高分辨率遥感卫星发展综述

高分辨率遥感卫星发展综述摘要：遥感，顾名思义遥远的感知，它作为一种综合诸多学科的探测性技术。尤其是航天遥感的发展，越来越多的多时相、多光谱、高光谱、高分辨率遥感影像和相应产品的出现，迅速有效的挖掘着地球表面资源、地形等信息，不仅提供了诸多的资料信息，而且对于精确、科学的地学预测提供了丰富的成果信息。近些年来，随着时代科技的进步，人民生活质量的不断提高，人们对于在国民经济建设以及生活各类空间信息数据等产品的需求日益的增大。尤其当进入21世纪，网络和信息化逐渐的成为人们生活中不可替代的的重要因素和要素，随着“大数据”时代的到来，大到国家经济建设，小到人们日常出行，以空间数据为基础的各类地图以及各类专题地图成为了整个时代所不可或缺的保障性信息产品。关键字：高分辨率；遥感；卫星；发展；1国外高分辨率遥感卫星发展简介近些年来，尤其是20世纪90年代以来，随着计算机的飞速发展，以及物理材料的突飞猛进，航天技术也得到了极大的提高，卫星遥感技术全面的融入到人们的生活中[1-2。1994年，时任美国总统的克林顿为了保护美国本土遥感卫星公司的商业利益，颁布并实施了PDD-23法令，允许美国的商业卫星公司制造和发射亚米级高分辨率遥感卫星，并允许其投入商业化运营[3]。至此，以地球观察公司(EarthWatch)、卫星空间成像公司(SpaceImaging)等为首美国卫星影像商业公司迎来了高速发展的黄金阶段，也极大的推动了星载遥感的飞速进步。1999年09月24日，卫星空间成像公司(SpaceImaging)1在美国加利福尼亚范登堡空军基地将IKONOS-22(简称IKONOS)卫星送入预定轨道，其全色影像分辨率高达0.82米，多光谱影像分辨率3.28米。IKONOS卫星的成功发射标志着全新的高分辨率卫星遥感时代的到来[4]。随后的十年间，世界各国先后发射了诸多的高分辨率、多光谱、多传感器平台的对地观测卫星。2001年10月18日，美国数字地球公司(DigitalGlobe)发射1SpaceImaging于2006年被ORBIMAGEHoldings公司收购合并为GeoEye公司，且GeoEye公司于2012年被DigitalGlobe公司收购。2IKONOS-1卫星于1999年04月27日发射失败。了快鸟(QuickBird)遥感卫星，其携带了0.61米全色波段传感器和2.44米分辨率的多光谱传感器，幅宽达16.5公里[5]。2007年09月18日，美国数字地球公司(DigitalGlobe)在快鸟(QuickBird)卫星基础上，研制并发射了WorldView-1卫星，其姊妹星WorldView-2于2009年10月06日发射升空[6]。作为WorldView系列的两颗卫星，WorldView-1携带了0.5米分辨率的全色波段传感器和2米分辨率的多光谱传感器，WorldView-2更是在WorldView-1的基础上增加了新的四个波段影像的采集能力[7-8]。2014年08月13日，DigitalGlobe公司计划将在今年发射WorldView-3卫星，如果发射成功，WorldView-3在加利福尼亚范登堡空军基地成功发射，目前已成为世界上分辨率最高的商业遥感卫星，其全色影像分辨率为0.31米。而且，WorldView-3还在WorldView-2卫星基础上再次增加八个波段的短红外传感器[9]。I目前，WorldView系列卫星星座已全部组网，其全球范围内的回访周期得到极大缩小，局部地区可实现每天两次的重访[9]。2008年09月06日，美国地球之眼公司(GeoEye)3委托亚利桑那州通用动力公司(GeneralDynamics)设计并制造的GeoEye-1卫星在加利福尼亚范登堡空军基地成功发射，作为IKONOS卫星的升级版，至今GeoEye-1卫星作为在轨运行的最高分辨率的商业遥感卫星，其星下点全色分辨率达到0.41米4，多光谱1.65米，定位精度可达3米[10-11]。2002年05月04日，法国空间研究中心(CNES)发射了SPOT系列第五代卫星，其携带的多探测器模式能够同时获取前后两张2.5米分辨率的全色影像，且构成立体像对[12]。2012年09月09日，由法国阿斯特里姆公司(Astrium)制造的SPOT-6卫星发射，其能够同时获取1.5米分辨率全色影像及1.5米分辨率多光谱-彩色融合影像。截止目前，SPOT-7卫星已于2014年6月30日发射升空，现已同SPOT-6卫星共同担任对地高分辨率成像任务[13]。2000年12月05日至2006年04月25日，以色列国际卫星影像公司(ImageSatInternational)先后发射了能够采集1米、0.82米分辨率全色影像的EROS-A和EROS-B卫星，以求组合联网构成由八颗EROS系列卫星的星座群，当8颗卫星同时在轨运行时，每天可对全球任意区域形成两次以上的重访[14]。2001年01月26日，法国和意大利达成协议，联合开发研制军民两用型遥感卫星系统——光学与雷达联合地球观测系统(OpticalandRadarFederatedEarth3GeoEye公司于2012年被DigitalGlobe公司收购，现由DigitalGlobe收编运营。4除美国本土外，世界其他区域影像在交付用户前均重采样至0.5米。Observation,ORFEO)，该系统包括两颗高分辨率光学卫星(Pleiades系列)和四颗高分辨率雷达卫星(COSMO-SkyMed系列)，其中Pleiades系列由法国研制，COSMO-SkyMed系列由意大利研制。Pleiades-1A和Pleiades-1B分别于2011年12月17日和2012年12月01日成功发射，其地面像元分辨率达0.7米，幅宽20公里；COSMO-SkyMed系列卫星COSMO-SkyMed1~COSMO-SkyMed4分别在2007年至2010年先后发射升空，其携带的高分辨率合成孔径雷达(SAR)传感器可在世界上任何区域完成12小时以内的重访[15-16]。作为卓越SAR卫星的代表Radarsat-1的升级版Radarsat-2，由加拿大空间局(CanadianSpaceAgency,CSA)和麦克唐纳·迪特维利联合公司(MacDonaldDettwilerandAssociatesLtd,MDA)共同研制开发，并于2007年12月14日成功发射。该卫星搭载了C波段传感器，最高可获取3米分辨率的SAR影像数据，其多种极化的数据采集方式和高精度的姿态控制、测量系统能够满足多领域内的遥感应用的需求[17]。2007年06月15日，作为德国第一颗X波段SAR卫星TerraSAR-X发射升空，其分辨率可达1米。时隔三年，其姊妹星TanDEM-X与2010年06月21日发射升空，并与TerraSAR-X编队飞行，通过该系统，可获取全球高精度数字地面模型(DEM)。此外，TerraSAR-X：NewSAR-Modes将提供0.24米分辨率影像数据[18-19]。2006年01月24日，日本发射了耗资达4.8亿美元的ALOS高分辨率遥感卫星，该星不仅携带了全色立体测图传感器(ThePanchromaticRemote-sensingInstrumentforStereoMapping,PRISM)以及高性能近红外传感器(AdvancedVisibleandNear-InfraredRadiometertype2,AVNIR-2)，还装载了L波段的相控阵合成孔径雷达(ThePhasedArraytypeL-landSyntheticApertureRadar,PALSAR)。其中，PRISM传感器具有三个独立观测相机，可同时采集前、正、后视影像，其星下点分辨率为2.5米[20]。除以上所述卫星外，还有印度于2005年05月05日、2007年01月10日及2008年04月28日分别发射了Cartosat-1(即IRS-P5)、Cartosat-2和Cartosat-2A，其中Cartosat-2和Cartosat-2A全色分辨率均为1米。作为中国的邻邦，韩国空间局(KoreaAerospaceResearchInstitute，KARI)也曾与1999年08月至2013年08月先后发射了KOMPSAT-1、KOMPSAT-2、KOMPSAT-3及KOMPSAT-5共4颗系列卫星，目前在轨运营的为后三颗卫星。其中，KOMPSAT-3全色影像分辨率可达0.7米，多光谱分辨率为2.8米。由于受欧洲阿尔卡特阿莱尼亚太空公司(ThalesAleniaSpace)协助，KOMPSAT-5不仅携带了1米分辨率的全色波段传感器，还搭载了最高3米分辨率的SAR传感器[14,21-22]。2国内高分辨率遥感卫星发展简介由于我国星载遥感起步较晚，迄今为止，我国在高分辨率遥感卫星领域依然处于世界中等水平。1999年10月14日我国发射了第一颗与巴西合作的数字传输型资源卫星——中巴地球资源卫星01星(China–BrazilEarthResourcesSatellite-01,CBERS-01)，该星携带了高分辨率CCD传感器(Charge-coupledDevice,CCD)、红外多光谱扫描仪(InfraredRadiationMulti-SpectralScanne,IR-MSS)以及广角成像仪(WideFieldImager,WFI)。其中，CCD传感器传感器星下点空间分辨率为19.5米。随后，CBERS-01的复制品中巴地球资源卫星02星(CBERS-02)于2003年10月21日发射升空，至今仍在轨运行[23]。2007年09月19日，中巴地球资源卫星02B星(CBERS-02B)成功发射，该星在CBERS-02的基础上首次搭载了我国自主研制的高分辨率(HighResolution,HR)传感器，其分辨率为2.36米。此后，随着我国航天科技的进步，资源一号02C卫星(ZY-102C)于2011年12月22日发射升空，不仅配置了两台2.36米分辨率的HR传感器，还搭载了10米分辨率的P/MS多光谱传感器[24]。2014年12月7日，随着资源一号系列卫星所取得的成就，资源一号卫星04星（CBERS-04）在山西太原卫星发射中心成功发射，CBERS-04卫星共搭载4台相机，其中5米/10米空间分辨率的全色多光谱相机（PAN）和40米/80米空间分辨率的红外多光谱扫描仪（IRS）由中方研制。20米空间分辨率的多光谱相机（MUX）和73米空间分辨率的宽视场成像仪（WFI）由巴方研制。目前以在轨运行，在国民经济建设的各领域内发挥着重要的作用[24]。2012年10月14日，实践九号（SJ-9）A、B卫星在太原卫星发射中心成功发射升空。实践九号卫星是民用新技术试验卫星系列规划中的首发星。实践九号卫星A星搭载的光学成像有效载荷技术试验项目为高分辨率多光谱相机，分辨率为全色2.5米/多光谱10米；B星搭载的光学成像有效载荷技术试验项目为分辨率73米长波红外焦平面组件试验装置。SJ-9图像数据可广泛应用于国土资源调查与监测、农业、林业、水利、城乡建设、环境保护、防灾减灾等领域，满足用户对高分辨率数据的迫切需求[25]。作为我国第一颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星，资源三号卫星(ZY-3)于2012年01月09日成功发射，其搭载了分辨率为2.1米的正视全色TDI(TimeDelayedandIntegration)CCD传感器和3.6米分辨率的前、后视TDICCD全色传感器，以及5.8米分辨率的多光谱传感器[26]。表1-1高分一号卫星传感器参数[27]参数2m分辨率全色/8m分辨率多光谱相机16m分辨率多光谱相机光谱范围全色0.45—0.90μm—多光谱0.45—0.52μm0.45—0.52μm0.52—0.59μm0.52—0.59μm0.63—0.69μm0.63—0.69μm0.77—0.89μm0.77—0.89μm空间分辨率全色2m16m多光谱8m幅宽60km(2