發展歷史
基礎簡述——遙感衛星
遙感衛星 (remote sensing satellite )用作外層空間遙感平台的人造衛星。用衛星作為平台的遙感技術稱為衛星遙感。通常,遙感衛星可 在軌道上運行數年。衛星軌道可根據需要來確定。遙感衛星能在規定的時間內覆蓋整個地球或指定的任何區域,當沿地球同步軌道運行時,它能連續地對地球表面某指定地域進行遙感。所有的遙感衛星都需要有遙感衛星地面站,衛星獲得的圖像數據通過無線電波傳輸到地面站,地面站發出指令以控制衛星運行和工作。遙感衛星主要有氣象衛星、陸地衛星(地球資源衛星)和海洋衛星三種類型。
衛星發展
1957年,第一顆人造衛星升空,標誌著人類進入了太空時代。1968年,美國阿波羅-8宇宙飛行器傳送回了第一個地球影像,從此,人類開始以全新的視角來重新認識自己賴以生存的地球。
基於軍事方面的考慮,各主要航天大國相繼研製出各種以對地觀測為目的的遙感衛星,並逐步向商用化轉移。隨著計算機技術、光電技術和航天技術的不斷發展,衛星遙感技術正在進入一個能快速、及時提供多種對地觀測海量數據的新階段及套用研究的新領域。
近20年來全球空間對地觀測技術的發展和套用已表明,遙感衛星技術是一項套用廣泛的高科技,不論是歐美已開發國家還是亞太地區的開發中國家都十分重視這項技術。目前民用遙感衛星按其工作方式有四種主要類型,即光學衛星、雷達衛星、雷射測高衛星以及重力衛星。
世界光學衛星美國領跑,擁有目前世界最高解析度(0.41米)和定位精度(3米)的商業光學衛星GeoEye-1。以及多顆頂尖高解析度立體測圖衛星;近年來歐洲及亞洲部分國家都陸續擁有了自己的光學衛星,並積極研製高解析度光學衛星已取得多項成果。
歐洲在衛星技術發展中曾得益於美國,也曾受制於美國,因而歐洲努力發展適合歐洲需要的遙感衛星。“歐洲遙感衛星”(ers)成功地提供了高質量的、當時全世界較缺少的微波遙感數據,促進了遙感技術和套用的發展,也提高了歐洲在對地觀測領域的地位。
歐洲空間局經過長達10年之久研製成功的第一顆歐洲遙感衛星(簡稱ERS-1)已於1991年7月發射。這是一顆為海洋資源開發和海洋科研提供實時數據,進行全球環境監測,同時兼顧陸地資源探測的多功能衛星。星上裝載有主動式微波儀、雷達高度計、沿軌跡掃描輻射計及微波探測儀、精密測距測速儀和雷射回復反射器等遙感儀器,其中微波儀器能全天時全天候地工作,具有90年代國際先進水平。 ERS-1的設計壽命為3年,到1994年左右,將發射ERS-2,取代ERS-1。ERS-1遙感資料的獲取、處理、歸檔和分配不僅關係到ERS的使命,也關係到Nimbus、Landsat、Seasat、SPOT以及MOS-1等衛星的問題。未來的地球觀測主要是使用極軌平台。使用國際空間局站,即第二代氣象衛星和執行地球重力場製圖使命的主體地球觀測規劃。
特點
歐洲發展遙感衛星最大的特點是國際合作,例如參加ers計畫的有來自12個國家的約60個企 業和科研部門。
重力衛星——歐洲一枝獨秀。衛星重力計畫是基於確定高精度和高解析度地球重力場模型這一現代大地測量的基本目標而實施的。聯合地面和空間大地測量數據來求定地球重力場及其時變,是當前大地測量科學進展的一個重要標誌。目前常使用的重力數據是地面的,衛星的,航空的和測高的重力數據,特別是從衛星採集的重力數據。
2000年德國發射了高低衛星跟蹤衛星CHAMP;
2002年由美德合作的低低衛星跟蹤衛星GRACE;
2004年8月底,GRACE資料全球公開
2009年歐洲空間局發射了載有重力梯度儀的GOCE重力衛星。
衛星參數
發射時間 2002年3月1日(歐洲中部時間)
運載工具 阿里亞納5號火箭
發射重量 8200公斤
有效載荷重量(儀器) 2050公斤
設計壽命 5年 ~ 10年
星上儀器數量 10
軌道 太陽同步,
高度800公里
軌道傾角 98°
單圈時間 101分鐘
重複周期 35天
耗資 大約20億歐元
主要參與國家 奧地利,比利時,加拿大,丹麥,法國,芬蘭,德國,義大利,挪威,西班牙,瑞典,瑞士,荷蘭和英國。
現狀發展
ENVISAT衛星(ERS-1/2的改進)
歐空局ENVISAT衛星 Envisat-1屬
極軌對地觀測衛星系列之一(ESA Polar Platform),該衛星總研製成本約25億
美元。星上載有10種探測設備,其中4種是ERS-1/2所載設備的改進型,所載最大設備是先進的
合成孔徑雷達(ASAR),可生成海洋、海岸、極地冰冠和陸地的高質量圖象,為科學家提供更高
解析度的圖象來研究海洋的變化。其他設備將提供更高精度的數據,用於研究地球大氣層及大氣密度。作為ERS-1/2合成孔徑雷達衛星的延續,Envisat-1數據主要用於監視環境,即對地球表面和大氣層進行連續的觀測,供製圖、
資源勘查、氣象及災害判斷之用。
較著名——法國遙感衛星
繼1986年以來,法國先後發射了斯波特-1、2、3、4對地觀測衛星。斯波特-1、2、3採用832km高度的
太陽同步軌道,軌道重複周期為26天。衛星上裝有兩台高解析度
可見光相機(HRV),可獲取10m解析度的全遙感圖像以及20m解析度的三譜段遙感圖像。這些相機有側視觀測能力,可橫向擺動27,衛星還能進行立體觀測。斯波特-4衛星遙感器增加了新的中紅外譜段,可用於估測植物水分,增強對植物的分類識別能力,並有助於冰雪探測。該衛星還裝載了一個植被儀,可連續監測植被情況。斯波特-5是新一代遙感衛星,其解析度更高,即將向全世界提供服務。
軌道高度:832公里
軌道傾角:98.721o
軌道周期:101.469分/圈
重複周期:369圈/26天
降交點時間:上午10:30分
掃描頻寬度: 60 公里
兩側側視:+/-27o
掃描頻寬:950公里。
未來方向
光學遙感和微波遙感未來的發展方向是:成像光譜儀和合成孔徑雷達。成像光譜儀可從幾十甚至幾百個譜段獲得精細的光譜信息,結合實驗室的光譜資料庫可直接對地質、植物、水的性質與結構進行分析。合成孔徑雷達則能穿透雲霧,甚至部分植被和土壤,全天 候全天時觀測,並能通過多頻、多極化、多入射角等手段提高對目標的識別能力,兩種遙感器的套用和相互結合將開創遙感套用的新局面。遙感衛星商業化是近幾年來人們關心的熱點,由於遙感衛星數據本身的社會性和公益性,以及市場的特殊性,要在短期內實現商業化是很困難的。遙感衛星可以在氣象、災害監測、資源和測繪等套用方面創造很高的經濟效益,但主要受益的是整個國家和廣大公眾,如果遙感數據完全變成商品則會限制其套用效益。遙感衛星中最有希望實現商業化的是資源衛星,spot衛星在這方面進行了成功的探索,spot的經驗告訴人們實現商業化的關鍵是:提高質量、降低成本、擴大套用、完善服務。
歐空局部長級會議
1995年10月18日~20日在法國土魯斯歐空局部長級會議上討論了歐空局未來對地觀測活動的 發 展戰略。過去20多年歐空局對地觀測活動取得了更大成績,氣象衛星meteosat系列和遙感衛星ers-1、2獲得了很大成功,在歐洲及全世界衛星遙感及套用中發揮了重要作用。隨著 技術的發展、套用的推廣,衛星遙感市場迅速擴大,各種遙感需要不斷增多。這種形勢下歐洲感到有必要制定新的長期發展戰略,協調各方面的關係。為此歐空局召集各成員國研討制 定歐洲今後25年的空間對地觀測發展政策。"
這個政策框架包括2000年後歐洲對地觀測活動的發展戰略(即envisat衛星發射後的活動)。 其主要基礎是“雙使命戰略”,即“地球探索者”任務和“對地觀察”任務。目標是提供連續的多時期、多解析度全球覆蓋,為各方面的用戶提供地球環境和資源信息。
歐洲的主要目的
有5項:
(1) 從區域和全球範圍全面研究和監測地球的氣候和環境;
(2) 監測和管理地球上的資源,包括再生資源和非再生資源;
(3) 繼續提供並不斷改進世界範圍的氣象服務;
(4) 提供信息進一步認識地殼結構和動力特性;
(5) 提供緊急事件的觀測數據。
進軍對地觀測系統
從世界範圍遙感發展考慮,歐洲
對地觀測系統必須能提供多學科的數據,包括
大氣成分及
動力學數據、地理、地質、海洋、冰和植被等數據,並考慮跨學科的研究課題,如大氣/陸地/ 海洋之間的關係等。同時繼續重視與經濟活動有關的遙感服務,如氣象、作物估產和海岸帶監視等。歐空局未來計畫的目的一方面是增強人們使用遙感數據的意識和水平,擴大套用規模,提高效益;另一方面是根據需要提高系統性能和服務水平,如提高數據精度,縮短重複觀測時間,保證數據快速和連續交付等。為滿足未來衛星遙感發展的需要,歐空局從多目標模式轉到雙
使命戰略上。
地球探索者任務
認識地球系統的各種過程,深入研究地球環境、氣候等現象,任務包括:
·地球
輻射測量任務研究地球輻射平衡,以及同氣候的關係;
·降雨測量任務觀測降雨量,特別是在熱帶地區
·大氣斷面測量 觀測對流層和同溫層溫度斷面,用於氣候研究;
·大氣化學探測任務探測大氣中化學成分;
·重力場與海洋環流觀測任務建立高精度全球或區域地球重力場與大地水準面模型;
·地磁測量探測地球磁場;
·地表過程及關係了解地球/大氣之間的
生物化學過程等關係;
·地形測量 觀測海洋、陸地和極區凍的地形。
·海岸帶觀測 包括水深測繪、漏油監測、海況預報、漁業、海岸侵蝕與陸地利用,以及內陸江潮的觀測與洪水監測等;
·冰探測 冰區監測與動向預報;
·地表探測農業作物監測與估產、林區監測、土地利用、
地形測繪等;·大氣化學成分探測臭氧層監測、同溫層成分監測等
·海洋觀測、海況監測與預報。