上一期的《地球变化观测者:Landsat卫星记录50年》介绍了目前世界上最著名的对地观测卫星系统——陆地卫星系列(Landsat)。经过几十年的发展,我国的遥感卫星也有了自己的体系,足以在国际上进入第一梯队。
高分专项工程,全称中国高分辨率对地观测系统工程,高分系列卫星覆盖了从全色、多光谱到高光谱,从光学到雷达,从太阳同步轨道到地球同步轨道等多种类型,构成了一个具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率能力的对地观测系统。
上述的高分卫星中,GF-1、GF-2为光学遥感卫星,GF-3为雷达卫星,这两者有什么不同?所谓卫星的高分辨率又是指什么?
光学卫星的原理和人眼类似,依靠太阳光照射在地球表面物体的反射,被动地获取影像。局限性也和人眼一模一样,云雾天气看不到物体,黑夜中没法使用。
微波成像雷达卫星是一种主动的遥感成像方式,需要主动多次发送电磁波到地面,利用回波来成像,来间接测量被测物体的信息。微波遥感具有一定的穿透特性,可以在一定程度穿越云雾和地表。与光学卫星相比,SAR卫星具有全天候、全天时的优点与一定的地表穿透能力。
但传统的SAR卫星重轨周期一般以周为单位,数据更新频率较低,因此更适用于长时间的普查,例如高铁、公路的长期形变监测,和石油管道、城市沉降等的勘察工作。因此对于大范围和边远地区的监测,SAR卫星非常具有优势。
光学遥感卫星分辨率通常分为四种类型:空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。
空间分辨率:最直观的分辨率类型,指的是卫星影像中单个像素所对应的地面面积。空间分辨率越高,能够识别的地表细节就越丰富。
光谱分辨率:与传感器的波段宽度有关,波段宽度越窄,光谱分辨率越高,这意味着传感器能够捕捉到更细微的光谱变化,从而提供更详细的光谱信息。
辐射分辨率:指卫星传感器在测量地物辐射时能够区分的最小辐射强度变化。传感器的辐射分辨率越高,对辐亮度的差异越敏感,位数/灰阶越多,图像色彩越细腻。
时间分辨率:又称重访周期,指不同平台或传感器对同一地方进行重复观测的最小时间间隔,受成像幅宽、侧摆能力、轨道参数和纬度等影响。幅宽越大、侧摆能力越强、纬度越高,重访周期越短。对于监测快速变化的环境现象,如洪水、火灾等,具有显著优势。
高分一号
作为我国高分辨率对地观测系统的首发星,采用太阳同步轨道,搭载了两台2m(全色)/8m(多光谱)分辨率相机,四台16m(多光谱)分辨率相机。“高分一号”的宽幅多光谱相机幅宽达到了800公里,而法国发射的SPOT6卫星幅宽仅有60公里。
高分二号
采用太阳同步轨道,我国自主研制的首颗空间分辨率优于1米的民用光学遥感卫星,搭载有两台高分辨率1m全色、4m多光谱相机,具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力,标志着中国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。
高分三号
采用太阳同步轨道,我国首颗1m分辨率C频段多极化合成孔径雷达成像卫星,具有全天时全天候监测、高精度测量、多模式成像等突出优势,尤其适合应用于防灾减灾。
高分三号03星的主载荷C频段多极化合成孔径雷达,具备单极化、双极化和全极化能力,最大成像幅宽650公里,成像工作模式可以扩展到20种,使该星成为国际上综合性能最高的C波段合成孔径雷达卫星。
C频段多极化合成孔径雷达
C频段:地球微波遥感卫星可以划分为不同的频段,包括L、S、C、X等(频率由低到高),频段越低,穿透性越强,但不容易实现高分辨率;频段越高,穿透性越弱。C频段介于高低之间的频段特性,是一个综合性能较好的频段。
多极化:电磁波发射和接收分为水平波(H)和垂直波(V),SAR(合成孔径雷达)系统常用四种极化方式——HH、VV、HV、VH。
高分三号多极化(具备单极化、双极化和全极化能力): 单极化:HH;VV;HV;VH 双极化:HH+HV;VV+VH;HH+VV 全极化:HH+VV+HV+VH
合成孔径:雷达的天线口径越大,越有利于提高卫星的分辨率,但卫星雷达口径不可能做得很大。所以科学家采用口径较小的天线孔径与数据处理相配合的方法,从而达到与大口径雷达等同的效果。
高分四号
我国第一颗地球同步轨道遥感卫星,搭载了一台可见光50m/中波红外400m分辨率、大于400公里幅宽的凝视相机,采用面阵凝视方式成像,具备可见光、多光谱和红外成像能力,通过指向控制,实现对中国及周边地区的观测。
高分五号
世界上第一颗同时对陆地和大气进行综合观测的卫星。在60km幅宽和30m空间分辨率下,可以获取从可见光至短波红外(400~2500nm)光谱颜色范围里,330个光谱颜色通道,颜色范围比一般相机宽了近9倍,颜色通道数目比一般相机多了近百倍,其可见光谱段光谱分辨率为5纳米。
高分六号
配置2m全色/8m多光谱高分辨率相机、16m多光谱中分辨率宽幅相机,2m全色/8m多光谱相机观测幅宽90公里,16m多光谱相机观测幅宽800公里。GF-6星与GF-1星组网运行后,将使遥感数据获取的时间分辨率从4天缩短到2天。
高分七号
运行于太阳同步轨道,搭载的两线阵立体相机可有效获取20公里幅宽、优于0.8m分辨率的全色立体影像和3.2m分辨率的多光谱影像。搭载的两波束激光测高仪以3Hz的观测频率进行对地观测,地面足印直径小于30m,并以高于1GHz的采样频率获取全波形数据。卫星通过立体相机和激光测高仪复合测绘的模式,实现1:10000比例尺立体测图。
高分八号
高分专项安排的光学遥感卫星,主要应用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为“一带一路”建设等提供信息保障。
高分九号
高分专项安排的一颗光学遥感卫星,地面像元分辨率最高可达亚米级。主要应用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为“一带一路”等国家重大战略实施和国防现代化建设提供信息保障。
高分十号
高分专项安排的微波遥感卫星,其地面像元分辨率最高可达亚米级,主要用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域。
高分十一号
由航天五院抓总研制,是高分专项安排的光学遥感卫星,地面像元分辨率最高可达亚米级,主要应用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,为“一带一路”等国家重大计划的实施提供信息保障。目前高分十一号一共有4颗卫星。
高分十二号
高分专项安排的微波遥感卫星,地面像元分辨率最高可达亚米级。主要用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为“一带一路”建设和国防现代化建设提供信息保障。高分十二号一共有4颗卫星。
高分十三号
由航天五院研制的高轨光学遥感卫星,旨在为中国国民经济发展提供信息服务。主要用于国土普查、农作物估产、环境治理、气象预警预报和综合防灾减灾等领域。
高分十四号
高分专项安排的光学立体测绘卫星,可高效获取全球范围高精度立体影像,测制大比例尺数字地形图,生产数字高程模型、数字表面模型和数字正射影像图等产品,提供基础地理信息保障。
参考资料