在1986年以前，世界上只有美国和苏联拥有长 大。但Landsat - 7是美国国家航空航天局(NASA) 期在轨的高分辨率成像卫星(用于军事领域)。高分辨 实施的“陆地卫星”计划中的最后一颗，它的发射标志 率成像卫星应用于民用是从 1986年法国发射SPOT 着一个“大型昂贵的Landsat系列对地观测卫星时代 卫星开始的。1995年，印度、加拿大和以色列等三国 行将结束”。NASA下一步将发展较小、较便宜、研制 先后发射了此类卫星;1999年和2000年美国和以色 周期较短的对地观测卫星。 列又陆续发射了小型的高分辨率成像卫星。 在大型对地观测系统中，Landsat - 7现在的最 我国于 1999年发射中巴地球资源卫星，这为我 大竞争对手是法国的SPOT-4卫星。 国研制更高水平的对地遥感卫星奠定了基础。 2. 2 法国的SPOT卫星 下面按卫星发射的先后顺序介绍国内外遥感卫 法国的SPOT卫星系列由于采用了长线阵CCD 星的发展动态。 探测器而成为对地观测的重要手段，其图像在国际上 2.1 美国的“陆地卫星” 销售量很大，在世界卫星图像市场上居领先地位。 美国的“陆地卫星”(Landsat)是世界上最早发射 SPOT-1于1986年发射，1998年 3月发射了该系 的对地遥感卫星，第 1颗于 1972年发射，1999年 4 列的第四颗卫星(SPOT-4). 月15日发射的Landsat - 7是第三代“陆地卫星”。 SPOT系列卫星在遥感器类型及采用的技术等 这些卫星在遥感器类型及采用的技术等方面具 方面具有很强的继承性，光学遥感器采用推扫工作方 有很强的继承性，光学遥感器采用机械扫描工作方 式，其10米分辨率的全色图像曾在海湾战争中战场 式;但也采用了不少新技术，在许多方面作了改进，空 测绘制图发挥了重要作用;不足之处是光谱覆盖范围 间分辨率逐渐提高。 较小，成像幅宽也较窄。 Landsat-7最主要的特点是用再增强型专题成 SPOT-4在短时间内可重复观测，并且可进行 像仪(ETM+)代替了前两代卫星上的多谱段扫描仪 立体观测。其最大主顾是美国空军，因为导弹和战斗 万方数据 4 测绘技术装备 季刊 第 3卷 2001年第 2期 测绘动态 机的制导需要高质量的数字地形模型。 最多、系统最为复杂的一颗卫星。 法国准备在2001年发射SPOT-5 (3000公斤， 这颗技术难度大的卫星其主要技术和设备都是 2. 5米分辨率)后，由重量只有约 500公斤的小卫星 我国研制和开发的，星上的成像传感器为:CCD相机 取代。 (20米分辨率)、红外多光谱扫描仪((80-160米分辨 2. 3 印度IRS遥感卫星系列 率)，以及宽视场成像仪(260米分辨率)。 印度IRS系列被认为是世界上最好的民用遥感 中巴地球资源卫星的主要特点是，用一颗星上的 卫星系列之一，首颗IRS卫星于1988年发射。 CCD相机和红外相机分别覆盖了 SPOT卫星上 IRS系列卫星上的光学遥感器采用推扫工作方 HRV(高分辨率可见光遥感器)和Landsat卫星上 式，在谱段设置及采用的技术等方面具有很强的继承 TM 的主要谱段。1年多的运行表明，它所取得的可 性，且空间分辨率逐渐提高。 见光和红外遥感数据与90年代国外同类卫星水平相 目前在轨运行的IRS-IC (95年发射)和IRS一 当。 11)(97年发射)均是印度第二代遥感卫星，全色分辨 中巴地球资源卫星的研制、发射和运行成功，结 率可达5. 8米，多光谱分辨率为23. 5米。其特点是光 束了我国遥感应用单纯依靠外国卫星遥感资料的历 谱范围大、重复观测能力强并可进行立体观测;而且 史，使我国能实时接收覆盖我国全境及部分周边国家 较高的空间分辨率有利于地形研究和产生数字地面 领土的卫星遥感数据。2000年9月1日，“中国资源 模型。 二号”卫星发射成功，这是我国继中巴资源一号卫星 2.4 加拿大Radarsat雷达卫星系列 后又一颗传输型遥感卫星。 加拿大在对地观测方面独辟蹊径，将目标瞄准雷 鉴于SAR雷达卫星是一种很有发展前途的军民 达卫星。Radarsat-1于1995年11月发射人轨，遥感 两用航天遥感手段，我国已计划近期发射雷达卫星。 器为SAR (C波段，HH极化)，工作方式非常灵活，用 2. 7 美国发射的“奋进”号航天飞机 户可根据需要选择人射角((200-500)、分辨率(10~ 美国“奋进”号航天飞机于2000年2月 11日发 100米)，以及扫描带宽((45^-500公里)。 射升空，经过9天多的在轨雷达对地观测，获得了北 在Radarsat -1使用期满时，它的工作将由与之 纬600至南纬56。之间(其中包括中国的全部领土)陆 类似的Radarsat - 2预计2003年发射，分辨率为3 地表面80%以上的数据，这些数据全部处理完毕并 ^100米)来接替。此外，加拿大还和法国等国家正计 绘制成三维地形图约需2年时间，在短短的9天多时 划联合研制新一代雷达卫星。 间内就采集到了如此大规模的数据，这在科学技术上 2.5 美国的高分辫率小遥感卫星((IKONOS) 是一大飞跃，也是测绘科学发展史上的一个里程碑。 1999年9月24日，美国发射了世界上第一颗小 “奋进”号航天飞机首次实现了在太空搭载双天 型高分辨率的商业遥感卫星IKONOS。卫星重约720 线，其关键技术也即采用雷达双天线干涉测量来进行 公斤，星载CCD数字相机能同时拍摄 1米分辨率全 三维地形图的测制。这是由安装在航天飞机上的C 色图像和4米分辨率多谱段图像。 波段与X波段SAR雷达完成的，两种雷达均设置了 IKONOS改变了过去高分辨率卫星都属于军事 主天线和外置天线，外置天线是通过一根 60米长的 侦察卫星的状况，开辟了对地成像的新纪元。从卫星 桅杆伸出在航天飞机的外侧。 拍摄到顾客购得现场图像最快仅需30分钟，以无与 “奋进”号航天飞机所获数据的空间分辨率为30 伦比的能力向全世界用户提供更精确、更及时和更安 米，绝对高程精度16米，相对高程精度10米，绝对水 全的图像信息服务。 平精度20米。此次飞行任务旨在利用雷达产生迄今 2. 6 我国发射的中巴地球资源卫星 全球“最精确、完整”的地形图数据库，这将使美军全 1999年10月14日，我国和巴西共同研制的地 球数字高程模型的精度从 1公里X1公里提高到30 球资源卫星发射升空，这是我国高速传输型对地遥感 米X30米。美国国防部认为，该数据库虽有多种科学 卫星中的第一颗，也是我国卫星研制史上星载元器件 价值，但至关重要的是可用来提高美军在敌方空域完 万方数据 测绘技术装备 季刊 第 3卷 2001年第 2期 测绘动态 5 成作战任务和向目标投掷精确制导弹药的能力。 日发射，EROS-A1和将要发射的EROS-A2分辨 2.8 以色列发射对地遥感卫星(EROS-Al) 率为1.8米;而EROS-B1至EROS-B6卫星分辨 以色列和美国准备联合研制一个由8颗小卫星 率将达0.82米。该星座要到2001年晚些时候，甚至 构成的对地遥感卫星(EROS)星座。这些卫星以以色 2002年才能发射完毕。整个系统建成后，由于能够提 列1995年4月发射的地平线一3(分辨率2米)为基 供高质量的影像服务，所以将成为世界航天市场一支 础，是军事侦察卫星技术转为民用遥感卫星技术的范 不可忽视的力量。 例。其中第一颗星EROS-A1已于2000年12月5 2. 9 下表列出了文中未提及的一些遥感卫星的影像特性 卫 星 国别 发射日期 扫描带宽(公里) 分辨率(米) 其 它 (ALMAZ- 1) 苏联 1991. 3. 31 40 10^ -15 S波段，300^-600探视角 ERS- 1 ERS- 2 欧空局 1991. 7 1995.4 100 25 C波段，VV极化，230探 视角 JERS-1 日本 1992.2.11 75(SAR)75 (OPS) 18 (SAR ) 18 X 24 (OPS) 1998. 10. 11卫星因出故 障而终止运行 长曲棍球一3 美国 1997.10.24 0. 3(精扫模式) 1.0(标准模式) 3.0(宽扫模式) 2000. 8. 17已发射长曲棍 球一4 晨鸟 (EarlyBird) 美国 1997. 12.24 6 3 美国首颗商业遥感小卫星，人轨 4天后报废 SPIN-2 俄罗斯 1998.2.17 40X160 2^-3(全色) 最近才从军用转为民用 太阳卫星 南非 1999.2.23 50 15 南非首颗多用途小卫星 UoSat一 12 英国 1999.4.21 10(全色)32(多谱段) 多用途小卫星 大地(Terra) 美国 1999. 12. 18 15^ 90 美国EOS系统的第一颗 阿里朗 1号 韩国 1999. 12.21 10 清华 1号 中英合作 2000. 6. 28 40 40 微型卫星((50公斤) 快鸟一1 QuickBird一1 美国 2000. 11.20 发射失败 22 1(全色) 4(多光谱) 高分辨率小卫星 地球轨道器一1 (EO- 1) 美国 2000.11.21 37 10(全色) NASA“新千年计划”对地观测系列的首颗小卫星 Orbview一3 Orbview一4 美国 2001. 7^-9月 2001.4-6月 8 1(全色) 4(多光谱) 高分辨率小卫星 ALMAZ- 1B 俄罗斯 因资金缺乏而推至2005年 20 35 30- 170 120^ -170 5-7(X波段) 5-40(S波段) 22-40(P波段) 多波段、多极化 3 展望 通过对遥感卫星发展态势的分析，可以得出以下 结论: (1)遥感测量的功能将向探测、跟踪和监视等方 面延伸和发展。21世纪的遥感装备，应是一个包括 高、中、低空的巨大立体观测系统并形成信息网络。 (2)未来的遥感应用和战争都越来越需要及时 的、现势的信息，信息只有实现数字化才能快速地传 输、转换和更新。CCD阵列传输型卫星将作为实时摄 影卫星得到应用，这种卫星将与高度发展的数字影像 处理技术结合，成为名副其实的全自动实时测图系 统。 <3)随着微电子和微机械技术的发展，近年来形 成了“小卫星热”。小卫星由于成本低和(下转 15页) 万方数据 测绘技术装备 季刊 第3卷 2001年第2期 技术交流 15 方向上进行分解，得到纵向及横向垂直误差分别为2. 40mm和4. 82mm，两者均小于允许值(20mm);对2u -2求解时，选xo=368,yo=748，求解的结果为:柱心 坐标(368. 468, 748. 592), Dx二一14mm, D,.=一 5mm,D,,=14. 87mm，纵向垂直误差7. 12mm，横向垂 直误差13. 05mm。计算两立柱顶部中心之间的距离 为7.108m，与的距离(7. 10m)相差8mm，在允许 偏差(15mm)范围之内。 如果求得同一跨另外两根立柱的柱心坐标后，还 可计算出跨间间距。 值得一提的是，当将此方法应用于圆形立柱 的调整与检测时，如果用于固定模板的四根风缆按桥 梁轴线及垂直方向上布设，则根据求得的纵向和横向 垂直误差可定量地指导风缆的拉紧与放松，可以缩短 调模时间，大大提高工作效率。 参考文献 1 中华人民共和国行业标准JTJ071-98,《公路工 程质量检验评定标准》，人民交通出版社，1999 2 陈久宇，林见.《观测数据的处理方法》.上海交通 大学出版社，1987.5 3 樊映川等.《高等数学讲义》(上册).人民教育出版 社，1977. 12 (收稿 日期:2001-05-23) (上接5页)建造快而受到许多国家的青睐，除了发达 国家已在实施或正在制定小卫星遥感发展计划外，发 展中国家如南非、韩国，朝鲜等都以发射高分辨率小 卫星作为推动本国卫星遥感的机遇和起点。未来遥感 卫星的发展趋势是大、小卫星并存，多星组网，协作发 展。 (4)遥感与GIS及GPS的密切结合及一体化的 发展将使高精度遥感数据的需求成倍增加，今后拥有 高分辨率遥感卫星的国家和地区将日益增多。这些对 地观测卫星夜以继日、源源不断地向人们提供丰富的 高质量遥感数据和动态情报。 (5)卫星遥感测图不受地域和国界的限制，具有 显著的军事意义;而技术发展和冷战结束的世界格局 将把高分辨率的卫星遥感技术大力推上民用商业化 和以民掩军、军民两用的轨道。 参考文献 1 Satellite Image Availability. www. sopac. org. fj/ Projects /GISRS/RSNews 2 Landsat-7. http;//mtpe. gsfc. nasa. gov/landsat/ 3 SRTM Quick Facts. www. jpl. nasa. gov/srtm 4 lm IKONOS Satellite imagery. www. npagroup. co. uk/dataservices八konos. htm 5 Russia Launches Israeli Imaging Bird. www. spacedaily. com/news 6 West Indian Space/Eros Satellites. www. westin- dianspace. com/satellites 1. html (收稿 日期:2001-04-04) (上接27页)受构造地质运动和地壳形变引起的坐标 变化，也是维护工作中调查的重要方面。 在进行台湾新坐标系统的维护中，希望进行讨论 的5点建议如下: (1)如何去监测坐标的变化并评估系统所采用的 初始坐标的质量; (2)如何去选择和保证适当数量的、分布好的 GPS点，以保证系统的基本功能、稳定性和协调一致 性: (3)如何去更新GPS控制点的坐标，和如何提供 系统两个坐标数据组之间的变换参数; (4)如何对那些被毁坏或丢失的点位进行重新测 量和重新建立; (5)在系统的管理者和使用者之间如何有效地提 供有关坐标质量的已更新的或实时的信息。 参考文献(略) 严伯铎 编译自英国《测量评论》Vol. 35, No. 273,1999年7月号 郭玉芳 校 (收稿日期:2000-10-30) 万方数据