全球高分辨率对地观测卫星对比剖析

随着认识地球、研究地球的深入，人类逐渐将视点从地面、低空扩展到太空，对地球的观测也越来越对连续性、快速性、精确性等提出了更高要求。高分辨率对地观测卫星随之进入了人类的视野，它们个个“身怀绝技”，以便更全面、更清楚、更深刻地了解地球及其周围环境，成为人类在太空安装的高效“监控眼”。<p>　　<strong>高分市场军用领跑</strong></p><p>　　简单来讲，高分辨率对地观测卫星可以划分为军用和民用两类用途，而且二者都有广阔的应用市场。</p><p>　　军用遥感卫星和民用遥感卫星在原理上并无二致，主要区别体现在卫星所使用的谱段和对地面分辨率要求上的差异。军用遥感卫星主要在可见光或近红外谱段成像，分辨率优于1米。也正因此，军用遥感卫星大部分都属于高分辨率对地观测卫星，只有少数用于普查的军用遥感卫星为了提高时间分辨率，而选择较高的运行轨道，从而使得卫星的空间分辨率有所减弱。与之相比，民用遥感卫星则主要在多光谱成像，以便识别地面各种特征，其分辨率高低差异参差不齐，但其总体水平普遍在军用卫星之下。</p><p>　　在军用高分辨率光学成像遥感卫星领域，美国锁眼12号卫星最为突出。它采用了大面阵探测器、大型反射望远镜系统、数字成像系统、自适应光学成像技术、实时图像传输技术等，镜头口径3米，焦距27米，分辨率达0.1米。而法国太阳神2号a、b卫星分辨率达0.5米，其军民两用光学成像遥感卫星“昴宿星”的分辨率达0.7米。以色列最先进的地平线9号小型光学成像遥感卫星分辨率达0.5米。日本现役的第二代光学成像“情报收集卫星”分辨率则为0.6米。</p><p>　　在军用高分辨率雷达成像遥感卫星领域，美国“长曲棍球”卫星堪称“老大”，其分辨率达0.3米。该卫星的设计特点是装有巨大的合成孔径雷达天线和太阳能电池帆板，卫星装载的高分辨率合成孔径雷达能以多种波束模式对地面目标成像，使“长曲棍球”不仅能全天候、全天时工作，还可以发现伪装的武器和识别假目标，甚至能穿透干燥的地表，发现藏在地下一定深度的设施，并对活动目标有一定跟踪能力。德国的军用卫星“合成孔径雷达-放大镜”和意大利的军民两用卫星“宇宙-地中海”，分辨率分别能达到0.5米和1米。此外，分辨率达1米的还有日本现役的第二代雷达成像“情报收集卫星”、以色列的“技术合成孔径雷达”卫星、印度军民两用的雷达成像卫星1号、2号等。</p><p>　　未来，高分辨率对地观测卫星的发展趋势之一就是要进一步提高空间分辨率，采用分布式星座缩短卫星的重访周期；其次，要继续扩大视场宽度，提高卫星的时间分辨率；再次，积极发展小型、低成本和可应急发射的军民两用高分辨率对地观测卫星，建造两用卫星混编星座，提高对地观测效率等等。</p><p>　　<strong>民用领域多国角逐</strong></p><p>　　随着经济建设和社会发展的步伐不断加快，人类对遥感卫星的空间分辨率要求越来越高，所以高分辨率对地观测卫星的发射数量和研制国家正日益增多。一般来讲，分辨率约2米的民用遥感卫星都可进入民用高分辨率对地观测卫星的范畴。</p><p>　　近年来，高分辨率对地观测卫星的发射数量已占遥感卫星发射总数的约41%，而且其有效占比有继续增加的趋势。单从这一点，说人类对地观测已经进入高分卫星时代，一点都不夸张。美国、德国、印度、以色列和俄罗斯等国都在积极发展民用高分辨率对地观测卫星。</p><p>　　美国高分辨率对地观测卫星大多是小型商用卫星，有多个型号：艾科诺斯2号卫星的分辨率为0.82米，幅宽11.3千米；快鸟2号卫星的分辨率为0.61米，幅宽16.5千米；地球之眼1号卫星的分辨率为0.41米，幅宽15.2千米；世界观测2号卫星的分辨率为0.46米，幅宽16.4千米。这些卫星在服务民用的同时，也都可以兼顾军事用途。</p><p>　　2012年9月9日，法国首颗第4代“斯波特”——斯波特6号卫星成功入轨。作为光学成像卫星，斯波特6号卫星只有800千克，设计寿命长达10年，分辨率可达2.5米，幅宽60千米，并能同轨立体成像。该星上有两台高分辨率相机，每天成像范围达250万平方千米。虽然单从分辨率和幅宽来讲与第3代“斯波特”所差无几，但斯波特6号卫星更加敏捷，能执行快速反应任务，每天上传6个任务计划，获取无云图像。它们与两颗已上天的法国“昴宿星”形成互补(“昴宿星”虽然分辨率高达0.7米，但幅宽只有20千米)，满足多样化任务需求，保持系统的宽覆盖能力和图像数据的连续性。</p><p>　　“陆地合成孔径雷达-x”是德国民用和商用高分辨率雷达成像卫星，也是世界首个高精度干涉合成孔径雷达卫星系统，分辨率优于1米，现广泛用于农林管理、地质调查、海事监测等领域。</p><p>　　印度拥有4颗“制图”系列高分辨率对地观测卫星，分别是制图卫星1号、制图卫星2号和制图卫星2号a、b星，其最高分辨率达到1米。同时，印度正在研制中的制图卫星3号的分辨率有望达到0.3米。</p><p>　　以色列地球资源观测系统-b卫星运行在距离地面540千米高的太阳同步轨道上，观测周期为4天，分辨率约为0.7米，设计寿命6年。星上相机的观测角变化范围为±45°，正因为有较大的相机观测角变化范围，它才有能力获得较多的立体像对。</p><p>　　俄罗斯新一代民用高分辨率光学成像卫星——资源-dk的分辨率为1米，其正在研制的资源-p卫星的分辨率为0.4米。</p><p>　　2012年，韩国阿里郎3号多用途卫星升空。它载有光学相机，能够拍摄0.7米高分辨率照片。今年，韩国也在计划发射1米分辨率的雷达卫星。</p><p>　　不难发现，各国正你追我赶地发展高分辨率对地观测卫星，并希望在此领域有所斩获。</p><p>　　<strong>未来发展空间很大</strong></p><p>　　目前，航空航天遥感正向高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、多极化、多角度的方向迅猛发展。</p><p>　　我国在发展高分辨率对地观测卫星方面起步晚了几十年。作为高分辨率对地观测系统的首发星，高分一号卫星突破了高空间分辨率、多光谱与宽覆盖相结合的光学遥感等关键技术，分辨率可达2米，经过相机多角度视场拼接，优于16米分辨率的视场可达800多千米，4天即可完成一次重访，在分辨率和幅宽的综合指标上达到了目前国内外民用光学遥感卫星的领先水平。</p><p>　　虽然在高分辨率对地观测系统建设方面，我国较之国外一些国家起步晚，但较高的起点使我国在技术上掌握了主动权，为下一步实现跨越式发展奠定了基础。</p><p>　　首先是空间分辨率上的绝对差距。目前全球民用高分辨率对地观测卫星中，空间分辨率最高的卫星当属美国的地球之眼1号卫星，可以达到0.41米，而高分一号存在一定差距，在技术突破和创新跨越等方面尚待提高。</p><p>　　其次，在图像质量上也有较大进步空间。一方面在卫星设计上还需要进一步研究和深化，继续从相机本身和整星角度考虑如何继续提高相机的成像质量；另一方面，要大力提升地面短板，通过定标场的建设来提升图像的校准能力，从而进一步提升图像质量。</p><p>　　当然，卫星能力也还存在差距。国外高分辨率对地观测卫星的重量更轻巧、寿命更长久，同时卫星的姿态敏捷能力非常高，工作更加灵活。而这些连同星上关键产品的国产化和质量，都是我国高分辨率对地观测卫星在未来研制攻关中需要重点突破的一些难题。</p><p>　　从事高分辨率对地观测系统建设的专家们对此持乐观态度，他们认为，凭借当前我国航天的技术实力，缩小与国外在高分卫星方面的技术差距，指日可待。（刘斐 庞之浩）</p><br />