基本介紹
- 中文名：環境一號衛星
- 全稱：環境與災害監測預報小衛星星座
- 簡稱：環境一號
- 代號：HJ-1
- 批准建設時間：2003年
- 發射地點：太原衛星發射中心
系統信息,星座,項目立項,研製,衛星功能,研製過程,相關衛星,HJ-1C衛星,C衛星,監測套用,影像質量評價,
系統信息
星座
環境一號衛星(全稱：環境與災害監測預報小衛星星座, 簡稱“環境一號”，代號HJ-1)是中國第一個專門用於環境與災害監測預報的小衛星星座，是中國繼氣象、海洋、資源衛星系列之後發射的又一新型的民用衛星系統。環境一號衛星由兩顆光學小衛星（HJ-1A、HJ-1B）和一顆合成孔徑雷達小衛星（HJ-1C）組成，具有中高空間解析度、高時間解析度、高光譜解析度、寬觀測頻寬性能，能綜合運用可見光、紅外與微波遙感等觀測手段彌補地面監測的不足，可對中國環境變化實施大範圍、全天候、全天時的動態監測，初步滿足中國大範圍、多目標、多專題、定量化的環境遙感業務化運行的實際需要。環境一號衛星系統的建設在國家環境監測發展中具有里程碑意義，標誌中國環境監測進入衛星套用的時代。
環境一號衛星運行軌道
環境一號衛星運行軌道HJ-1A光學有效載荷為2台寬覆蓋多光譜可見光相機和1台超光譜成像儀，HJ-1B光學有效載荷為2台寬覆蓋多光譜可見光相機和1台紅外相機，HJ-1C有效載荷為合成孔徑雷達，其中HJ-1A還承擔亞太多邊合作任務，搭載泰國研製的Ka通信試驗轉發器。HJ-1A和HJ-1B雙星在同一軌道面內組網飛行，可形成對國土兩天的快速重訪能力。
環境一號衛星星座構成
環境一號衛星星座構成HJ-1A衛星和HJ-1B衛星是是中國“環境與災害監測預報小衛星星座”的光學衛星，採取“一箭雙星”的形式，由“長征二號丙”運載火箭發射兩顆小衛星入軌。衛星入軌工作後，可獲取高時間解析度、中等空間解析度的對地觀測數據，對中國大部分地區可實現每天一次重複觀測，將大大緩解中國對地觀測數據緊缺局面，提高中國環境生態變化、自然災害發生和發展過程監測的能力。
環境一號C小型雷達衛星(以下簡稱HJ-1C衛星)，整個環境一號衛星系統由三顆衛星組成，其中A/B兩顆光學衛星已經於2008年9月6日發射成功，HJ-1C衛星擬於2012年發射，將成為中國首顆S波段合成孔徑雷達（SAR）衛星。
項目立項
中國環境衛星遙感套用需求分析表明，為實現對我國生態破壞、環境污染進行大範圍、全天候、全天時動態監測，全面反映生態環境質量變化的過程和趨勢進行預測，必須要發展我國自己的環境衛星系統。 1998年環境保護部與國家減災委員會共同提出“環境與災害監測預報小衛星星座系統”建設方案，2002年原國防科工委正式將“環境與災害監測預報小衛星星座”命名為“環境一號衛星”（代號HJ-1），並列入民用航天“十五”計畫和《中國航天白皮書》民用衛星發展重點。 環境一號衛星系統建設的主要任務是利用我國自主小衛星星座，形成對我國生態環境和災害遙感監測的能力，為我國環境保護與防災減災提供遙感信息與技術支撐，全面提高我國環境和災害信息的獲取、處理和套用的水平。
“環境一號”C衛星
“環境一號”C衛星考慮到中國的技術基礎、未來的技術發展及財政支撐能力，該星座採用分步實施戰略進行建設，即先期發射兩顆光學小衛星和一顆合成孔徑雷達小衛星（HJ-1A 、HJ-1B 、HJ-1C），組成“2+1”星座，初步形成對我國環境與災害監測能力，然後再建立由4顆光學小衛星和4顆合成孔徑雷達小衛星組成的“4+4”星座，實現對我國及周邊國家、地區的環境與災害的動態監測。
2002年9月國務院正式同意“環境與災害監測預報小衛星星座”立項，2008年9月6日，環境一號衛星“2+1”星座中的兩顆光學小衛星（HJ-1A和HJ-1B）“一箭雙星”發射成功；2009年完成在軌測試， 2009年3月30日正式交付衛星用戶使用。 “環境與災害監測預報小衛星星座系統”工程由衛星系統、運載系統、發射場系統、測控系統、地面系統和套用系統六大系統組成。
研製
衛星由中國航天科技集團公司東方紅衛星公司研製，中國科學院參加了有效載荷的研製任務。運載火箭由中國航天科技集團公司運載火箭技術研究院研製；太原衛星發射中心負責星箭發射。西安衛星測控中心負責測控任務，包括衛星測控任務和長期管理。地面系統由數據接收、地面數據處理、分發服務系統組成，中國科學院遙感地面站負責衛星數據的接收，中國資源衛星數據中心負責數據處理、分發。套用系統由環境套用系統和減災套用系統組成，國家減災委和環境保護部共同負責衛星的業務運行管理。
衛星功能
“環境一號”A/B星的衛星數據不僅能為環境與減災業務運行系統提供重要保障，還將成為很多部門日常業務的重要數據源。基於環境衛星數據建立的環境與減災套用系統，對推動遙感衛星業務服務具有重要的示範作用。孫來燕對媒體表示，除具有高時間解析度外，“環境一號”A/B星還有超光譜成像等技術創新點，並將承擔亞太國際合作等重要任務，對推動中國遙感衛星國際合作以及在國際衛星相關事務等方面具有非常重要的作用。
航天專家稱，面對中國複雜的自然環境以及頻發的自然災害，出於生態環境保護考慮及可持續發展戰略要求，建立起具有中高空間解析度、高時間解析度、高光譜解析度、寬觀測幅寬性能，能綜合運用可見光、紅外與微波遙感等觀測手段，由光學衛星和合成孔經雷達衛星組成的“環境與災害監測預報小衛星星座”系統，對中國而言已是當務之急。
研製過程
中國國家國防科技工業局2008年7月19日在北京組織舉行“環境一號”A/B星及其運載火箭“長征二號丙”出廠審定會，聽取衛星、運載火箭的研製情況及各分系統準備情況和各方面意見後，國家航天局局長、國防科工局副局長孫來燕宣布，同意“環境一號”A/B星及其運載火箭“長征二號丙”出廠執行發射任務。
相關衛星
HJ-1C衛星
HJ-1C衛星是中國首顆民用雷達衛星，也是中國首顆S波段合成孔徑雷達（SAR）衛星，質量890千克， 軌道為500公里高度、降交點地方時上午6時的太陽同步軌道，將與已經發射的HJ-1A/B形成第一階段的衛星星座。HJ-1C使用6*2.8米的可摺疊式網狀拋物面天線，天線將在衛星入軌後展開。S波段SAR雷達具有條帶和掃描兩種工作模式，成像頻寬度分別為40公里和100公里。HJ-1C的SAR雷達單視模式空間解析度可到5米，距離向四視時解析度為20米，提供的SAR圖像以多視模式為主。
C衛星
2012年11月19日6時53分，我國在太原衛星發射中心用長征二號丙運載火箭，將“環境一號”C衛星發射升空並送入預定軌道。同時，搭載發射的新技術驗證衛星和蜂鳥試驗載荷，主要用於對新型太空飛行器件、設備、材料、方法和微小衛星平台等，進行在軌驗證試驗。
“環境一號”C衛星
“環境一號”C衛星“環境一號”C衛星是一顆合成孔徑雷達衛星，將與2008年9月成功發射的“環境一號”A、B衛星組成環境與災害監測預報小衛星星座，形成對我國大部分地區災害與環境情況的動態監測預報能力。
有關專家介紹，環境與災害監測預報小衛星星座是2003年經國務院批准立項進行研製的衛星套用系統，由2顆光學小衛星（A、B星）和1顆合成孔徑雷達小衛星（C星）組成，擁有光學、紅外、超光譜和微波多種探測手段，主要用於對生態環境和災害進行大範圍、全天候、全天時動態監測，及時反映生態環境和災害發生、發展過程，對生態環境和災害發展變化趨勢進行預測，對災情進行快速評估，為緊急救援、災後救助和重建工作提供科學依據。
“環境一號”C衛星由中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院負責研製生產，衛星地面系統由中國資源衛星套用中心和中國科學院對地觀測與數字地球科學中心負責研製建設，減災套用系統和環境套用系統分別由民政部國家減災中心、環境保護部衛星環境套用中心負責研製建設。
“環境一號”C衛星
“環境一號”C衛星搭載發射的新技術驗證衛星和蜂鳥試驗載荷主要用於對新型太空飛行器件、設備、材料、方法和微小衛星平台等進行在軌驗證試驗。用於這次發射的長征二號丙運載火箭由中國航天科技集團公司所屬中國運載火箭技術研究院研製。這是長征系列運載火箭的第171次發射。
監測套用
監測大氣PM10中的套用
當前大氣顆粒物污染監測主要以地面監測為主。由於地面監測站點數量有限，不能全面地反映城市環境質量的區域狀況。近年來國內外大量實踐表明，利用暗目標法、結構函式法等遙感監測方法可以獲得整層光學特性——氣溶膠光學厚度(AOD)，並且和近地面顆粒物濃度之間建立直接相關關係，還有研究將氣溶膠光學厚度經過混合層高度的垂直訂正與空氣水汽訂正後再和顆粒物濃度建立關係，可以獲得近地面連續分布的顆粒物濃度分布監測結果。但如何將遙感方法套用於顆粒物濃度分布的監測仍依賴於衛星數據的空間和時間解析度。如MODIS 數據每天有 2 次覆蓋，但目前 NASA 公布的氣溶膠光學厚度產品只有10km，在城市污染監測方面仍顯得粗糙；TM、CBERS02B/CCD 等感測器空間尺度能優於 30m，完全可以滿足空間解析度的需要，但 100km 的幅寬和十幾天的重返周期很難滿足實際套用的需求。
我國於 2008 年 9 月 6 日發射的環境一號衛星(HJ-1)的 A、B星，其搭載的CCD 相機，具有高地表解析度(星下點解析度為30m)、高時間解析度(A 星和 B 星聯合使用可以在2d 覆蓋全國，重返周期為2d)等特點,相對MODIS 和TM、CBERS02B/CCD等載荷，在時間和空間兩個方面均適合於城市群顆粒物濃度區域分布的監測，但在針對 HJ-1 的 CCD 數據，如何實現對近地面顆粒物濃度的監測需要進一步的研究。
HJ-1 具有監測 PM10的能力。在空間解析度上，300 米的解析度可以很好的表現 PM10的面狀分布；在時間解析度上，5月~8月間共 115d，除去雲影響數據，有 26d能夠進行監測，平均4~5d能夠獲得一次監測數據，可以滿足周監測的需要。
影像質量評價
環境一號衛星於208年9月6日在太原衛星發射中心發射升空、兩星各自搭載了兩個解析度為30m的CCD感測器，兩星協同可實現兩天的重訪周期。由於時間解析度高、巨觀特性好以及具有多尺度等特性，該衛星在大範圍、全天候、全天時環境和災害監測與評價等方面具有廣泛的套用前景。為了對影像質量有一個定量、客觀的評價，並為數據處理及將來推廣套用和進一步發展我國對地觀測衛星技術提供更好的技術支撐，需要對環境一號衛星影像的質量及初步套用潛力進行定量評價。
環境一號衛星 影像實際套用的質量評價基於實際的信息提取工作該影像的質量及適用性評價是 以試驗區內的綠地信息提取精度評價結果為依據進行的。信息提取過程中選取的訓練樣本數量為城市綠化綠地（66像素）、農田（86像素）、林地（87像素）、 水體（46像素）和建設用地（72像素）。測試樣本數目為城市綠地（524像素）、水體（198像素）、 建設用地（326像素 ）。影像質量的評價指標為信息提取的總精度和Kappa係數。
環境衛星是我國繼氣象、海洋、資源衛星系列之後發射的又一個新型 民用衛星系列，其影像數據經過處理後可以產生與Landsat TM圖像大致相同的效果。隨著我國衛星感測器技術的不斷改進，衛星影像的質量將逐步提高 這將可以推動該影像在生態監測、災害監測中的廣泛套用，從而推動我國遙感套用事業的快速發展。
