[科普中国]-对地观测卫星

简介

1957年前苏联发射了世界上第一颗人造卫星，彻底改变了千百年来人类只能从地球表面进行局部观测的历史。此后相继发展起来的气象、资源、海洋卫星等，均以遥感为探测手段，从外部空间对地球进行观测，从而获取所需的各种空间信息，因而都统称为对地观测卫星。2

随着航天技术、计算机技术、通信技术、信息处理技术的进步，现代空间对地观测技术得到前所未有的发展。目前， 世界各国已经建立了面向各种应用的多个空间对地观测系统，构成了对陆地、海洋、大气等各个层面的全方位立体观测体系，在维护国家安全、促进经济建设和推动技术发展等诸多方面发挥着越来越重要的作用。3对地观测卫星包括地球资源卫星、军事侦察卫星、海洋卫星和测地卫星等。

分类按照应用目的的不同，对地观测卫星可分为民用遥感卫星、商用遥感卫星、军用遥感卫星。3

（1）军用对地观测卫星主要用于军事情报侦察以及作战信息支援等，又可以分为成像侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星、导弹预警卫星、核爆监测卫星。目前，只有美国、俄罗斯有全部五类军用对地观测卫星，也代表了全球对地观测卫星的最高水平，最高分辨率已达0.1m。3

（2）民用遥感卫星主要以政府投资为主，其数据产品主要供应政府部门或免费提供，目前已经形成了气象卫星、资源卫星、海洋卫星、环境与灾害监测卫星等完整的体系。3

（3）商用遥感卫星由商业公司投资建造，其数据采用商业化运营。随着卫星遥感产业化进程的不断推进，民用卫星的数据也逐渐形成了商业化运营。3

人造侦察卫星地球资源卫星离地面的高度一般在700公里左右，这样的高度比飞机的飞行高度大上百倍。用地球资源卫星普查我国全境的资源，只需要拍摄300～500张照片，而用飞机普查我国全境的资源就需要拍摄50～100万张照片。

地球资源卫星可以勘测地球上所有地区伪资源，而不受地形等自然条件的限制。同时，地球资源卫星还可以在不同的季节对同一地区进行反复勘测，这十分适合于对一些随季节变化的农作物等进行观测。

美国发射了第一颗实验型的地球资源卫星1972年7月美国发射了第一颗实验型的"地球资源卫星I"，后改称"陆地I"。这颗卫星是在"雨云"气象卫星的基础上改成的。它的外形和"雨云"完全一样。这颗卫星进入轨道工作后，获得了许多很重要的资料；它发现了世界上许多重要的矿藏资讯，如确认巴基斯坦某地有两个班岩铜矿；纠正了一些地理参数，如我国西藏改则县的塔克错湖原标95.8平方公里，实际应该是495.5平方公里；发现了日本大饭湾海面和美国纽约州的一条河流的严重污染状况；还拍摄了我国首都的照片。在它拍摄的北京地区的照片上，可以清晰地看出故宫、北京大学、东郊机场。

法国"斯波特"卫星法国政府于1978年决定研制"斯波特（SPOT）"地球资源卫星，用以调查自然资源、如矿藏资源、植物资源和作物产量等。"斯波特1号"从1986年起已开始服务。"斯波特"卫星发射时质量为1850公斤，长2米，宽2米，高4.5米，两块太阳电池板展开后宽三5.6米，输出电功率1800瓦。

"斯波特"卫星上装有两台高分辨率摄像机。摄像机焦距长l米，孔径f/3.5。它们工作在可见光和近红外波段，分为四个光谱带：0.50～0.59微米、0.61～0.68微米、0.79～0.89微米和0.51～0.73微米。前三个波段的地面分辨率为20米，最后一个波段的地面分辨率为10米。"斯波特"卫星运行在太阳同步轨道上，轨道高832公里，倾角98.7°。两台摄像机同时工作，26天内可以覆盖全球。

我国对地观测卫星我国从20 世纪70 年代后期开始对遥感技术的探索和对地观测卫星的研制，目前已成功研制中巴地球资源卫星、气象卫星、海洋卫星、环境减灾卫星、立体测绘卫星等卫星系列，高分辨率对地观测系统重大科技专项也于2010 年启动实施。初步形成不同分辨率、多谱段、稳定运行的卫星对地观测体系，大大提升了我国卫星遥感数据获取能力，为卫星遥感规模化与业务化应用提供了稳定的数据源。4

军事侦察卫星简介要赢得一场现代战争的胜利，首先摧毁敌方的战略目标，在军事行动中是十分重要的。战略目标包括两种：一种是直接军事目标，如导弹核武器基地、海空军基地、弹药仓库和主要指挥控制中心等；另一种是和军事有关的经济实力目标，如重要军事工厂、发电厂和交通枢纽等。

要摧毁敌方的战略目标，首先要知道这些目标的情况。在现代科学技术发展的今天，靠深入敌方腹地进行侦察是十分困难的。人造卫星出现以后，苏美两国就把军事侦察卫星放在优先发展的地位。据不完全统计，30多年来。苏联已经发射了近千颗军事侦察卫星。现在，军事侦察卫星已经成为战略武器不可缺少的伙伴。

根据不同的侦察手段和侦察任务，侦察卫星可以分为照相侦察、电子侦察和预警等不同种类。

照相侦察卫星这种卫星装有可见光照相机、多光谱照相机、多光谱扫描仪和电视摄像机等各种不同遥感器。按照卫星所拍到的照片的处理方法不同，照相侦察卫星有返回型和传输型两种。返回型卫星拍摄的胶卷由暗道送入卫星的回收舱，随回收舱一起返回地面。如"发现者"照相侦察卫星就是用这种方法。这种方法一般用于可见光照相侦察手段。返回型照相侦察卫星必须解决卫星从轨道上返回地面的技术。传输型照相侦察卫星把拍到的照片直接用无线电发回地面。因此，这种侦察卫星传递情报迅速，可以把一些活动的军事目标，如兵力调动、导弹核潜艇航向等资料立即报告地面。这种方法通常用电视摄像机、多光谱照相机和多光谱扫描仪等作侦察手段。

为了尽可能使卫星上的相机"看清"地面目标，照相侦察卫星的运行轨道不高，一般离地面为200公里左右。

照相侦察卫星为苏、美两国提供了许多极其重要的军事情报。

电子侦察卫星电子侦察卫星是一种利用卫星上的无线电接收设备去接收敌方预警雷达和军用电台所发出的无线电波的侦察卫星。分析这些无线电信号，可以知道预警雷达所用的脉冲频率。脉冲宽度等重要参数和军用电台的通信情报。此外，还可以确定预警雷达和军用电台的位置。

电子侦察卫星的运行轨道比照相侦察卫星的轨道要高一些通常离地面500公里左右。

电子侦察卫星的"寿命"很长，只要卫星上的无线电接收机和天线不出故障，并有充足的电源，卫星就能日夜不停地工作，一般可工作5年左右。

预警卫星随着战略核武器的发展，出现了一种。这种卫星是设在地球同步轨道上的一个忠于职守的哨兵。装在预警卫星上的无线电雷达和红外探测器日夜监视着敌方洲际弹道导弹和核潜艇，一旦敌方导弹起飞，预警卫星在一分半钟之内就能发现，并且通知地面指挥中心，以便采取相应的应战措施。

卫星对地观测技术及产业发展趋势对地观测技术的主要发展趋势（1）传感器分辨率不断提高。地球之眼公司最新发射的GeoEye-1卫星最高空间分辨率已达0.41m，其后续型号GeoEye-2预计2011年发射，分辨率将达到0.25m。民用和商业卫星大有接近甚至超过军用卫星的发展趋势。在资源调查、农作物长势、病虫害、土壤状况、地质勘查等领域，对光谱分辨率的要求也不断提高，使光谱分辨率从微米级的多光谱向纳米级的超光谱发展。在农业遥感应用上，用于进行作物长势动态、灾害等地表变化快的监测，对高时间分辨率遥感影像的使用提出了极高的要求。可见，随着卫星遥感技术应用的不断深入，高的时间、空间、光谱分辨率将成为卫星遥感技术发展的重要趋势。3

（2）对地观测卫星向网络化发展。近年来，用多颗小型卫星组网运行，达到高空间分辨率与高时间分辨率的统一，已成为遥感卫星的一大发展趋势。如法国的Pleiades星座系统、德国的RapidEye、SAR-Lupe星座系统、以色列的EROS卫星系统、韩国的Kompsat卫星都是采用小型卫星组网运行的发展策略。3

（3）卫星设计注重平台大角度快速姿态机动能力。高敏捷性使卫星观测范围增大、重访时间缩短，并且能够单轨立体成像。快速姿态机动能力可增大卫星观测范围、缩短卫星重访时间，增加了获取遥感图像的灵活性，可通过滚动、俯仰机动控制，实现同轨、异轨立体成像，获取高程数据。3

（4）处理更趋向自动化和智能化。在已取得影像匹配成果的基础上，影像目标的自动识别技术主要集中在影像融合技术，基于统计和基于结构的目标识别与分类，处理的对象既包括高分辨率影像也更加注重高光谱影像。随着遥感数据量的增大，数据融合和信息融合技术逐渐成熟。压缩倍率高、速度快的影像数据压缩方法也已商业化。3

（5）全定量化遥感方法将走向实用。目前的遥感解译与目标识别并没有通过物理方程反演，而是采用了基于灰度或加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法。但随着对成像机理、地物波谱反射特征、大气模型、气溶胶的研究深入和数据积累，多角度、多传感器、高光谱及雷达卫星遥感技术的成熟，估计几何与物理方程式的全定量化遥感方法将逐步由理论研究走向实用化。3

卫星对地观测产业的发展趋势从全球来看卫星对地观测产业的发展主要有以下趋势：（1）政府和商业混合的运作系统以及纯商业化系统的比例逐渐增加；（2）高分辨率遥感图像进入市场，使商业行为的运行模式所占比例逐渐扩大；（3）民用遥感卫星的发展仍以政府投资为主政府部门和军事部门仍是卫星遥感的主要用户；（4）寓军于民，寓军于商，军民结合，平战结合。许多国家尤其是美国，已经将商用遥感卫星系统列为军事情报和地理信息制图的重要信息资源，民用和商用遥感卫星系统无论在和平时期或是在战争时期都将发挥重要作用；（5）国际合作交流不断增强。各国政府非常重视通过国际合作组建各种不同的卫星遥感系统，共享卫星遥感信息资源，解决气候、环境、资源、生态和减灾等全球性问题；（6）卫星遥感信息与卫星导航和通信日趋融合和相互集成。卫星遥感信息与航空遥感或其他地理信息日趋集成或融合，彼此优势互补。3