全球高分辨率商业遥感卫星的现状与发展

卫星应用2012年第3期43技术进展高分辨率卫星遥感影像由于空间分辨率高、识别地物能力强、信息准确等因素，受到各国的重视。长期以来，高分辨率遥感卫星多用于军事目的。20世纪90年代后，法国发射了民用商业卫星SPOT，实现了巨大的商业价值；1994年，美国颁布PDD-23号令，开启了高分辨率遥感卫星数据商业化的新时代；进入21世纪，全世界二十多个国家和地区的政府机构及私营企业每年投入巨额资金，用于发展和经营地球观测卫星，高分辨商业遥感卫星进入新的发展阶段。欧洲推行开放的数据政策，特别是在合成孔径雷达（SAR）卫星方面。在近20年的时间内，欧洲航天局（ESA）雷达卫星数据一直近于免费地为全世界的研究人员使用，这种开放的数据政策极大推进了雷达卫星技术的发展，也奠定了欧洲的领先地位。ESA于1994年发布的《ERS数据政策》、1998年发布的《ENVISAT数据政策》都明确了无歧视性访问原则，对于促进SAR遥感技术的发展和应用研究起了至关重要的作用。2010年，欧洲航天局修订ERS、ENVISAT卫星及其他对地观测任务数据政策，以利于科学研究、公共事业及商业数据的利用。新版数据政策将遥感数据的使用分为自由使用和有限使用两类，两类数据均可免费获取。欧洲全球环境与安全监测（GMES）系统、包括“哨兵”卫星的数据政策都以数据应用最大化为基本原则，实行免费公开获取的数据政策。2011年，欧盟委员会发布题为《造福欧洲公民的航天战略》的新版航天政策，继续推行实施共享地球观测数据的机制。德国航天业在地球观测等领域居于欧洲领先地位。德国2007年公布《卫星数据安全法》，一方面从法律上全球高分辨率商业遥感卫星的现状与发展史伟国周立民（中国航天科技集团公司）靳颖（北京空间科技信息研究所）一、各国出台相关政策支持高分辨率商业遥感卫星发展美国是商业高分辨率遥感卫星发展较早的国家，政府相继发布相关条例、政策、法规，并根据形势不断调整，推动遥感卫星商业化发展。1994年的PDD-23号令，允许商业公司经营0.5m分辨率的遥感卫星图像，同时美国政府不断加强对商业遥感卫星的依赖程度。2003年新的遥感政策发布，允许0.25m分辨率商业遥感卫星的研制，并要求政府各部门最大限度使用商业卫星图像，但同时规定，分辨率优于0.5m的图像只能提供给美国军方。2009年，美国政府授权许可1m分辨率商业雷达卫星的研制，打破了以往不得出售分辨率优于3m雷达卫星图像的限制，迈出了高分辨率雷达卫星遥感图像商业化坚实的一步。2010年，美国政府公布新的《美国国家航天政策》，指出美国政府将使用商业航天产品和服务来实现政府需求。2011年美国发布《国家安全空间战略》，提出改革美国的出口管制，并公布出口控制改革新规定建议稿。出口控制改革的进一步推进，将会对商业对地观测领域供应商产生积极影响。卫星应用2012年第3期44技术进展确保了卫星数据的不可侵犯性，另一方面也明确了私人公司在开放和利用卫星数据业务上的范围，对于推动高科技企业发展卫星遥感、通信和测量等业务的商业化具有重要实践意义。加拿大重视航天市场蕴含的巨大价值，在保证国家安全的前提下，鼓励私营部门积极参与航天经济开发，通过航天经济开发带来的收益进一步推动航天项目的开发，实现航天领域的市场化运作。2007年加拿大颁布了《遥感空间系统法》，该法是一部关于空间遥感活动的国内立法，反映出现代遥感活动私营化和商业化的趋势。《遥感空间系统法》的实施，进一步推进了遥感数据市场的商业化运作。印度的遥感政策服务于本国遥感系统的商业化，有效地带动了国内遥感数据市场的发展。卫星遥感数据使用的国产率很高，极大地促进了本国遥感卫星的发展。2011年7月，印度政府公布了新版《遥感数据政策》（RSDP-2011），准许分发1m分辨率卫星数据。新版政策取消2001版数据政策中5.8m分辨率的界限，不仅解除了敏感防御区域的遥感禁令，而且删除了某些限制，更方便用户使用高分辨率遥感数据。俄罗斯航天发展战略不断调整，日益重视商业航天的发展。2011年4月，俄罗斯联邦航天局公布了关于更改俄《联邦航天活动法》的法律草案。这次修改首次在《联邦航天活动法》中加入了“航天对地遥感”的内容，显示了俄罗斯对天基遥感的重视。增补法案明确了天基遥感设备和遥感数据的所有权，指出遥感活动在俄联邦全部领土实施，对涉及国家安全领域的遥感数据分发作出了分辨率不优于2m的限制。2011年，俄罗斯政府颁布《2025年前空间对地观测系统发展纲要》，规定了2025年前对地观测建设的主要内容和步骤。韩国近年来在航天领域取得了很大的进展，特别是在地球观测卫星领域。韩国已经拥有与其航天活动发展规模相适应的航天立法。2005年韩国政府颁布《空间开发促进法》，促进该国航天活动健康发展。2007年颁布《空间责任法》，作为配套性法规，将部分原则性规定具体化，以便具有可操作性。这两部法律为韩国进一步开展航天活动提供了良好的法律保障。二、各国高分辨率商业遥感卫星的现状与发展计划1．美国根据美国法律，政府授权商务部国家海洋和大气管理局（NOAA）颁发运营许可证对商业遥感卫星的制造和卫星数据的经营进行管理。美国政府通过政策和资金的扶持，促进商业遥感卫星不断发展。美国政府通过国防部国家地理空间情报局（NGA）进行商业数据采购。美国政府是全球最大的商业卫星遥感数据用户。数字地球（DigitalGlobe）公司和地球眼（GeoEye）公司逐渐成长为美国最大的两家高分辨商业卫星影像公司，在商业遥感数据市场上平分秋色。2001年，NGA（当时名为国家图像测绘局）提出“下一代观测”（NEXTVIEW）计划，投资商业卫星公司研制生产高分辨率成像卫星。数字地球公司和地球眼公司（当时名为轨道图像公司）分别获得5亿美元和4.35亿美元的卫星研制合同，分别用于开发研制WorldView-1和GeoEye-1卫星。两公司目前在轨卫星各为3颗。其中，地球眼公司的GeoEye-1卫星地面分辨率达到0.41m，是商业光学对地观测卫星中分辨率最高的卫星。但由于许可证的限制，提供给商业用户的卫星图像最优分辨率只能为0.5m。2010年，NGA签署了为期10年、价值73亿美元的“增强观测”（EnhancedView）合同，用于研制和运行下一代高分辨率商业成像卫星。数字地球公司获得35亿美元，其中28亿美元用于未来10年商业卫星影像的订购，7.5亿美元用于增值产品和业务。为满足NGA“增强观测”合同，公司投资3.07亿美元研制WorldView-3卫星，计划2014年发射。地球眼公司赢得38亿美元“增强观测”合同，28亿美元用于未来10年商业卫星影像的订购，3.37亿美元用于支持GeoEye-2的开发和发射，7亿美元用于购买附加产品和服务。GeoEye-2卫星计划于2012年发射，将向政府和商业用户交付世界上分辨率最高、最精确的彩色影像。数字地球公司和地球眼公司目前在轨运行和计划发射的卫星见表1。卫星应用2012年第3期45技术进展在高分辨率光学成像卫星不断发展的同时，美国放松对了商业雷达卫星的限制。美国政府为军事和情报用户开发并运行大型高分辨率雷达卫星，但是缺乏本国和直接来源的商业SAR数据。2009年底，NGA向欧洲宇航防务集团（EADS）公司北美分部、洛克希德-马丁太空系统公司（出售意大利雷达卫星星座数据）和加拿大麦克唐纳-迪特维利联合有限公司（MDA）授出合同，购买商业雷达卫星数据，原因是没有美国公司运营的雷达卫星能够收集NGA需要的图像。美国政府出台政策支持国内雷达卫星系统的发展和雷达卫星遥感数据的应用。2009年，美国政府放松了对商业雷达卫星的许可证限制，允许发布1m分辨率雷达卫星数据，为美国国内商业雷达数公司名称卫星名称发射时间卫星特征状态数字地球（DigitalGlobe）QuickBird-22001年提供高质量、清晰和准确的卫星数据在轨WorldView-12007年地面分辨率达到0.5mWorldView-22009年地面全色分辨率0.46m；是全球首颗提供8波段多光谱数据的高分辨率商业卫星，分辨率0.4mWorldView-32014年0．25m全色分辨率计划地球眼（GeoEye）OrbView-21997年卫星每天可提供整个地球的1.1km分辨率、2800km带宽的多谱段图像在轨IKONOS-21999年全球第一颗高分辨商业遥感卫星，分辨率1mGeoEye-12008年0.41m全色分辨率，目前对地观测卫星中分辨率最高GeoEye-22012年0.25m全色分辨率计划表1数字地球和地球眼公司在轨和计划发射卫星表2获得NOAA许可证的商业遥感公司运营公司卫星名称卫星特性发证时间发射时间宇宙视野公司（AstroVison）AVStar-1/22颗地球静止轨道卫星，定位于西经90。和西经160。上空，分别对美洲大陆和太平洋地区进行天气和地球环境监测1995年尚未公布鲍尔宇航公司SAR卫星系统X频段SAR卫星，1m分辨率2000年尚未公布Technica公司EaglEye4颗光学卫星组成的星座，0.5m全色分辨率，太阳同步轨道2005年2014年轨道成像公司（后重组并入地球眼公司）OrbView-2太阳同步轨道卫星，轨道高度705km。低分辨率卫星影像，主要收集全球土地和海洋表面的多光谱影像2003年更新许可证（卫星名称由SeaStar改为OrbView-2）1997年IKONOS1m全色分辨率，4m多光谱分辨率，轨道高度680km，倾角98。，太阳同步轨道2006年（由于公司重组，2010年更新许可证名称）1999年据市场的繁荣提供了机会。诺斯罗普-格鲁曼公司获得1m雷达卫星授权许可，成为新规定下第一家得到许可证经营SAR卫星的公司。该公司计划研制的Trinidad雷达卫星地面分辨率设计为1m，可全天候全天时对地成像，数据传输将采用S和X频段，图像数据提供给商业和民用部门。NOAA负责美国遥感卫星商业运营的许可审批。根据NOAA网站最新公告，截至2012年初，NOAA已向10家美国公司颁发了运营商业遥感卫星的许可证（见表2）。许可证的有效期即为卫星在轨服务期，如果运营公司卫星研制进展无望，NOAA有权收回许可证。卫星应用2012年第3期46技术进展运营公司卫星名称卫星特性发证时间发射时间轨道成像公司GeoEye-1（原称OrbView-5）0.41m全色分辨率，1.65m多光谱分辨率，每天可拍摄70万平方千米的图像2004年（由于公司重组，2010年更新许可证名称）2008年地球眼公司GeoEye-2/32颗卫星，0．25m全色分辨率，1.0m多光谱分辨率，每天可拍摄70万平方千米的图像2010年（卫星名称由IKONOSBlockII改为GeoEye-2/3）2014年—GeoEye-2数字全球公司QickBird-20.65m全色分辨率，2.4m多光谱分辨率，轨道高度450km，倾角97.8。，太阳同步轨道2000年2001年WorldView-1/2/3/40.25m全色分辨率，轨道高度450~850km，倾角97.8。，太阳同步轨道2003年2007年WorldView-12009年WorldView-22014年WorldView-3DISH运营公司EchoStar-11通信卫星搭载有低分辨率CCD相机，地球静止轨道2007年（2010年许可证由EchoStar公司转让给DISH公司）2008年诺斯罗普-格鲁曼公司Continuum遥感系统包括2颗卫星，0.5m全色分辨率，太阳同步轨道2004年尚未公布TrinidadX频段SAR卫星，1m分辨率，每天4次经过目标点，基于以色列TecSAR卫星制造2009年尚未公布（依据政府购买合同而定）GeoMetWatch公司GMW-1/2/3/4/5/6地球静止轨道超光谱成像卫星，包括6颗卫星，提供超光谱图像和探测产品，用于环境和气候监测2010年2013年GMW-1寄生搭载于一颗商业通信卫星SkyboxImaging公司SkySat-1亚米级全色分辨率和多光谱分辨率，轨道高度450km，