簡介
地球資源衛星是勘測和研究地球自然資源的人造地球衛星。通過衛星上的多光譜遙感設備獲取地物目標輻射和反射的多種波段的電磁波信息,地面接收站對這個信息的處理的判讀,得到各類資源的特徵、分布和狀態。
地球資源衛星選用太陽同步兼回歸軌道。高度在500千米-900千米,傾角為97度-99度。它可分為陸地資源衛星和海洋資源衛星。能全面、迅速提供有關地球資源情況,對開發資源和發展國民經濟有重要的作用。
歷史
地球資源衛星是20世紀60年代在氣象衛星的基礎上發展而來的。1972年7月23日,美國發射了世界上第一顆地球資源衛星──ERTS-1,後改名為“陸地衛星”1號,為地球資源衛星的早期套用試驗衛星。
1980年前共接收到陸地衛星1、2、3號傳送的圖片44萬幅,資源衛星遙感數據的實用價值得到了充分的驗證和廣大用戶的積極支持。
20世紀80年代美國又發射了陸地衛星4號、5號。
1986年2月法國發射SPOT1號,均採用可見光多光譜遙感器(陸地衛星還採用紅外多光譜遙感器),代表了第二代地球資源衛星。
1991年7月歐洲空間局發射了ERS-1地球資源衛星。
1992年2月日本發射了JERS-1地球資源衛星。均採用合成孔徑雷達和光學遙感器相結合的方式,具有全天候、全天時、高精度的特點,代表了第三代地球資源衛星。
1999年10月,中國和巴西合資研究開發的中巴“地球資源衛星1號”星發射升空,這開始了中國正式擁有適合於現代信息戰的偵察衛星。
2003年10月21日,資源衛星02在中國太原衛星發射中心成功發射,經在軌測試後於2004年2月12日投入套用運行。資源衛星02星同資源衛星01星都是中國第一代傳輸型地球資源遙感衛星。
2004年11月6日上午,中國自行研製的“中國資源二號”03星在太原衛星發射中心由“長征”四號乙運載火箭送入太空。
2013年2月11日,美國航天局成功發射了第八顆地球資源衛星,是美國截至2013年建造的最先進的地球資源衛星,將在距地球705公里的高度運行,藉助以反射光和電磁波譜為物理觀測基礎的兩個感應器,對地球表面進行觀測。該衛星由美國軌道科學公司製造,耗資8.55億美元。
分類
根據觀測重點的不同,地球資源衛星分為陸地資源衛星和海洋資源衛星。
陸地資源衛星
陸地衛星(Landsat)是用於探測地球資源與環境的系列地球觀測衛星系統。其任務是調查地下礦藏、海洋資源和地下水資源,監視和協助管理農、林、畜牧業和水利資源的合理使用,預報和鑑別農作物的收成,研究自然植物的生長和地貌,考察和預報各種嚴重的自然災害(如地震)和環境污染,拍攝各種目標的圖像,藉以繪製各種專題圖(如地質圖、地貌圖、水文圖)等。
收集地球信息的星載遙感器有多譜段掃瞄器(MSS)和返束光導管攝像機(RBV)等。這些信息以電信號形式記錄,衛星飛經地面接收站上空時把電信號傳送給接收站,經處理後供用戶使用。
陸地衛星還裝有數據收集系統(DCS),這些平台收集當地的河水流量、雨量、積雪深度、土地含水量以及火山活動情況等數據,經衛星中繼以後集中送給用戶。
海洋資源衛星
海洋資源衛星能普查海洋資源,預報多種嚴重的自然災害,一般採用太陽同步軌道運行,這能使衛星的軌道面每天順地球自轉的方向轉動1度,與地球繞太陽公轉每天約1度的距離基本相等。這樣既可以使衛星對地球的任何地點都能觀測,又能使衛星在每天的同一時刻飛臨某個地區,實現定時勘測。
海洋衛星利用其裝載的多光譜遙感設備,獲取地物目標輻射和反射的多種波段的電磁波信息,把這些信息傳送給地面站。地面站接收了衛星信號後,根據事先掌握的各類物質波譜特性,再對這些信息處理、判讀,從而得到各類資源的特徵、分布和狀態等資料。
原理
地球資源衛星利用所載多光譜遙感 設備獲取地物目標輻射和反射的多種波段的電磁波信息,將這些信息傳送給地面接收站。地面接收站根據事先掌握的各類物質的波譜特性,對這些信息處理和判讀,從而得到各類資源的特徵、分布和狀態等資料。
在地面站接收範圍以外時有兩種辦法:
1、電信號存入衛星上數據存貯器、在衛星飛經地面站時傳送。
2、由數據傳輸系統將無線電信息傳送給中繼衛星,再由中繼衛星將信息送回地面站。
遙感數據處理中心根據事先掌握的不同地物目標的波譜特性,對地面接收站所收到的數據進行處理和判讀。
運行軌道
為了保證衛星在基本相同的光照條件下獲取地面目標的圖像,衛星通過同一緯度時太陽高度角應大致相同,須採用太陽同步軌道;為了對同一地點周期性地重複攝影,應選取回歸軌道,因此地球資源衛星選用太陽同步兼回歸軌道。
降交點時間一般選取星下點當地時間上午 9時30分到10時30分。軌道高度500~900公里,傾角97°~99°。
衛星運行中因受到大氣阻力和地球攝動而逐漸偏離設計軌道,因此需要對軌道進行調整,一般採用肼噴氣發動機作為動力,自動定期或由地面遙控調整軌道。
系統構成
姿態控制
採用對地定向的三軸穩定控制方式。姿態敏感器以紅外地平儀為主,陀螺和星敏感器為輔。執行機構大多用飛輪,而以噴氣或噴氣加磁力矩器作為飛輪的卸載裝置。姿態控制精度依要求的圖像地面解析度而定。“陸地衛星” 1號的多光譜掃瞄器的地面解析度為80米,定向精度0.7°;“陸地衛星”4號的專題繪圖儀的地面解析度為30米,定向精度為0.01°。能源供應
以太陽電池為主要能源。由於衛星軌道面與太陽方向的夾角近似保持不變,軌道傾角又接近90°,可充分利用太陽能獲得較大的功率,現代地球資源衛星多採用單翼斜裝,對太陽定向的太陽電池陣功率可達1000瓦以上。
信息傳輸
地球資源衛星獲取的遙感圖像數據信息量較大,衛星上需要有專門的寬頻帶、高速率數據傳輸設備。因此常選用S和X波段,甚至Ku波段作為輸出頻率。衛星並不總是處在地面台站接收範圍內,因此地球資源衛星上都帶有數據存貯設備,待衛星飛越接收站 上空時再將數據發回。“陸地衛星 ” 4號能通過數據中繼衛星將所得數據實時傳送到地面台站。遙感儀器
衛星上的遙感器可按工作波段分為兩類:
①可見光和紅外遙感器:有機械式多譜段掃瞄器 (MSS)、電荷耦合器件陣列(CCD)、返束光導管攝像機(RBV)和專題繪圖儀等。
②微波遙感器:如微波輻射計、微波散射計和合成孔徑雷達等。地球資源衛星已廣泛用於農業、林業、海洋、水文、地質、探礦和環境保護等各個方面。
效用
地球資源衛星可廣泛用於:
1、地下礦藏、海洋資源和地下水源調查;土地資源調查,土地利用,區域規劃;
2、調查農業、林業、畜牧業和水利資源合理規劃管理;預報農作物長勢和收成;
3、研究自然植物的生成和地貌;
4、考查和監視各種自然災害如病蟲害、森林火災、洪水等;
5、環境污染、海洋污染;測量水源,雪源;
6、鐵路,公路選線,港口建設,海岸利用和管理,城市規劃。
7、地球資源衛星的套用範圍已遠遠超出了“資源”這一範圍。例如,利用遙感圖像,可以進行考古研究、古蹟普查等。據估計,地球資源衛星至少有40多種以上不相重複的用途。
代表衛星
在地球資源衛星的發展過程中,最具代表性的有美國的陸地衛星系列(Landsat),法國的斯波特衛星系列(SPOT),印度的遙感衛星系列(IRS)和加拿大的雷達衛星(Radarsat)等。
美國陸地衛星美國的陸地衛星(Landsat)是世界上最早發射的地球資源衛星,Landsat-1於1972年發射。到21世紀初,它已經研製並發射了三代 陸地衛星。雖然,其遙感有效載荷全部是光學遙感器,然而其空間解析度和波譜解析度有很大的提高。
法國SPOT衛星法國的SPOT衛星研製起步較晚,但由於採用了具有特色的設計思想和技術,使得法國的SPOT衛星很快在民用對地觀測領域占有一席之地。其特點是有斜向掃描,能立體成像。
印度IRS系列衛星印度政府能將有限的資金投入到地球資源衛星的研製,確是一種明智的抉擇。1988年印度發射第一顆IRS衛星,此後又發射了多顆IRS系列衛星。其特點是1994年發射的IRS-P2有一波譜的空間解析度達到5.8m。
加拿大Radarsat系列衛星加拿大在對地觀測方面將目標瞄準在雷達衛星。1980年列入計畫,1989年開始研製Radarsat-1,1995年發射入軌。Radarsat-1運行在太陽同步軌道上,其遙感器為合成孔徑雷達(SAR),RadarsatSAR工作在C 波段(5.3GHz),發射和接收極化均為水平(HH)。RadarsatSAR工作非常靈活,用戶可選擇入射角 、解析度和幅寬。其入射角可選20°-50°,解析度可選10-100m,幅寬可選45-500km。壽命設計為5年。
其特點是工作不受時間和氣候條件的限制,能夠全天時,全天候的工作。
中巴地球資源衛星中巴地球資源衛星(CBERS)主要是立足於國內的技術基礎研製的。它兼有SPOT-1和Landsat4的主要功能。
中國資源衛星系列資源一號衛星(CBERS-1)於1999年升空,它是中國第一代傳輸型地球資源衛星,星上三種遙感相機可晝夜觀測地球,利用高碼速率數傳系統將獲取的數據傳輸回地球地面接收站,經加工、處理成各種所需的圖片,供各類用戶使用。
CBERS-02星是01星的接替星,其功能、組成、平台、有效載荷和性能指標的標稱參數等與01星相同。資源二號衛星是傳輸型遙感衛星,主要用於國土資源勘查、環境監測與保護、城市規劃、農作物估產、防災減災和空間科學試驗等領域。衛星上CCD相機、紅外相機以及寬視場CCD圖像儀三種相機可晝夜觀測地球,利用高碼速率數傳系統將所能獲得的數據實時傳回地球,衛星傳輸的遙感圖像可覆蓋中國全部陸地、海域和鄰國的全部或部份領土,並可獲得國外任一地域的圖像信息。