商用高分辨率卫星及其产品特点

自1972年首颗民用遥感卫星发射以来，全世界有13个国家的21个政府机构和私营企业投资数十亿美元，用于发展和经营地球观测卫星。而高分辨率遥感卫星由于具有广泛的应用前景而引起了世界各国的重视。在民用方面，它们可用于制图、建筑、采矿、城市规划、土地利用、资源管理、农业调查、环境监测、新闻报道和地理信息服务等诸多领域；在军事上，它们可用于情报收集、国防监测、变化检测、精确制图和目标指引等方面，以及跟踪部队集结和武器部署等军事活动。因此，世界上许多国家都在积极研制高分辨率遥感卫星。
1 世界主要高分辨率卫星

1994年，美国政府颁布PDD－23号令，允许私营企业经营图像分辨率不高于1m的高分辨率遥感卫星系统，并有条件地允许向国外提供卫星系统和销售图像，从而在美国掀起了一个经营高分辨率商业遥感卫星的浪潮。1993年以来，美国商务部已经向12个公司发放了经营高分辨率遥感卫星的许可证，具体见表1。到目前为止，这些高分辨率卫星中有4颗发射失败，2颗正常运行，已经向全球提供高分辨率遥感数据。
除美国之外，世界其他国家提出的高分辨率卫星计划还有不少，如以色列的EROS卫星系统，德国的DAVID卫星，印度的IRS－P5、P6，日本的信号收集卫星，中国台湾的"中华卫星"－2和俄罗斯的SPIN－2卫星等。这些卫星计划在5年内发射。
随着1m分辨率卫星的成功发射和运营，商业高分辨率卫星又将迈上一个新台阶。
2000年12月，美国商务部批准了太空成像公司和数字全球公司经营0.5m分辨率商业成像卫星的许可证申请，开展了第2代高分辨率卫星的研制。
新一代卫星能够提供0.5m分辨率全色图像和2m分辨率多光谱图像。这种图像更适合于城市公用设施网和电信网的精确绘制、道路设计、设施管理、国家安全，以及需要高度详细、精确的视觉和位置信息的其他应用。
目前，太空成像公司的第2代卫星正进入设计阶段，预计在2004年发射；数字全球公司已对其快鸟－2卫星进行改造，以获取0.5m分辨率图像；成像卫星国际公司将其后续卫星EROS－B1的分辨率由0.8m提高到0.5m。

2 典型的高分辨率遥感卫星及其产品特点

2.1 "艾科诺斯"卫星及其产品
现在轨运行的艾科诺斯－2(IKONOS－2)卫星为太空成像公司拥有，是1999年9月24日由洛马公司的雅典娜－2运载火箭从范登堡空军基地发射的。在此之前，雅典娜－2火箭曾在同年4月27日发射了艾科诺斯－1卫星，但因火箭整流罩分离问题致使卫星未能入轨。
艾科诺斯－2卫星由洛马公司制造，运行在高度为675km、倾角98.2o的太阳同步极轨道上，其全色（黑白）图像空间分辨率优于1m，多光谱图像分辨率可达3.28m。这样的分辨率要优于法国初期的"太阳神"侦察卫星（全色分辨率为2m）。


表1 已获美国发放商业遥感卫星许可证的公司

公 司
系 统
发证日期 发射日期 备 注

地球观测 （EarthWatch）
“晨鸟” （EarlyBird）
1993-01-04 1997-12-24 卫星失效。地球观测公司现名数字全球公司

地球观测卫星 （EOSAT）
1993-06-17 EOSAT已由太空成像公司收购

太空成像 （LMC）
“艾科诺斯” （IKONOS）
1994-04-22 1999-04-27 1999-09-24 IKONOS－1 发射失败

IKONOS－2 运行

轨道成像 （Orbimage）
轨道观测－1

轨道观测－3

轨道观测－4
1994-05-05 1995-04-03 2001-09-21 发射失败

轨道观测－2
1994-07-01 1997-08 又叫SeaStar卫星

地球观测 （EarthWatch）
“快鸟” （QuickBird）
1994-09-02 2000-11-20 2001-10-19 Quickbird－1 失败

Quickbird－2 运行

AstroVision 1995-01-23
GDE系统成像公司 (GDE Systems Imaging) 1995-07-14 后由鲍尔宇航公司

（BAE）获得

摩托罗拉 （Motorola）
1995-08-01
波音（Boeing）
资源－21

(Resource－21) 1996-05-16
CTA公司 1997-01-09
RDL空间公司 1998-06-16
STDC 1999-03-26 后由ESSI获得


艾科诺斯－2卫星入轨后拍摄的图像，因为其清晰度高，已得到了广泛的赞誉，就连原来对高分辨率商业遥感项目的可行性持怀疑态度的人也不得不叹服。一位前美国侦察局官员曾认为，如果政府的图片购买量不足50%，商业遥感公司将难以维持生存，而现在他已放弃了这种观点。
艾科诺斯－2卫星每天绕地球飞行14圈，每3天就可以以0.8m的分辨率对地面上的任何一个区域进行一次拍摄。若降低分辨率，它每天都可以重访一次同一区域。卫星在其轨道的下降部分实施成像。目标的坐标被输入到一台计算机化的排序系统中，而该系统则通过地面站将任务安排上行传送给卫星。
艾科诺斯－2卫星上的相机装置质量为170kg，功率为350W，由长期向美国侦察局提供尖端光学设备的柯达公司制造。相机望远镜的分辨率相当于10m的摄远镜头。卫星上的光学望远镜装置沿地面上11km宽的条带获取图像，并将其反射到数字成像遥感器上。全色和多光谱成像遥感器阵列安装在一个焦平面装置中，可把光转换成像元。焦平面装置中还装有模拟信号处理器，可把射到每个像元上的光转换成数码。随后一台数字处理装置将对数字化的图像进行压缩和格式化，以便传送回地面。
艾科诺斯－2卫星目前在美国的阿拉斯加州、俄克拉荷马州、科罗拉多州的索顿，以及瑞典和希腊都设有地面站。太空成像公司的控制中心和总部也设在索顿。今后几年内该公司还将在世界各地再建设十几座地面站，其中有些站将由已购得艾科诺斯－2卫星图片在特定地区的使用和销售权的地区性下属公司所有和经营。由于卫星的图像是数字式的，所以处理和交付都很方便，只需24小时就可交到用户手中。

2.2 快鸟－2卫星及其产品

快鸟－2卫星属于数字全球公司，它于2001年10月19日由波音公司的德尔他－2火箭发射成功，并投入运营。
2000年12月，数字全球公司得到了美国商务部的许可，发射和运营0.5m分辨率的遥感卫星系统。该公司立刻修改?quot;快鸟"卫星的原设计，降低了轨道高度，从而把卫星的全色图像分辨率从1m提高到0.61m，多光谱图像分辨率从4m提高到2.5m。
该卫星的设计可以使其在较低的轨道上运行，其携带的燃料足以保证设计寿命不减少。这使得快鸟－2成为目前世界上分辨率最高的商用卫星。快鸟－2卫星可以同时拍摄全色和多光谱图像，也可以提供自然彩色和彩色红外合成图像。每次过顶可以拍摄连续10景图像或者2×2景图像的面积。年拍摄能力为7×107km2。2002年2月开始提供商业图像。该卫星的主要参数见表2。
数字全球公司的全色、多光谱和彩色产品可进行大多数的图像分类和分析。不论用户进行复杂的图像分析还是只将其作为背景图像，其丰富的信息都增加了各种应用的价值。用户用4波段、2.8m分辨率多光谱图像进行图像分类和分析，而用0.7m分辨率的全色、自然彩色和近红外彩色图像进行目视解译，或用于GIS和制图的背景数据。
数字全球公司的产品可用于城市规划、应急反应和管理、农业、电信、森林、水资源和废水管理、地籍、自然资源管理、工程选址、环境评估和道路用地监测等。数字地球公司的图像可与下列系统相兼容：GIS、制图系统、栅格数据应用软件、遥感和数字摄影测量系统、普通文字处理和标准TIFF格式支持的图像应用。
数字全球公司提供3个级别的图像产品：基础图像，标准图像和正射图像。标准图像和正射图像可以生成0.7m分辨率的自然彩色（蓝、绿、红波段）图像和彩色红外（绿、红和近红外波段）图像。

表2 快鸟－2卫星主要参数

轨道参数
轨道高度450km，周期98s，降交点地方时10：30

幅宽/km
16.5

定位精度/m
优于23(水平方向) 优于17(垂直方向)

遥感器分辨率/m
“全色”

0.61(星下点)

0.76(偏离，星下点25º处)
“多光谱”

2.5(星下点)

3.04(偏离，星下点25º处)

光谱段/nm
450～900
蓝色：450～520

绿色：520～600

红色：630～690

近红外：760～890


(1) 基础图像产品 基础图像只经过最基本的处理，带有相应的相机模型数据，适应于立体图像处理或复杂的摄影测量处理。根据经辐射校正，几何、光学和传感器畸变调整。全色图像分辨率根据成像位置不同为0.61～0.72m，而没有重采样到0.70m；同样，多光谱图像分辨率在2.4～2.8m，未经重采样到2.8m。由于未经几何校正，像元分辨率在不同位置也是变化的，在像底点要优于其他位置。每景图像成像面积大致为16.5km×16.5km。
(2) 标准图像产品 标准图像产品适用于需要适当精度或较大覆盖的用户。标准图像产品的用户往往拥有丰富的遥感图像处理工具和处理经验，对图像进行各种用途的处理和分析。 标准图像产品经过辐射校正、传感器和平台畸变校正，以一定的投影方式成图。标准图像全色产品分辨率为0.70m，多光谱图像产品有4波段2.8m分辨率图像和3波段0.7m分辨率图像。绝对定位精度优于7m（均方根误差，RMSE）。标准图像以平方千米为单位销售，64km2起订。
(3) 正射图像产品 正射图像产品具有GIS特性，可用于各种应用的图像底图。根据地形图，正射图像经过数字镶嵌、边缘配准可达到规范要求的精度。从图像中提取的任何专题信息的定位精度与图像依据的地图精度是一致的，因此，该产品是测制与修订地图及GIS数据库理想的基础数据，它还可用于变化监测和精度要求高的分析应用。正射影像的定位精度依用户不同要求可为0.9~7m（RMSE）。