韩国遥感卫星系统发展及应用现状

航天 · 2016-11-22 23:42:13

一、韩国遥感卫星系统发展现状　　　　1．空间段　　遥感卫星是韩国卫星领域的发展重点，自1994年启动韩国多用途卫星-1（KOMPSAT-1）首个遥感卫星项目以来，迄今共发展了低地球轨道（LEO）的“韩国多用途卫星”（KOMPSAT）和静止轨道（GEO）的“静止轨道多用途卫星”（GEO KOMPSAT）两大系列，形成了高低轨结合、高分辨率光学成像和雷达成像结合的遥感卫星系统。　　（1）低轨道韩国多用途卫星（KOMPSAT）系列　　韩国低轨KOMPSAT系列卫星包括光学和雷达成像两类卫星。其中，光学成像系列已发射KOMPSAT-1/2/3共3颗卫星，KOMPSAT-3A即将发射。雷达成像系列已发射KOMPSAT-5，后续型号KOMPSAT-6目前在研。　　KOMPSAT-1卫星是低轨道光学成像卫星，于1999年12月21日由美国轨道科学公司的“金牛座”运载火箭发射，卫星设计寿命3年，实际运行超过8年。KOMPSAT-1卫星由美国汤普森-拉莫-伍尔德里奇（TRW）公司（现并入诺思罗普-格鲁曼公司）研制，卫星搭载的主要载荷为全色分辨率6.6m、幅宽17km的“光电相机”（EOC）和6通道、光谱范围0.4—0.9μm、地面分辨率1km、幅宽800km的“海洋多光谱扫描成像仪”。　　KOMPSAT-2卫星是低轨道光学成像卫星，于2006年7月28日由俄罗斯“隆声”运载火箭发射，卫星设计寿命3年，目前仍在超期服役中。KOMPSAT-2卫星平台由韩国研制，主要有效载荷“多光谱相机”（MSC）由韩国和以色列合作研制，“多光谱相机”具有自动标称成像模式和立体成像模式。该星发射使韩国成为世界第7个具备1m分辨率光学成像能力的国家。　　KOMPSAT-3卫星用于接替KOMPSAT-2卫星，执行高分辨率成像和测绘任务，于2012年5月17日由日本H-2A运载火箭发射，卫星设计寿命4年。卫星有效载荷由阿斯特里姆德国公司协助研制，是1台名为“先进地球成像系统”（AEISS）的高分辨率推扫成像仪，全色和多光谱分辨率分别达到0.7m和2.8m。　　KOMPSAT-5卫星是韩国首颗合成孔径雷达（SAR）成像卫星，于2013年8月由俄罗斯“第聂伯”运载火箭发射，卫星设计寿命5年。该星发射使韩国具备全天时、全天候地球观测能力，并使韩国成为世界第7个具备1m分辨率空间雷达成像能力的国家。卫星主有效载荷“合成孔径雷达仪”（COSI）由泰雷兹-阿莱尼亚空间公司研制，采用聚束、条带和扫描SAR三种模式对地成像，最高分辨率1m，幅宽5—100km。　　此外，KOMPSAT-3卫星的增强版KOMPSAT-3A卫星将于2015年3月发射，将是KOMPSAT系列中首颗具备红外成像能力的卫星，KOMPSAT-3A卫星全色、多光谱和红外分辨率将分别达到0.55m、2.2m和5.5m。KOMPSAT-5的后续星KOMPSAT-6目前在研，计划于2019年发射，分辨率将优于0.7m。　　KOMPSAT系列卫星性能指标见表1，图1为KOMPSAT-2/3卫星图像对比。　　表1 KOMPSAT系列卫星性能指标

（2）静止轨道多用途卫星（GEOKOMPSAT）系列　　除了低轨道的KOMPSAT系列卫星，韩国还发展了GEO KOMPSAT系列，用于提供朝鲜半岛及周边区域的气象和海洋监测。GEO KOMPSAT系列的首颗卫星是“通信、海洋和气象卫星（COMS，又名“千里眼”卫星），于2010年6月26日由阿里安-5运载火箭发射（图2）。其后续的静止轨道多用途卫星-2（GEO KOMPSAT-2）项目已启动研制，包含2颗卫星，分别是一颗静止轨道气象卫星GEO KOMPSAT-2A和一颗静止轨道海洋与环境卫星GEO KOMPSAT-2B，计划分别于2018年和2019年发射。　　COMS卫星采用欧洲星-E3000平台，发射质量约2460kg，设计寿命7年，定点在东经128.2°。COMS卫星共搭载Ka频段通信载荷、地球静止海洋水色成像仪（GOCI）和气象成像仪（MI）三个有效载荷。GOCI和MI由阿斯特里姆公司研制，GOCI是世界首台静止轨道海洋水色成像仪，空间分辨率为500m×500m，覆盖范围不小于2500km×2500km，谱段为0.4—0.9μm。GOCI可监测朝鲜半岛周边海洋环境和海洋生态，还可提供海岸带资源管理和渔业信息等（每小时获取一次信息）。MI可提供5个通道的图像和地球表面云层辐射资料，每隔15min可传送高清晰气象资料，恶劣气象和灾害天气时，最快可每隔8 min发送有关信息。

图2 COMS卫星在轨示意图　　2．地面段　　韩国遥感卫星的地面设施主要包括卫星运营控制站、遥感卫星数据接收与处理站、定标与验证场等。KOMPSAT和GEO KOMPSAT系列卫星的主运营控制站和KOMPSAT系列卫星数据接收与处理站都设于位于韩国大田广域市的韩国航空宇宙研究院（KARI）内；韩国国家气象卫星中心（MSC）、韩国海洋卫星中心（KOSC）分别负责接收和处理气象数据和海洋数据。同时，韩国使用挪威康斯贝格卫星服务公司（KSAT）位于斯瓦尔巴特群岛（Svalbard）的地面接收站；韩国在蒙古国境内使用一处定标与验证场。　　二、韩国遥感卫星应用现状　　1．遥感卫星数据政策及管理、分发与应用体系　　KOMPSAT-1发射后，韩国科技部于2001年3月发布了《卫星数据保安管理规定》（科技部令第71号），将卫星图像数据分为非公开、限制公开和公开3类；KOMPSAT-2发射前，韩国于2004年7月制定了《KOMPSAT-2卫星图像数据分发与应用计划》。　　此后，韩国教育科技部发布《卫星数据分发与应用规定》，明确了韩国遥感卫星数据接收、处理和分发部门等。根据《规定》，KOMPSAT系列的卫星数据由韩国未来创造科学部（简称“未来部”）所属KARI负责接收和处理，并由KARI向韩国政府部门、地方行政机构和科研机构等进行数据分发，此外，KOMPSAT系列卫星数据由选定的代理商面向国内外企业和机构等进行商业销售。COMS卫星的气象载荷数据由韩国气象厅所属国家气象卫星中心负责接收和处理，并由其面向韩国政府部门、科研机构、企业和个人进行数据分发；COMS卫星海洋载荷数据由韩国海洋水产部所属海洋卫星中心负责接收和处理，并由其面向韩国政府部门、科研机构、企业和个人进行数据分发（图3）。

图3 韩国遥感卫星数据管理、分发与应用体系　　2．主要业务应用　　韩国遥感卫星数据广泛应用于制图、国土资源管理、环境监测和灾害管理、国家安全等领域。通过在轨的KOMPSAT-2、3和5卫星，可实现对朝鲜半岛区域每天3～４次观测；通过在轨运营的COMS卫星，可实现对朝鲜半岛及周边国家的气象观测和海洋环境监视。　　目前，韩国政府部门对遥感卫星数据的业务应用主要集中在以下领域：　　灾害管理领域：由韩国安全行政部及其所属国立灾难安全研究院，以及相关政府部门和机构共同负责，主要应用包括山林火灾、洪涝、干旱、雪暴、沙尘暴风、赤潮等方面的自然灾害监测与应对管理等；　　国土与资源管理领域：韩国国土交通部应用遥感卫星数据进行地图绘制和更新，韩国环境部应用遥感卫星数据绘制土地覆盖图，韩国统计厅负责利用遥感技术进行耕地面积调查，韩国农林水产食品部所属农村振兴厅负责应用遥感卫星数据进行农作物估产和农作物受灾分析等；　　气象与海洋观测领域：持续进行气象观测，持续监测朝鲜半岛周边海洋环境和海洋生态，提供海岸带资源管理和渔业信息等。　　（1）耕地面积调查　　KOPSAT-2卫星成功发射后，韩国政府进一步推进本国遥感卫星数据的业务化应用。农业统计领域，韩国于2008年6月制定了《基于遥感技术的农业统计中长期规划》，《规划》指出，为促进农业调查统计方法的现代化，提高农业统计的效率和准确性，将采用遥感技术，利用航空影像和卫星图像数据开展耕地面积调查等业务。韩国于2008年、2009年和2010年分别就美国、中国和欧洲利用遥感技术及遥感卫星数据开展农业统计（耕地面积调查、农作物栽培面积调查、农作物估产等）的情况进行了调研。韩国统计厅推进应用遥感技术开展耕地面积调查的示范项目，包括：2008年12月完成对韩国京畿道金浦市、忠清南道燕岐郡、全罗北道金堤市三个市郡的耕地面积调查；2009年12月完成对韩国京畿道龙仁市、全罗北道扶安郡、庆尚南道昌原市等五个市郡的耕地面积调查。图4为金浦市的卫星影像图和分类图（卫星数据判读结果）。金浦市分类图中，黄色区域代表水田，浅绿色代表旱田，深绿色代表山林，等等。

图4 金浦市卫星影像图和分类图　　2012年，韩国统计厅首次组织实施了基于卫星图像数据的全国范围的耕地面积调查，主要利用KARI提供的KOMPSAT-2卫星图像数据以及部分国外遥感卫星数据。　　（2）赤潮监测　　2013年7至8月间，韩国南部沿海发生了较为严重的赤潮灾害。在此期间，韩国相关部门利用COMS卫星进行监测，韩国海洋卫星中心、韩国国立水产科学院和行政安全部所属国立灾难安全研究院共同利用COMS卫星GOCI拍摄的图像数据进行分析，判断赤潮灾害的程度及移动趋势等，及时向相关政府部门提供决策信息。7月18日，韩国国立水产科学院发布了赤潮预警，涉及海域包括全罗南道丽水市附近海域和庆尚南道统营市附近海域等南海岸一带；之后于20日将涉及海域扩大到高兴郡和巨济市；7月23日，将赤潮预警升级为赤潮警报。　　利用COMS卫星海洋水色成像仪（3个通道谱段中心波长分别为680μm、555μm和443μm）测量海水叶绿素浓度及异常变化，绘制红绿蓝（RGB）合成图像。图5中，蓝色、红色标识区域分别代表7月22日和8月6日的赤潮灾害发生区域，赤潮发生面积从7月22日的291.5km2扩大至8月6日的350.49km2，赤潮从南海岸向东海岸移动。

图5 利用COMS卫星图像数据进行赤潮灾害分析　　（3）山林火灾监测　　气象卫星除了可以观测气象，而且在非气象领域的应用也非常广泛，包括山林火灾、洪涝、干旱、雪暴、沙尘暴等方面的自然灾害监测。应用气象卫星对热源具有探测能力的特点开展山林火灾监测工作，是气象卫星在非气象领域应用的一个重要方面。韩国利用COMS卫星的气象载荷进行了山林火灾监测。　　由于百年一遇的高温及大风气象条件，2013年3月9日至10日，韩国全境发生了多起山林火灾。在此期间，韩国相关部门利用COMS卫星数据进行了山林火灾监测，为发现火情、制定扑火方案、具体指导扑火，提供了大量准确、可靠的信息。图6左图和右图分别为COMS卫星于2013年3月9日14时16分和10日13时16分拍摄的图像，左图显示当时韩国境内庆尚北道奉化郡、浦项市和庆尚南道陕川郡三个地区发生山林火情，右图显示当时韩国境内庆尚北道青松郡和庆尚南道居昌郡两个地区发生山林火情。

图6 利用COMS卫星图监测山林火灾　　3．商业化发展　　韩国政府及相关机构在积极促进本国遥感卫星业务化应用的同时，积极促进卫星遥感应用的商业化、国际化发展。KOMPSAT-2发射后，2007年，韩国选取KAI Image Ltd公司为KOMPSAT-2卫星数据在韩国国内及美国、中东地区商业销售的总代理，选取SPOT IMAGE Ltd.公司为除美国和中东地区以外的全球销售总代理。2007年6月至2013年6月，KOMPSAT-2卫星数据销售收入约合1361万美元。2012年底，在上述代理协议期满后，KARI选取韩国SI公司为KOMPSAT系列卫星图像数据的全球独家代理销售商。　　此外，韩国政府还积极推进企业应用本国遥感卫星数据。2013年6月5日，KARI与KT Skylive公司签署“利用卫星影像制作广播电视内容”的业务合作谅解备忘录，KT Skylive公司利用KARI提供的KOMPSAT-2/3卫星的高分辨率图像数据制作“从太空看地球”系列超高清（UHD）的电视节目。该电视节目的第1、2、3篇——天与地、人与城市和美丽的地球与韩半岛已分别于2013年6月、8月和12月在KT Skylive电视台播出。　　4．国际合作　　随着遥感卫星技术与能力的不断提升，韩国政府更为自信地参与航天国际组织活动，积极履行国际义务，提升韩国航天的影响力。韩国于2010年申请加入空间与重大灾害国际宪章（CHARTER），2011年10月，KARI携KOMPSAT-2卫星正式加入该机制。在该机制下，韩国与多个国家空间机构开展合作，为海地地震、东日本大地震、新西兰货轮漏油事故等重大灾害救援工作提供了卫星数据支持。　　三、结束语　　　　根据韩国政府于2013年底出台的《航天发展中长期规划（2014—2040）》，未来韩国遥感卫星领域，除了持续研制并发射低轨道KOMPSAT系列高分辨率光学成像和雷达成像卫星以及静止轨道的气象卫星和海洋与环境卫星之外，还将发展500kg级的“下一代中型卫星”，构建载荷多样的低轨道中小型遥感卫星星座，以提高时间分辨率并更好满足多样化的对地观测需求。随着韩国政府于2014年5月出台韩国首个《卫星应用综合规划（2014—2018）》，韩国政府将进一步推进遥感卫星数据的业务化应用，以及面向企业和个人的应用，促进卫星遥感应用产业的发展。

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