遥感卫星系列技术分析

遥感卫星通常由观测遥感器、数据记录装置、姿态控制系统、通信系统、电源系统、热控制系统等组成。遥感卫星的主要功能是：准确记录传感器的位置，可靠地获取探测对象的数据并将获取的数据传送到地面。为了实现这一目标，卫星位置和姿态的测量、观测仪器的监视、数据的传送等是非常重要的，所有这些在整体上构成了一个复杂的系统。

根据观测对象不同，遥感卫星分为气象遥感卫星系列、海洋遥感卫星系列和陆地遥感卫星系列。而陆地遥感卫星系列又分为低分辨率遥感卫星系列与高分辨率遥感卫星系列。前者以美国Landsat卫星和法国SPOT卫星为代表，后者高分遥感卫星以IKONOS卫星、QuickBird卫星为代表。下面分别对这些卫星给予介绍。

1.Landsat卫星

美国于1972在世界上第一次发射了第一颗陆地观测卫星LandSat-1，到目前为止，LandSat已经发射了8颗卫星。

LandSat-4/5号卫星上搭载的传感器为多光谱扫描仪（MSS），而LandSat-6/7搭载的是专题制图仪（TM）和增强型专题制图仪（ETM+）。LandSat-8搭载的新一代传感器陆地成像仪（OLI，Operational Land Imager），它们的波长设置基本相同，MSS和TM的波段设置见表3-1。这些传感器都采用光学机械扫描方式获取地面目标的图像。这些卫星的轨道高度基本在700～800 km，对地面的扫描宽度为185 km×185 km。LandSat-7于1999年4月发射成功，该卫星飞行高度为705 km，重访周期为16 d。星上搭载的是改进型的专题绘图仪ETM+和海洋观测宽视场传感器SeaWiFs（该传感器的分辨率为1.13km×4.5 km，带宽为2800 km）。ETM+是TM的增强型版本，增加了一个全色波段，即0.50～0.90 μm，并且地面分辨率提高为15 m，这种改进大大提高了对地面地物的识别和分类能力。

表3-1　MSS影像和TM影像的波段设置

TM影像数据是以景为单位的，一景数据对应地面上185 km×185 km的面积，各景的数据根据卫星轨道号和由中心纬度所确定的行号进行确定。这种用轨迹和行坐标确定每一景范围与位置的系统称为全球索引系统WRS（Worldwide Reference System）。使用者购买遥感影像时，需根据当地的地理坐标来确定对应的数据编号。同时，Landsat在世界各地设20多个地面接收站，利用这些接收站，把获得的数据下载下来。Landsat是目前利用最为广泛的地球观测卫星，主要用于陆地的资源勘察、环境监测等领域。

2.SPOT卫星

SPOT卫星是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。“SPOT”系法文Systeme Probatoire d’Observation dela Terre的缩写，意即地球观测系统。SPOT卫星数据由于其具有较高的地面分辨率、可侧视观测并生成立体像对和在短时间内可重复获取同一地区数据，因此优于Landsat卫星。

SPOT-1号卫星于1986年2月22日发射成功。轨道高度832 km，绕地球一周的平均时间为101.4 min，重复覆盖周期为26 d。卫星覆盖全球一次共需369条轨道。卫星上载有两台完全相同的高分辨率可见光遥感器（HRV），采用电荷耦合器件（CCD）的推帚式光电扫描仪，其地面分辨率全色波段为10 m，多波段为20 m。传感器以“双垂直”方式进行近似垂直扫描时，两台仪器共同覆盖一个宽117 km的区域，并且产生一对SPOT影像，这种交向观测可获得较高的重复覆盖率和立体像对，便于进行立体测图。SPOT卫星在设计与使用上有很多可以借鉴的地方。

SPOT-5于2002年5月4日发射，星上载有2台高分辨率几何成像仪（HRG）、1台高分辨率立体成像仪（HRS）、1台宽视域植被探测仪（VGT）等，空间分辨率最高可达2.5m，前后模式实时获得立体像对，运营性能有很大改善，在数据压缩、存储和传输等方面也均有显著提高。(www.xing528.com)

SPOT-6卫星于2012年9月9日发射，由欧洲的空间技术公司Astrium制造，该卫星的分辨率进一步提高，其全色波段为1.5 m，多光谱波段为6.0 m。该卫星包含一个全色波段和4个多光谱波段。SPOT-7卫星于2014年6月30日发射，该卫星性能指标与SPOT-6相同。SPOT-6和SPOT-7这两颗卫星每天的图像获取能力达到600万平方千米，面积大于欧盟成员国的总面积。这两颗卫星预计工作到2024年。SPOT-7具备多种成像模式，包括长条带、大区域、多点目标、双图立体和三图立体等，适合制作1∶25 000比例尺的地图。SPOT-6和SPOT-7与两颗昴宿星（Pleiades 1A和1B）组成四星星座，这四颗卫星处于同一个轨道平面，彼此之间相隔90°。该星座具备每日两次的重访能力，由SPOT卫星提供大范围普查图像，而Pleiades针对特定目标区域提供0.5 m的详查图像。

SPOT的一景影像对应地面上60 km×60 km的面积，各景位置根据GRS（SPOTGrid Reference System）由列号（K）和行号（J）的交点（节点）来确定。SPOT的数据被世界上14个地面站所接收，数据的应用目的和Landsat数据相同，以陆地监测为主。由于它的图像分辨率比Landsat高，同时因为是双机测量，因此可以进行立体观测和高程量测，也可以制作1∶5万的地形图。

3.IKONOS卫星与QuickBird卫星（高分影像卫星）

IKONOS卫星与QuickBird卫星都属于高分影像卫星（高空间分辨率卫星）。一般来说，当卫星的全色波段的分辨率小于等于1 m时，我们把这样的卫星称为高分卫星。

IKONOS卫星由美国Spacing Imaging公司在1999年9月24日发射成功。它是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1 m的卫星影像，而且开拓了一个新的、更快捷、更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。IKONOS卫星可采集1 m分辨率全色和4 m分辨率多光谱影像。该卫星的运行轨道为681 km的高度，重访周期为3 d，并且可从卫星直接向全球12个地面站传输数据。

QuickBird卫星于2001年10月18日由美国DigitalGlobe公司在美国范登堡空军基地发射，是世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，其卫星影像的全色分辨率进一步提高为0.61 m。

高分卫星是目前遥感发展的一个重要方向。各个国家发射的高分卫星也是多之又多。其中地面分辨率最高的当属GeoEye卫星，其全色波段的地面分辨率已经达到0.41 m。

GeoEye-1是美国地球眼卫星公司（GeoEye Inc）发射的第一颗卫星。GeoEye-1是一颗对地观测卫星，主要用于拍摄地面高分辨率的影像。2008年9月6日，GeoEye-1卫星由Delta-2运载火箭从美国范登堡空军基地发射。GeoEye卫星是美国地球眼公司发展的第二代高分辨率商业遥感卫星，是IKONOS卫星的替代产品。该卫星原名为OrbView-5，后来改为GeoEye-1。该卫星运行高度为681 km、倾角为98°，属于太阳同步轨道卫星。轨道周期98 min，重访周期小于3 d。卫星全色谱段为450～900 nm，分辨率为0.41 m；多光谱4个谱段，分别是450～510 nm、520～580 nm、655～690 nm和780～920 nm，分辨率为1.64 m。成像幅宽15.2 km。

图3-1为GeoEye-1拍摄的第一张遥感影像——位于美国宾夕法尼亚州的库茨敦大学（Kutztown University）的鸟瞰图。该影像如此清晰，已经可以和航空影像相媲美。

图3-1　GeoEye-1拍摄的第一张遥感影像