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  • 资源卫星

    资源卫星用于勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层,发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构,能普查农作物、森林、海洋、空气等资源,预报各种严重的自然灾害。

    编辑摘要

    目录

    资源卫星简介/资源卫星 编辑

    资源卫星资源卫星

    资源卫星利用星上装载的多光谱遥感设备,获取地面物体辐射或反射的多种波段电磁波信息,然后把这些信息发送给地面站。由于每种物体在不同光谱频段下的反射不一样,地面站接收到卫星信号后,便根据所掌握的各类物质的波谱特性,对这些信息进行处理、判读,从而得到各类资源的特征、分布和状态等详细资料,人们就可以免去四处奔波,实地勘测的辛苦了。

    资料卫星分类与起源/资源卫星 编辑


    资源卫星分为两类:一是陆地资源卫星,二是海洋资源卫星。陆地资源卫星以陆地勘测为主,而海洋资源卫星主要是寻找海洋资源。

    资源卫星一般采用太阳同步轨道运行,这能使卫星的轨道面每天顺地球自转方向转动1度,与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都能观测,又能使卫星在每天的同一时刻飞临某个地区,实现定时勘测。

    世界上第一颗陆地资源卫星是美国1972年7月23日发射的,名为“陆地卫星1号”。它采用近圆形太阳同步轨道,距地球920公里高,每天绕地球14圈。星上的摄像设备不断地拍下地球表面的情况, 每幅图象可覆盖地面近两万平方公里,是航空摄影的140倍。

    世界上第一颗海洋资源卫星也是美国于1978年6月发射的,名为“海洋卫星1号”。它装备有各种遥测设备,可在各种天气里观察海水特征, 测绘航线,录找鱼群,测量海浪、海风等。

    资源卫星示例/资源卫星 编辑

    资源卫星资源卫星
    资源卫星能够预报森林火灾,管理水利资料,测绘地图,估计农作物的产量,测量冰河的移动及大气与海洋污染等。现今更可用于帮助动物学家观测如北极熊等野生动物的生活习性。

    法国的史波特卫星(SPOT)

    1986年2 月法国成功的发射第一颗 SPOT 卫星 (SPOT-1),1990 年1月再发射第二颗 SPOT-2 。1993 年 8 月 SPOT-1 停止使用,9月底再次成功的发射 SPOT-3 卫星,但不幸於 1996 年 11 月失去联络,随后 SPOT-1 重新启用。 

    SPOT 系列卫星为太阳同步卫星,平均航高 832 公里,轨道与赤道倾斜角 98.77 ° ,绕地球一圈周期约 101.4 分,一天可转 14.2 圈,每 26 天通过同一地区, SPOT 卫星一天内所绕行的轨道,在赤道相邻两轨道最大距离 2823。6 公里,全球共有 369 个轨道。SPOT-1-3 卫星上有两组 HRV(High Resolution Visible) 感测器,每一组感测器分别拥有多光谱态 (XS) 及全色态 (PAN) 两种模式。多光谱之三个波段分别为绿光段 (XS1 : 0.5 m m – 0.59 m m) ,红光段 (XS2 : 0.61 m m – 0.68 m m) 与近红外光段 (XS3 : 0.79 m m – 0.89 m m) ,而全色态的波长范围则在 0.50 m m – 0.73 m m 。每一组 HRV 之每一波段皆有 6000 个 CCD 。其中全色态每一个 CCD 对应一个像元,多光谱态每一像元由两个 CCD 之资料相加平均而组成。每一组 HRV 之视野角  (Field of View) 为 4.25 度。

    SPOT-4 号卫星

    于 1998 年 3 月 24 日发射升空,其最大的特点在于新增的短波红外线波段 (SWIR,Short-Wave Infrared) ,以及一个专用于地表植被分析研究的仪器 VI(Vegetation Instrument) 。新的 SWIR 波段有助於对地物景观进行较以往更深入的分析判读, SWIR 波段比原有的波段 ( 绿光 / 红光 / 近红外光 ) ,具备更强的大气穿透能力,因此可使得卫星影像上的地物地貌更加清晰。藉由 SWIR 波段更高的亮度对比特性,地表的水线和湖泊等均可以鲜明锐利地呈现出来。此外,土壤与植物的湿度亦能从此波段之灰阶亮度中分析出,可以更容易地达成有关土壤种类判释和植被农作物生长阶段的监控。

    SPOT-5 号卫星

    于 2002 年 5 月 4 日发射升空,拥有 3 种光学仪器分别为两个 HRG , VI ,以及 HRS 。其中 VI 与 SPOT-4 相同,而每一个 HRG 仪器分别拥有两个全光谱影像 (HM) ,一个多光谱影像 (HI) ,以及一个短波红外线波段 (SWIR) 影像。其中, HM 有 12000 个 CCD 空间解析度为 5 公尺, HI 有 6000 个 CCD 空间解析度为 10 公尺,而 SWIR 则有 3000 个 CCD 空间解析度为 20 公尺。若利用两组 HRG 感测器同时拍摄 HM 资料,再经过影像融合处理可以提升其空间解析度到 2.5 公尺,称为超解像模式 (Supermode) 影像,而像幅宽度仍维持为 60 公里,是目前中高解析度卫星中,幅宽最广之卫星资料。此外,在定位精度方面,过去 SPOT-1~4 卫星利用载体轨道参数所得到之 绝对定位误差约为 1000 公尺 ,而 SPOT-5 卫星利用 Start Tracker 与 DORIS 系统进行姿态与轨道位置之定位,在未使用地面控制点且为平坦地形之绝对定位精度已可提高到 50 公尺。另外, HRS 为立体观测感测器,专为制作数值地形模型而设计,其拍摄范围为 120 公里 ( 宽 ) x 600 公里 ( 长 ) ,拍摄方式为同轨立体,如图 B.2 所示,以便获取相同大气状况之立体影像。其空间解析度为 10 公尺  (Across Track) x 10 公 尺 (Along Track) ,并且在沿轨道方向重复取样 (Over Sampling)5 公尺。由于此感测器之观测视角固定为 40 度,使得基线航高比 (B/H) 可高达 0.84 ,加上高精度之轨道参数,在平坦地形且未使用地面控制点之情况下,所制作之数值地形模型其定位精度约可达 15 公尺。

    福尔摩沙卫星二号 (FORMOSAT-2)

    福尔摩沙卫星二号 ( 福卫二号 ) 已于2004 年 5 月 21 日 成功发射, 为我国第一个自主性遥测与科学卫星,是由国家实验研究院国家太空计画室所主导,为国家太空计画第一期十五年计画中之主要任务之一。福尔摩沙卫星二号具有资源探测与科学研究双重任务,其资源探测任务是以满足台湾地区之需求为主,其每日再访率与高空间解析度的设计,是福尔摩沙卫星二号优于其他商业遥测卫星的地方。其应用领域可包含土地利用与变迁 , 农林规划 , 环境监控 , 灾害评估以及科学研究与教育等方面,预期将带动国内遥测技术之开发及提升遥测应用之层级。

    福尔摩沙卫星二号,其质量约为 750 公斤 ( 含酬载及燃料 ) ,轨道高 891 公里 ,属於太阳同步卫星。轨道面固定,每日通过台湾海峡上空,具左右各 45 ° 之倾斜拍摄之能力。每日绕地球飞行 14 圈,地面轨迹 (Ground Track) 将通过台湾海峡上空,可一次拍摄八分钟的资料。其全色态解析度在 0 ° ~45 ° 之倾角下约为 2~ 4.5 公尺 ,在飞行方向则约为 2~ 3 公尺 。多光谱态有四个波段,即蓝光段,绿光段,红光段及近红外光段,具 8 公尺 解析度,扫瞄宽度为 24 公里 。福尔摩沙卫星二号之摄影模式为卫星本体旋转 (Body Rotation) 同步取样方式,可以向前,向后观测方式进行立体摄影,以进一步获取数值地形模型 (Digital Terrain Model, DTM) 资料。

    欧洲资源卫星 (ERS-1 / 2 )

    欧洲太空总署 (European Space Agency , ESA) 于 1991 年 7 月发射 ERS-1 卫星,于1995 年又发射 ERS-2 卫星。目前仅余 ERS-2 卫星仍在运作。 ERS-1 及 ERS-2 是以太阳同步轨道运行,轨道高度约为 785 公里 ,轨道倾斜角约为 98.5 ° ,轨道周期目前是以 35 天为一周期运作。其上所酬载之合成口径雷达影像 (SAR) 系统,是以 23 ° 入射角斜视地面物摄取雷达回波资料,扫瞄轨迹宽约为 100 公里 ,其一幅影像大小约为 100 公里 × 100 公里 ,解析度约为 30 公尺 ,扫瞄轨迹中心距离卫星轨道投影中心约为 294 公里 。

    美国大地卫星五号(Landsat 5)

     Landsat 5于1984年 3月1日升空,亦为太阳同步地球资源卫星,在赤道上空 705公里,高度运转倾斜角为98.2度。每次约上午 9点42分,由北向南南越赤道,绕地球一圈周期约98.9分,每天绕行约14圈,每16天扫瞄同一地区。全球共有 233个轨道,以Landsat 所定义之全球参考系统( WRS)表示,定为Path, Row座标系,台湾地区处Path 117-118,Row 42-45。Landsat 扫瞄覆盖地面每一像幅(SCENE)约 185Km×170Km,扫瞄一个像幅约费时 26.31秒,在赤道附近相邻两张影像重叠量为百分之 7.3,愈向两极重叠愈多,在台湾地区重叠约百分之14。

     Landsat TM(Thematic Mapper)有 7个波段,其中1-5和 7的IFOV(Instantaneous Field of View)为43μrad相当地面解析力30公尺×30公尺(为可见光及近红外光),波段 6的IFOV为 170μrad,6相当地面解析力为 120公尺(为热红外光波段)。TM以垂直飞行方向做来回扫瞄,扫瞄张角为14.7度,相当地面 185公里宽,每个像幅有5996行扫瞄线,每行有6320像点。1993年十月间发射失败的 Landsat 6,主要之特色为另添单色ETM(Enhanced Thematic Mapper)感测器,地面解析度达 15公尺× 15公尺,是由美国EOSAT公司负责操作,美国将於1996发射Landsat 7号取代之。

    GPS卫星

    原是美国国防部为了军事定时,定位与导航的目的所发展,希望以卫星导航为基础的技术可构成主要的无线电导航系统,未来并能满足下一个世纪的应用。第一颗GPS卫星在1978年发射,首十颗卫星称为BLOCK I试验型卫星,从1989年到1993年所发射的卫星称为BLOCK II/IIA量产型卫星,第二十四颗BLOCK II/IIA卫星在1994年发射后,GPS已达到初步操作能力(Initial Operational Capability,IOC),24颗GPS卫星提供全世界24小时全天候的定位与导航资讯。美国空军太空司令部于1995年4月27号宣布GPS已达到完整操作能力(Full Operational Capability),将BLOCK I卫星加以汰换而24颗卫星全部为BLOCK II/IIA卫星,之后又发射四颗BLOCK IIA及一颗BLOCK IIR卫星,成功地满足军事实务的操作。

    加拿大「Radarsat」卫星

    加拿大雷达卫星(Radarsat)于1995 年11月发射,倾角98.6度,轨道高度为790公里,其为商用及科学用的雷达系统,主要探测目标为冰河,同时还考虑到陆地成像,以便应用於农业地质等领域。该系统有5种波束工作模式,即:标准波束模式,入射角20° 49°,成像宽度100公里,距离及方位解析度为25m x 28m;宽辐射波束,入射角20° 40°,成像宽度及空间解析度分别为150公里和28mx35m;奅高解析度波束,三种参数依此为37° 48°,45公里及10m x 10m;妵扫描雷达波束,该模式具有对全球快速成像能力,成像宽度大(300公里或500公里),解析度较低(50m x 50m或100m x 100m),入射角为20° 49°;妺试验波束,该模式最大特点为入射角大,且变化幅度小49° 59°,成像宽度及解析度分别为75公里及28m x 30m。

    长曲棍球(LACROSSE/VEGA)雷达成像侦察卫星系列

    其设计寿命8年,倾角57~68度,轨道高度为670~703 公里,雷达的几何解析度为30cm~3m。其酬载之合成孔径雷达能以标准,宽扫,精扫及试验等多种波束模式对地面轨迹两侧的目标成像,这些不同的波束模式各有各的独特用途。前两颗卫星以标准模式成像时解析度为3m,以精扫模式成像时解析度为1m,而后两颗改进型卫星的精扫模式解析度已提升至30cm。

    中国资源卫星系列/资源卫星 编辑

    中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准,在中国资源一号原方案基础上,由中、巴两国共同投

    资源卫星资源卫星
    资,联合研制的卫星(代号CBERS)。并规定CBRES投入运行后,由两国共同使用。
       
    资源一号卫星(CBERS-1)于1999年升空,它是我国第一代传输型地球资源卫星,星上三种遥感相机可昼夜观测地球,利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站,经加工、处理成各种所需的图片,供各类用户使用。

    CBERS-02星是01星的接替星,其功能、组成、平台、有效载荷和性能指标的标称参数等与01星相同。02星于2003年10月21日在太原卫星发射中心发射升空,经在轨测试后于2004年2月12日投入应用运行。目前02星仍在轨道上正常运行。目前,资源一号卫星02星数据网上免费分发,用户可以申请使用。

    中国资源二号卫星是传输型遥感卫星,主要用于国土资源勘查、环境监测与保护、城市规划、农作物估产、防灾减灾和空间科学试验等领域。中国曾于2000年9月1日和2002年l0月27日分别发射这个型号的01星和02星。这两颗卫星至今仍在轨正常运行,已发回了大量数据。2004年11月6日上午,中国自行研制的“中国资源二号”03星在太原卫星发射中心由“长征”四号乙运载火箭送入太空。03星的总体性能和技术水平与前两颗相比,有了改进和提高。今后一段时间内,太空将呈现“中国资源二号三星高照”的态势。

    资源卫星在什么轨道/资源卫星 编辑

    它们通常运行在太阳同步轨道上。那么什么是太阳同步轨道?这种轨道又有什么好处?
      
    太阳同步轨道的理论定义是:轨道平面进动方向与地球公转方向大致相同,进动角速率等于地球公转平均角速率(0.9856度/日或360度/年)的人造地球卫星轨道。其实,说简单一点,就是能保证卫星每天以相同方向经过同一纬度的当地上空的轨道。因为,我们知道,卫星运行的周期是由的处的轨道决定的,因此,这样的轨道是可以确定的。
      
    选择太阳同步轨道,能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区,这当然便于我们获得最好的太阳光条件,从而得到高质量的地面目标图像,这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。
      
    茫茫星空,有心人会发现,有些卫星几乎总是在同一时刻出现的天空中的同一位置,奇怪吗?其实一点也不奇怪,因为它们处在地球同步轨道上。
      
    所谓地球同步轨道,就是沿这个轨道走一圈所需的时间恰好与地球自转的周期(23小时56分4秒)相同。也许有人会说,那么如果走得速度快慢不一,那得到的时间不也就不同了吗。其实,按照天体运行规律,每条轨道上运行的物体的速度是固定的。因此,不用担心会出现时间上的不一致性。 
     
    那么,地球同步轨道有什么用呢?设想一下,如果我们想每天监视地球上的同一个地方,我们的卫星该放在哪儿?当然是地球同步轨道。再如象俄罗斯,它处于高轨地区,常用的静止轨道卫星无法覆盖,如果想实现卫星通信,地球同步轨道是再好的选择。事实上,俄罗斯的“闪电”通信卫星也正是这样选择运行轨道的。

    地球资源卫星的原理/资源卫星 编辑

    地球资源卫星是一种中等高度的”太阳同步卫星”,它的近地点是905公里,远地点是918公里,所以轨道是近于圆形的;每103.267分钟它就由北向南,又由南而北地围绕.地球一周,一天要转14圈,每隔25秒钟就“拍”一张相片。不过,在地球背着太阳的那一面,它又会自动不“拍照”,你看,一天它该拍多少照片呀!因为地球是自转的,103分钟内恰好向东转了25.8°,这就等于卫星也向西跑了25.8°,25.8°有多远?地球的赤道周长是40075.24公里。也就是说,每隔103分钟,卫星就要在上一条轨道以西2875公里(指赤道附近,近两极两条轨道的距离当然要缩短)拍照。在这段时间内,太阳由东向西也移动了25.8°,卫星的轨道移动的距离正好和太阳一致了,所以把地球资源卫星称作“太阳同步卫星”。按照设计,卫星通过赤道的时间都是当地时间上午9点30分,这正是阳光最柔和,最适合摄影的时间。地球资源卫星每18天,转251圈以后,就把地球各个部分都拍摄完了;然后再从第一条轨道开始工作,每18天就可以得到同一地区的相片。

    地球资源卫星上带有两种“摄影”仪器(称为传感器),一是反光束导管电视摄像仪,类似电视摄像机;另一种是多光谱扫描仪,能把地面反射上来的电磁波按波长分开,记录下来。这些仪器接收到的光讯号都经过转换,变成电压讯号记录在磁带上,等到卫星经过地面接收站上空,地面站又用磁带把它发射回来的电压讯号记录下来,再经过电子计算机处理,把它变成光学讯号,在感光材料上重新成像,这就是卫星相片。每张卫星相片所拍摄的范围是34225平方公里,相当于1000-。10000张航空象片的范围,而且它还不会象飞机那样,受到气候条件、地形起伏等因素而影响飞行,因此,它自然要比用飞机调查快得多、省得多。而单纯的地面调查工作的效率和它比起来,更是望尘莫及了。

    至于对调查迅速变化的自然现象,如火山喷发、河水泛滥、河口海岸的变迁,以至农作物的长势,资源卫星都是一个优秀的“监察员”。

    正因遥感技术具有这些优点,现在已广泛运用在寻找矿产、工程勘察、预报火山喷发地震、森林调查和森林防火、估计农作物的产量,甚至还可测定大陆间的移动距离哩。

    那么,是不是有了遥感技术就可以取代地面工作和其他方法呢?不行,即使在将来,也还需要地面工作,当用遥感技术探得资源后,还要在重点关键地区作深入研究,必须空间和地面相结合,才可以达到节省人力、物力和时间,加强深入研究的效果。

    第一颗资源卫星/资源卫星 编辑

    世界上第一颗陆地资源卫星是美国1972年7月23日发射的,名为“陆地卫星1号”。它采用近圆形太阳同步轨道,距地球920公里高,每天绕地球14圈。星上的摄像设备不断地拍下地球表面的情况, 每幅图象可覆盖地面近两万平方公里,是航空摄影的140倍。

    世界上第一颗海洋资源卫星也是美国于1978年6月发射的,名为“海洋卫星1号”。它装备有各种遥测设备,可在各种天气里观察海水特征, 测绘航线,录找鱼群,测量海浪、海风等。

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