《衛(wèi)星比武》資源衛(wèi)星

《衛(wèi)星比武》資源衛(wèi)星用于勘測和研究地球自然資源的衛(wèi)星。它能“看透”地層，發(fā)現(xiàn)人們?nèi)庋劭床坏降牡叵聦毑亍v史古跡、地層結(jié)構(gòu)，能普查農(nóng)作物、森林、海洋、空氣等資源，預(yù)報(bào)各種嚴(yán)重的自然災(zāi)害。資源衛(wèi)星利用星上裝載的多光譜遙感設(shè)備，獲取地面物體輻射或反射的多種波段電磁波信息，然后把這些信息發(fā)送給地面站。由于每種物體在不同光譜頻段下的反射不一樣，地面站接收到衛(wèi)星信號后，便根據(jù)所掌握的各類物質(zhì)的波譜特性，對這些信息進(jìn)行處理、判讀，從而得到各類資源的特征、分布和狀態(tài)等詳細(xì)資料，人們就可以免去四處奔波，實(shí)地勘測的辛苦了。資源衛(wèi)星分類與起源資源衛(wèi)星分為兩類：一是陸地資源衛(wèi)星，二是海洋資源衛(wèi)星。陸地資源衛(wèi)星以陸地勘測為主，而海洋資源衛(wèi)星主要是尋找海洋資源。資源衛(wèi)星一般采用太陽同步軌道運(yùn)行，這能使衛(wèi)星的軌道面每天順地球自轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動1度，與地球繞太陽公轉(zhuǎn)每天約1度的距離基本相等。這樣既可以使衛(wèi)星對地球的任何地點(diǎn)都能觀測，又能使衛(wèi)星在每天的同一時(shí)刻飛臨某個(gè)地區(qū)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)勘測。世界上第一顆陸地資源衛(wèi)星是美國1972年7月23日發(fā)射的，名為“陸地衛(wèi)星1號”。它采用近圓形太陽同步軌道，距地球920公里高，每天繞地球14圈。衛(wèi)星上的攝像設(shè)備不斷地拍下地球表面的情況，每幅圖象可覆蓋地面近兩萬平方公里，是航空攝影的140倍。世界上第一顆海洋資源衛(wèi)星也是美國于1978年6月發(fā)射的，名為“海洋衛(wèi)星1號”。它裝備有各種遙測設(shè)備，可在各種天氣里觀察海水特征，測繪航線，錄找魚群，測量海浪、海風(fēng)等。資源衛(wèi)星示例資源衛(wèi)星能夠預(yù)報(bào)森林火災(zāi)，管理水利資料，測繪地圖，估計(jì)農(nóng)作物的產(chǎn)量，測量冰河的移動及大氣與海洋污染等?，F(xiàn)今更可用于幫助動物學(xué)家觀測如北極熊等野生動物的生活習(xí)性。法國的史波特衛(wèi)星（SPOT）1986年2月法國成功的發(fā)射第一顆SPOT衛(wèi)星（SPOT-1），1990年1月再發(fā)射第二顆SPOT-2。1993年8月SPOT-1停止使用，9月底再次成功的發(fā)射SPOT-3衛(wèi)星，但不幸于1996年11月失去聯(lián)絡(luò)，隨后SPOT-1重新啟用。SPOT系列衛(wèi)星為太陽同步衛(wèi)星，平均航高832公里，軌道與赤道傾斜角°，繞地球一圈周期約分，一天可轉(zhuǎn)圈，每26天通過同一地區(qū)，SPOT衛(wèi)星一天內(nèi)所繞行的軌道，在赤道相鄰兩軌道最大距離2823。6公里，全球共有369個(gè)軌道。SPOT-1-3衛(wèi)星上有兩組HRV（HighResolutionVisible）感測器，每一組感測器分別擁有多光譜態(tài)（XS）及全色態(tài)（PAN）兩種模式。多光譜之三個(gè)波段分別為綠光段（XS1：–），紅光段（XS2：–）與近紅外光段（XS3：–），而全色態(tài)的波長范圍則在–。每一組HRV之每一波段皆有6000個(gè)CCD。其中全色態(tài)每一個(gè)CCD對應(yīng)一個(gè)像元，多光譜態(tài)每一像元由兩個(gè)CCD之資料相加平均而組成。每一組HRV之視野角（FieldofView）為度。SPOT-4號衛(wèi)星于1998年3月24日發(fā)射升空，其最大的特點(diǎn)在于新增的短波紅外線波段（SWIR，Short-WaveInfrared），以及一個(gè)專用于地表植被分析研究的儀器VI（VegetationInstrument）。新的SWIR波段有助于對地物景觀進(jìn)行較以往更深入的分析判讀，SWIR波段比原有的波段（綠光/紅光/近紅外光），具備更強(qiáng)的大氣穿透能力，因此可使得衛(wèi)星影像上的地物地貌更加清晰。藉由SWIR波段更高的亮度對比特性，地表的水線和湖泊等均可以鮮明銳利地呈現(xiàn)出來。此外，土壤與植物的濕度亦能從此波段之灰階亮度中分析出，可以更容易地達(dá)成有關(guān)土壤種類判釋和植被農(nóng)作物生長階段的監(jiān)控。SPOT-5號衛(wèi)星于2002年5月4日發(fā)射升空，擁有3種光學(xué)儀器分別為兩個(gè)HRG，VI，以及HRS。其中VI與SPOT-4相同，而每一個(gè)HRG儀器分別擁有兩個(gè)全光譜影像（HM），一個(gè)多光譜影像（HI），以及一個(gè)短波紅外線波段（SWIR）影像。其中，HM有12000個(gè)CCD空間解析度為5公尺，HI有6000個(gè)CCD空間解析度為10公尺，而SWIR則有3000個(gè)CCD空間解析度為20公尺。若利用兩組HRG感測器同時(shí)拍攝HM資料，再經(jīng)過影像融合處理可以提升其空間解析度到公尺，稱為超解像模式（Supermode）影像，而像幅寬度仍維持為60公里，是目前中高解析度衛(wèi)星中，幅寬最廣之衛(wèi)星資料。此外，在定位精度方面，過去SPOT-1~4衛(wèi)星利用載體軌道參數(shù)所得到之絕對定位誤差約為1000公尺，而SPOT-5衛(wèi)星利用StartTracker與DORIS系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)與軌道位置之定位，在未使用地面控制點(diǎn)且為平坦地形之絕對定位精度已可提高到50公尺。另外，HRS為立體觀測感測器，專為制作數(shù)值地形模型而設(shè)計(jì)，其拍攝范圍為120公里（寬）x600公里（長），拍攝方式為同軌立體，如圖所示，以便獲取相同大氣狀況之立體影像。其空間解析度為10公尺（AcrossTrack）x10公尺（AlongTrack），并且在沿軌道方向重復(fù)取樣（OverSampling）5公尺。由于此感測器之觀測視角固定為40度，使得基線航高比（B/H）可高達(dá)，加上高精度之軌道參數(shù)，在平坦地形且未使用地面控制點(diǎn)之情況下，所制作之?dāng)?shù)值地形模型其定位精度約可達(dá)15公尺。福爾摩沙衛(wèi)星二號（FORMOSAT-2）福爾摩沙衛(wèi)星二號（福衛(wèi)二號）已于2004年5月21日成功發(fā)射，為我國第一個(gè)自主性遙測與科學(xué)衛(wèi)星，是由國家實(shí)驗(yàn)研究院國家太空計(jì)畫室所主導(dǎo)，為國家太空計(jì)畫第一期十五年計(jì)畫中之主要任務(wù)之一。福爾摩沙衛(wèi)星二號具有資源探測與科學(xué)研究雙重任務(wù)，其資源探測任務(wù)是以滿足臺灣地區(qū)之需求為主，其每日再訪率與高空間解析度的設(shè)計(jì)，是福爾摩沙衛(wèi)星二號優(yōu)于其他商業(yè)遙測衛(wèi)星的地方。其應(yīng)用領(lǐng)域可包含土地利用與變遷，農(nóng)林規(guī)劃，環(huán)境監(jiān)控，災(zāi)害評估以及科學(xué)研究與教育等方面，預(yù)期將帶動國內(nèi)遙測技術(shù)之開發(fā)及提升遙測應(yīng)用之層級。福爾摩沙衛(wèi)星二號，其質(zhì)量約為750公斤（含酬載及燃料），軌道高891公里，屬于太陽同步衛(wèi)星。軌道面固定，每日通過臺灣海峽上空，具左右各45°之傾斜拍攝之能力。每日繞地球飛行14圈，地面軌跡（GroundTrack）將通過臺灣海峽上空，可一次拍攝八分鐘的資料。其全色態(tài)解析度在0°~45°之傾角下約為2~公尺，在飛行方向則約為2~3公尺。多光譜態(tài)有四個(gè)波段，即藍(lán)光段，綠光段，紅光段及近紅外光段，具8公尺解析度，掃瞄寬度為24公里。福爾摩沙衛(wèi)星二號之?dāng)z影模式為衛(wèi)星本體旋轉(zhuǎn)（BodyRotation）同步取樣方式，可以向前，向后觀測方式進(jìn)行立體攝影，以進(jìn)一步獲取數(shù)值地形模型（DigitalTerrainModel，DTM）資料。歐洲資源衛(wèi)星（ERS-1/2）歐洲太空總署（EuropeanSpaceAgency，ESA）于1991年7月發(fā)射ERS-1衛(wèi)星，于1995年又發(fā)射ERS-2衛(wèi)星。目前僅余ERS-2衛(wèi)星仍在運(yùn)作。ERS-1及ERS-2是以太陽同步軌道運(yùn)行，軌道高度約為785公里，軌道傾斜角約為°，軌道周期目前是以35天為一周期運(yùn)作。其上所酬載之合成口徑雷達(dá)影像（SAR）系統(tǒng)，是以23°入射角斜視地面物攝取雷達(dá)回波資料，掃瞄軌跡寬約為100公里，其一幅影像大小約為100公里×100公里，解析度約為30公尺，掃瞄軌跡中心距離衛(wèi)星軌道投影中心約為294公里。美國大地衛(wèi)星五號（Landsat5）Landsat5于1984年3月1日升空，亦為太陽同步地球資源衛(wèi)星，在赤道上空705公里，高度運(yùn)轉(zhuǎn)傾斜角為度。每次約上午9點(diǎn)42分，由北向南南越赤道，繞地球一圈周期約分，每天繞行約14圈，每16天掃瞄同一地區(qū)。全球共有233個(gè)軌道，以Landsat所定義之全球參考系統(tǒng)（WRS）表示，定為Path，Row座標(biāo)系，臺灣地區(qū)處Path117-118，Row42-45。Landsat掃瞄覆蓋地面每一像幅（SCENE）約185Km×170Km，掃瞄一個(gè)像幅約費(fèi)時(shí)秒，在赤道附近相鄰兩張影像重疊量為百分之，愈向兩極重疊愈多，在臺灣地區(qū)重疊約百分之14。LandsatTM（ThematicMapper）有7個(gè)波段，其中1-5和7的IFOV（InstantaneousFieldofView）為43μrad相當(dāng)?shù)孛娼馕隽?0公尺×30公尺（為可見光及近紅外光），波段6的IFOV為170μrad，6相當(dāng)?shù)孛娼馕隽?20公尺（為熱紅外光波段）。TM以垂直飛行方向做來回掃瞄，掃瞄張角為度，相當(dāng)?shù)孛?85公里寬，每個(gè)像幅有5996行掃瞄線，每行有6320像點(diǎn)。1993年十月間發(fā)射失敗的Landsat6，主要之特色為另添單色ETM（EnhancedThematicMapper）感測器，地面解析度達(dá)15公尺×15公尺，是由美國EOSAT公司負(fù)責(zé)操作，美國將于1996發(fā)射Landsat7號取代之。GPS衛(wèi)星：原是美國國防部為了軍事定時(shí)，定位與導(dǎo)航的目的所發(fā)展，希望以衛(wèi)星導(dǎo)航為基礎(chǔ)的技術(shù)可構(gòu)成主要的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，未來并能滿足下一個(gè)世紀(jì)的應(yīng)用。第一顆GPS衛(wèi)星在1978年發(fā)射，首十顆衛(wèi)星稱為BLOCKI試驗(yàn)型衛(wèi)星，從1989年到1993年所發(fā)射的衛(wèi)星稱為BLOCKII/IIA量產(chǎn)型衛(wèi)星，第二十四顆BLOCKII/IIA衛(wèi)星在1994年發(fā)射后，GPS已達(dá)到初步操作能力（InitialOperationalCapability，IOC），24顆GPS衛(wèi)星提供全世界24小時(shí)全天候的定位與導(dǎo)航資訊。美國空軍太空司令部于1995年4月27號宣布GPS已達(dá)到完整操作能力（FullOperationalCapability），將BLOCKI衛(wèi)星加以汰換而24顆衛(wèi)星全部為BLOCKII/IIA衛(wèi)星，之后又發(fā)射四顆BLOCKIIA及一顆BLOCKIIR衛(wèi)星，成功地滿足軍事實(shí)務(wù)的操作。主動衛(wèi)星：加拿大「Radarsat」衛(wèi)星加拿大雷達(dá)衛(wèi)星（Radarsat）于1995年11月發(fā)射，傾角度，軌道高度為790公里，其為商用及科學(xué)用的雷達(dá)系統(tǒng)，主要探測目標(biāo)為冰河，同時(shí)還考慮到陸地成像，以便應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，地質(zhì)等領(lǐng)域。該系統(tǒng)有5種波束工作模式，即：坽標(biāo)準(zhǔn)波束模式，入射角20°49°，成像寬度100公里，距離及方位解析度為25mx28m；夌寬輻射波束，入射角20°40°，成像寬度及空間解析度分別為150公里和28mx35m；奅高解析度波束，三種參數(shù)依此為37°48°，45公里及10mx10m；妵掃描雷達(dá)波束，該模式具有對全球快速成像能力，成像寬度大（300公里或500公里），解析度較低（50mx50m或100mx100m），入射角為20°49°；妺試驗(yàn)波束，該模式最大特點(diǎn)為入射角大，且變化幅度小49°59°，成像寬度及解析度分別為75公里及28mx30m。長曲棍球（LACROSSE/VEGA）雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星系列-其設(shè)計(jì)壽命8年，傾角57~68度，軌道高度為670~703公里，雷達(dá)的幾何解析度為30cm~3m。其酬載之合成孔徑雷達(dá)能以標(biāo)準(zhǔn)，寬掃，精掃及試驗(yàn)等多種波束模式對地面軌跡兩側(cè)的目標(biāo)成像，這些不同的波束模式各有各的獨(dú)特用途。前兩顆衛(wèi)星以標(biāo)準(zhǔn)模式成像時(shí)解析度為3m，以精掃模式成像時(shí)解析度為1m，而后兩顆改進(jìn)型衛(wèi)星的精掃模式解析度已提升至30cm。中國資源衛(wèi)星系列中巴地球資源衛(wèi)星是1988年中國和巴西兩國政府聯(lián)合議定書批準(zhǔn)，在中國資源一號原方案基礎(chǔ)上，由中、巴兩國共同投資，聯(lián)合研制的衛(wèi)星（代號CBERS）。并規(guī)定CBRES投入運(yùn)行后，由兩國共同使用。資源一號衛(wèi)星（CBERS-1）于1999年升空，它是我國第一代傳輸型地球資源衛(wèi)星，星上三種遙感相機(jī)可晝夜觀測地球，利用高碼速率數(shù)傳系統(tǒng)將獲取的數(shù)據(jù)傳輸回地球地面接收站，經(jīng)加工、處理成各種所需的圖片，供各類用戶使用。CBERS-02星是01星的接替星，其功能、組成、平臺、有效載荷和性能指標(biāo)的標(biāo)稱參數(shù)等與01星相同。02星于2003年10月21日在太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)在軌測試后于2004年2月12日投入應(yīng)用運(yùn)行。目前02星仍在軌道上正常運(yùn)行。目前，資源一號衛(wèi)星02星數(shù)據(jù)網(wǎng)上免費(fèi)分發(fā)，用戶可以申請使用。中國資源二號衛(wèi)星是傳輸型遙感衛(wèi)星，主要用于國土資源勘查、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、城市規(guī)劃、農(nóng)作物估產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)和空間科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。中國曾于2000年9月1日和2002年l0月27日分別發(fā)射這個(gè)型號的01星和02星。這兩顆衛(wèi)星至今仍在軌正常運(yùn)行，已發(fā)回了大量數(shù)據(jù)。2004年11月6日上午，中國自行研制的“中國資源二號”03星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征”四號乙運(yùn)載火箭送入太空。03星的總體性能和技術(shù)水平與前兩顆相比，有了改進(jìn)和提高。今后一段時(shí)間內(nèi)，太空將呈現(xiàn)“中國資源二號三星高照”的態(tài)勢。資源衛(wèi)星在什么軌道它們通常運(yùn)行在太陽同步軌道上。那么什么是太陽同步軌道？這種軌道又有什么好處？太陽同步軌道的理論定義是：軌道平面進(jìn)動方向與地球公轉(zhuǎn)方向大致相同，進(jìn)動角速率等于地球公轉(zhuǎn)平均角速率（度/日或360度/年）的人造地球衛(wèi)星軌道。其實(shí)，說簡單一點(diǎn)，就是能保證衛(wèi)星每天以相同方向經(jīng)過同一緯度的當(dāng)?shù)厣峡盏能壍?。因?yàn)?，我們知道，衛(wèi)星運(yùn)行的周期是由的處的軌道決定的，因此，這樣的軌道是可以確定的。選擇太陽同步軌道，能保證衛(wèi)星每天在特定的時(shí)刻經(jīng)過指定地區(qū)，這當(dāng)然便于我們獲得最好的太陽光條件，從而得到高質(zhì)量的地面目標(biāo)圖像，這就是氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星通常選擇太陽同步軌道的原因。茫茫星空，有心人會發(fā)現(xiàn)，有些衛(wèi)星幾乎總是在同一時(shí)刻出現(xiàn)的天空中的同一位置，奇怪嗎？其實(shí)一點(diǎn)也不奇怪，因?yàn)樗鼈兲幵诘厍蛲杰壍郎?。所謂地球同步軌道，就是沿這個(gè)軌道走一圈所需的時(shí)間恰好與地球自轉(zhuǎn)的周期（23小時(shí)56分4秒）相同。也許有人會說，那么如果走得速度快慢不一，那得到的時(shí)間不也就不同了嗎。其實(shí)，按照天體運(yùn)行規(guī)律，每條軌道上運(yùn)行的物體的速度是固定的。因此，不用擔(dān)心會出現(xiàn)時(shí)間上的不一致性。那么，地球同步軌道有什么用呢？設(shè)想一下，如果我們想每天監(jiān)視地球上的同一個(gè)地方，我們的衛(wèi)星該放在哪兒？當(dāng)然是地球同步軌道。再如象俄羅斯，它處于高軌地區(qū)，常用的靜止軌道衛(wèi)星無法覆蓋，如果想實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信，地球同步軌道是再好的選擇。事實(shí)上，俄羅斯的“閃電”通信衛(wèi)星也正是這樣選擇運(yùn)行軌道的。地球資源衛(wèi)星的原理地球資源衛(wèi)星是一種中等高度的”太陽同步衛(wèi)星”，它的近地點(diǎn)是905公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)是918公里，所以軌道是近于圓形的；每103．267分鐘它就由北向南，又由南而北地圍繞．地球一周，一天要轉(zhuǎn)14圈，每隔25秒鐘就“拍”一張相片。不過，在地球背著太陽的那一面，它又會自動不“拍照”，你看，一天它該拍多少照片呀！因?yàn)榈厍蚴亲赞D(zhuǎn)的，103分鐘內(nèi)恰好向東轉(zhuǎn)了°，這就等于衛(wèi)星也向西跑了°，°有多遠(yuǎn)？地球的赤道周長是40075．24公里。也就是說，每隔103分鐘，衛(wèi)星就要在上一條軌道以西2875公里（指赤道附近，近兩極兩條軌道的距離當(dāng)然要縮短）拍照。在這段時(shí)間內(nèi)，太陽由東向西也移動了°，衛(wèi)星的軌道移動的距離正好和太陽一致了，所以把地球資源衛(wèi)星稱作“太陽同步衛(wèi)星”。按照設(shè)計(jì)，衛(wèi)星通過赤道的時(shí)間都是當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午9點(diǎn)30分，這正是陽光最柔和，最適合攝影的時(shí)間。地球資源衛(wèi)星每18天，轉(zhuǎn)251圈以后，就把地球各個(gè)部分都拍攝完了；然后再從第一條軌道開始工作，每18天就可以得到同一地區(qū)的相片。地球資源衛(wèi)星上帶有兩種“攝影”儀器（稱為傳感器），一是反光束導(dǎo)管電視攝像儀，類似電視攝像機(jī)；另一種是多光譜掃描儀，能把地面反射上