基本介紹
衛星介紹,分類,起源,原理,套用,攜帶儀器,示例,衛星系列,衛星軌道,軌道理論,同步作用,發展情況,
衛星介紹
從1990年開始，中國和巴西聯合進行資源衛星的研製，1999年10月共同研製的“資源”一號衛星由中國的“長征”四號乙運載火箭送入預定的太陽同步軌道。2002年9月，用同樣的火箭成功地將經過改進的“資源”二號衛星送入同樣的軌道。
分類
資源衛星分為兩類：一是陸地資源衛星，二是海洋資源衛星。陸地資源衛星以陸地勘測為主，而海洋資源衛星主要是尋找海洋資源。
資源衛星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。
起源
世界上第一顆陸地資源衛星是美國1972年7月23日發射的，名為“陸地衛星1號”。它採用近圓形太陽同步軌道，距地球920公里高，每天繞地球14圈。衛星上的攝像設備不斷地拍下地球表面的情況， 每幅圖象可覆蓋地面近兩萬平方公里，是航空攝影的140倍。
世界上第一顆海洋資源衛星也是美國於1978年6月發射的，名為“海洋衛星1號”。它裝備有各種遙測設備，可在各種天氣里觀察海水特徵， 測繪航線，尋找魚群，測量海浪、海風等。
原理
地球資源衛星是一種中等高度的”太陽同步衛星”，它的近地點是905公里，遠地點是918公里，所以軌道是近於圓形的；每103．267分鐘它就由北向南，又由南而北地圍繞．地球一周，一天要轉14圈，每隔25秒鐘就“拍”一張相片。不過，在地球背著太陽的那一面，它又會自動不“拍照”，你看，一天它該拍多少照片呀!因為地球是自轉的，103分鐘內恰好向東轉了25.8°，這就等於衛星也向西跑了25.8°，25.8°有多遠?地球的赤道周長是40075．24公里。也就是說，每隔103分鐘，衛星就要在上一條軌道以西2875公里(指赤道附近，近兩極兩條軌道的距離當然要縮短)拍照。在這段時間內，太陽由東向西也移動了25.8°，衛星的軌道移動的距離正好和太陽一致了，所以把地球資源衛星稱作“太陽同步衛星”。按照設計，衛星通過赤道的時間都是當地時間上午9點30分，這正是陽光最柔和，最適合攝影的時間。地球資源衛星每18天，轉251圈以後，就把地球各個部分都拍攝完了；然後再從第一條軌道開始工作，每18天就可以得到同一地區的相片。
套用
至於對調查迅速變化的自然現象，如火山噴發、河水泛濫、河口海岸的變遷，以至農作物的長勢，資源衛星都是一個優秀的“監察員”。
正因遙感技術具有這些優點，已廣泛運用在尋找礦產、工程勘察、預報火山噴發和地震、森林調查和森林防火、估計農作物的產量，甚至還可測定大陸間的移動距離哩。
那么，是不是有了遙感技術就可以取代地面工作和其他方法呢?不行，即使在將來，也還需要地面工作，當用遙感技術探得資源後，還要在重點關鍵地區作深入研究，必須空間和地面相結合，才可以達到節省人力、物力和時間，加強深入研究的效果。
中國在修建大同—秦皇島的鐵路時 ，原先認為桑乾河為不可通的地段，鐵路須繞行40千米。而每千米的鐵路建設費高達900萬元人民幣，還要占用數千畝良田。後來研究了資源衛星提供的衛星圖片，桑乾河的地質條件可以讓鐵路通過，這樣一下子就減少了國家4億元的投資。
美國夏威夷群島上的居民一直找不到充足的淡水，人們祈求資源衛星來幫忙。通過研究資源衛星提供的圖片，專家們發現某些島嶼沿海處的溫度輻射比周圍要低10攝氏度。根據圖片坐標去實地勘探，結果發現那裡竟是地下淡水的入海處。就這樣，資源衛星一下子為夏威夷人找到了200多處地下淡水源。
世界上第二長的河流叫亞馬遜河，長期以來亞馬遜河流域的資源狀況一直是個謎。因為這是一個原始森林密布，野獸出沒，人跡罕至的地方，它的面積有500萬平方千米，大約占南美洲巴西國土的60%。如果要進行人工勘測，可能需幾千人工作100年以上，耗資70億美元。這么大的投資70億美元。這么大的投資，使得人們無力去解開亞馬遜之謎。然而80年代中期以後，人們並沒有費太大的勁，就對世界第一大河流域的地形地貌，土壤植被，森林，礦藏等等資源了如指掌了，並且發現了這條大河還有一條幾千千米長的大支流，是誰幫了這個大忙呢？是資源衛星。
攜帶儀器
地球資源衛星上帶有兩種“攝影”儀器(稱為感測器)，一是反光束導管電視攝像儀，類似電視攝像機；另一種是多光譜掃瞄器，能把地面反射上來的電磁波按波長分開，記錄下來。這些儀器接收到的光訊號都經過轉換，變成電壓訊號記錄在磁帶上，等到衛星經過地面接收站上空，地面站又用磁帶把它發射回來的電壓訊號記錄下來，再經過電子計算機處理，把它變成光學訊號，在感光材料上重新成像，這就是衛星相片。每張衛星相片所拍攝的範圍是34225平方公里，相當於1000-。10000張航空象片的範圍，而且它還不會象飛機那樣，受到氣候條件、地形起伏等因素而影響飛行，因此，它自然要比用飛機調查快得多、省得多。而單純的地面調查工作的效率和它比起來，更是望塵莫及了。
示例
資源衛星能夠預報森林火災，管理水利資料，測繪地圖，估計農作物的產量，測量冰河的移動及大氣與海洋污染等。現今更可用於幫助動物學家觀測如北極熊等野生動物的生活習性。
史波特衛星
1986年2 月法國成功的發射第一顆 SPOT 衛星 (SPOT-1)，1990 年1月再發射第二顆 SPOT-2 。1993 年 8 月 SPOT-1 停止使用，9月底再次成功的發射 SPOT-3 衛星，但不幸於 1996 年 11 月失去聯絡，隨後 SPOT-1 重新啟用。
SPOT 系列衛星為太陽同步衛星，平均航高 832 公里，軌道與赤道傾斜角 98.77 ° ，繞地球一圈周期約 101.4 分，一天可轉 14.2 圈，每 26 天通過同一地區， SPOT 衛星一天內所繞行的軌道，在赤道相鄰兩軌道最大距離 2823。6 公里，全球共有 369 個軌道。SPOT-1-3 衛星上有兩組 HRV(High Resolution Visible) 感測器，每一組感測器分別擁有多光譜態 (XS) 及全色態 (PAN) 兩種模式。多光譜之三個波段分別為綠光段 (XS1 ： 0.5μm – 0.59μm) ，紅光段 (XS2 ： 0.61μ m – 0.68μ m) 與近紅外光段 (XS3 ： 0.79μm – 0.89μm) ，而全色態的波長範圍則在 0.50μm – 0.73μm 。每一組 HRV 之每一波段皆有 6000 個 CCD 。其中全色態每一個 CCD 對應一個像元，多光譜態每一像元由兩個 CCD 之資料相加平均而組成。每一組 HRV 之視野角 (Field of View) 為 4.25 度。
SPOT-4 號衛星
於 1998 年 3 月 24 日發射升空，其最大的特點在於新增的短波紅外線波段 (SWIR，Short-Wave Infrared) ，以及一個專用於地表植被分析研究的儀器 VI(Vegetation Instrument) 。新的 SWIR 波段有助於對地物景觀進行較以往更深入的分析判讀， SWIR 波段比原有的波段 ( 綠光 / 紅光 / 近紅外光 ) ，具備更強的大氣穿透能力，因此可使得衛星影像上的地物地貌更加清晰。藉由 SWIR 波段更高的亮度對比特性，地表的水線和湖泊等均可以鮮明銳利地呈現出來。此外，土壤與植物的濕度亦能從此波段之灰階亮度中分析出，可以更容易地達成有關土壤種類判釋和植被農作物生長階段的監控。
SPOT-5 號衛星
於 2002 年 5 月 4 日發射升空，擁有 3 種光學儀器分別為兩個 HRG ， VI ，以及 HRS 。其中 VI 與 SPOT-4 相同，而每一個 HRG 儀器分別擁有兩個全光譜影像 (HM) ，一個多光譜影像 (HI) ，以及一個短波紅外線波段 (SWIR) 影像。其中， HM 有 12000 個 CCD 空間解析度為 5 公尺， HI 有 6000 個 CCD 空間解析度為 10 公尺，而 SWIR 則有 3000 個 CCD 空間解析度為 20 公尺。若利用兩組 HRG 感測器同時拍攝 HM 資料，再經過影像融合處理可以提升其空間解析度到 2.5 公尺，稱為超解像模式 (Supermode) 影像，而像幅寬度仍維持為 60 公里，是中高解析度衛星中，幅寬最廣之衛星資料。此外，在定位精度方面，過去 SPOT-1~4 衛星利用載體軌道參數所得到之 絕對定位誤差約為 1000 公尺 ，而 SPOT-5 衛星利用 Start Tracker 與 DORIS 系統進行姿態與軌道位置之定位，在未使用地面控制點且為平坦地形之絕對定位精度已可提高到 50 公尺。另外， HRS 為立體觀測感測器，專為製作數值地形模型而設計，其拍攝範圍為 120 公里 ( 寬 ) x 600 公里 ( 長 ) ，拍攝方式為同軌立體，如圖 B.2 所示，以便獲取相同大氣狀況之立體影像。其空間解析度為 10 公尺 (Across Track) x 10 公 尺 (Along Track) ，並且在沿軌道方向重複取樣 (Over Sampling)5 公尺。由於此感測器之觀測視角固定為 40 度，使得基線航高比 (B/H) 可高達 0.84 ，加上高精度之軌道參數，在平坦地形且未使用地面控制點之情況下，所製作之數值地形模型其定位精度約可達 15 公尺。
福爾摩沙
福爾摩沙衛星二號 ( 福衛二號 ) 已於2004 年 5 月 21 日 成功發射， 為台灣地區第一個自主性遙測與科學衛星，是由台灣“國家實驗研究院國家太空計畫室”所主導，為台灣當局太空計畫第一期十五年計畫中之主要任務之一。福爾摩沙衛星二號具有資源探測與科學研究雙重任務，其資源探測任務是以滿足台灣地區之需求為主，其每日再訪率與高空間解析度的設計，是福爾摩沙衛星二號優於其他商業遙測衛星的地方。其套用領域可包含土地利用與變遷 ， 農林規劃 ， 環境監控 ， 災害評估以及科學研究與教育等方面，預期將帶動國內遙測技術之開發及提升遙測套用之層級。
福爾摩沙衛星二號，其質量約為 750 公斤 ( 含酬載及燃料 ) ，軌道高 891 公里 ，屬於太陽同步衛星。軌道面固定，每日通過台灣海峽上空，具左右各 45 ° 之傾斜拍攝之能力。每日繞地球飛行 14 圈，地面軌跡 (Ground Track) 將通過台灣海峽上空，可一次拍攝八分鐘的資料。其全色態解析度在 0 ° ~45 ° 之傾角下約為 2~ 4.5 公尺 ，在飛行方向則約為 2~ 3 公尺 。多光譜態有四個波段，即藍光段，綠光段，紅光段及近紅外光段，具 8 公尺 解析度，掃瞄寬度為 24 公里 。福爾摩沙衛星二號之攝影模式為衛星本體旋轉 (Body Rotation) 同步取樣方式，可以向前，向後觀測方式進行立體攝影，以進一步獲取數值地形模型 (Digital Terrain Model， DTM) 資料。
ERS-1 衛星
歐洲太空總署 (European Space Agency ， ESA) 於 1991 年 7 月發射 ERS-1 衛星，於1995 年又發射 ERS-2 衛星。僅餘 ERS-2 衛星仍在運作。 ERS-1 及 ERS-2 是以太陽同步軌道運行，軌道高度約為 785 公里 ，軌道傾斜角約為 98.5 ° ，軌道周期是以 35 天為一周期運作。其上所酬載之合成口徑雷達影像 (SAR) 系統，是以 23 ° 入射角斜視地面物攝取雷達回波資料，掃瞄軌跡寬約為 100 公里 ，其一幅影像大小約為 100 公里 × 100 公里 ，解析度約為 30 公尺 ，掃瞄軌跡中心距離衛星軌道投影中心約為 294 公里 。
大地衛星
Landsat 5於1984年 3月1日升空，亦為太陽同步地球資源衛星，在赤道上空 705公里，高度運轉傾斜角為98.2度。每次約上午 9點42分，由北向南南越赤道，繞地球一圈周期約98.9分，每天繞行約14圈，每16天掃瞄同一地區。全球共有 233個軌道，以Landsat 所定義之全球參考系統( WRS)表示，定為Path， Row坐標系，台灣地區處Path 117-118，Row 42-45。Landsat 掃瞄覆蓋地面每一像幅(SCENE)約 185Km×170Km，掃瞄一個像幅約費時 26.31秒，在赤道附近相鄰兩張影像重疊量為百分之 7.3，愈向兩極重疊愈多，在台灣地區重疊約百分之14。
Landsat TM(Thematic Mapper)有 7個波段，其中1-5和 7的IFOV(Instantaneous Field of View)為43μrad相當地面解析力30公尺×30公尺(為可見光及近紅外光)，波段 6的IFOV為 170μrad，6相當地面解析力為 120公尺(為熱紅外光波段)。TM以垂直飛行方向做來回掃瞄，掃瞄張角為14.7度，相當地面 185公里寬，每個像幅有5996行掃瞄線，每行有6320像點。1993年十月間發射失敗的 Landsat 6，主要之特色為另添單色ETM(Enhanced Thematic Mapper)感測器，地面解析度達 15公尺× 15公尺，是由美國EOSAT公司負責操作，美國將於1996發射Landsat 7號取代之。
Radarsat衛星
加拿大雷達衛星(Radarsat)於1995 年11月發射，傾角98.6度，軌道高度為790公里，其為商用及科學用的雷達系統，主要探測目標為冰河，同時還考慮到陸地成像，以便套用於農業，地質等領域。該系統有5種波束工作模式，即：坽標準波束模式，入射角20° 49°，成像寬度100公里，距離及方位解析度為25m x 28m;夌寬輻射波束，入射角20° 40°，成像寬度及空間解析度分別為150公里和28mx35m;奅高解析度波束，三種參數依此為37° 48°，45公里及10m x 10m;妵掃描雷達波束，該模式具有對全球快速成像能力，成像寬度大(300公里或500公里)，解析度較低(50m x 50m或100m x 100m)，入射角為20° 49°;妺試驗波束，該模式最大特點為入射角大，且變化幅度小49° 59°，成像寬度及解析度分別為75公里及28m x 30m。
偵察衛星系列
其設計壽命8年，傾角57~68度，軌道高度為670~703 公里，雷達的幾何解析度為30cm~3m。其酬載之合成孔徑雷達能以標準，寬掃，精掃及試驗等多種波束模式對地面軌跡兩側的目標成像，這些不同的波束模式各有各的獨特用途。前兩顆衛星以標準模式成像時解析度為3m，以精掃模式成像時解析度為1m，而後兩顆改進型衛星的精掃模式解析度已提升至30cm。
衛星系列
中巴地球資源衛星是1988年中國和巴西兩國政府聯合議定書批准，在中國資源一號原方案基礎上，由中、巴兩國共同投資，聯合研製的衛星（代號CBERS）。並規定CBRES投入運行後，由兩國共同使用。
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。02星於2003年10月21日在太原衛星發射中心發射升空，經在軌測試後於2004年2月12日投入套用運行。02星仍在軌道上正常運行。資源一號衛星02星數據網上免費分發，用戶可以申請使用。
中國資源衛星套用中心泰國地面站即將使用
中國資源衛星套用中心泰國地面站即將使用資源一號 02C 衛星（簡稱ZY-1 02C）於2011 年12 月22 日成功發射。ZY-1 02C衛星重約2100 公斤，設計壽命3 年，搭載有全色多光譜相機和全色高解析度相機，主要任務是獲取全色和多光譜圖像數據，可廣泛套用於國土資源調查與監測、防災減災、農林水利、生態環境、國家重大工程等領域。
中國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。中國曾於2000年9月1日和2002年l0月27日分別發射這個型號的01星和02星。這兩顆衛星至今仍在軌正常運行，已發回了大量數據。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。03星的總體性能和技術水平與前兩顆相比，有了改進和提高。今後一段時間內，太空將呈現“中國資源二號三星高照”的態勢。
“資源一號”衛星由“長征四號乙”火箭發射
“資源一號”衛星由“長征四號乙”火箭發射資源三號衛星（ZY-3）是中國首顆民用高解析度光學傳輸型立體測圖衛星，衛星集測繪和資源調查功能於一體。資源三號上搭載的前、後、正視相機可以獲取同一地區三個不同觀測角度立體像對，能夠提供豐富的三維幾何信息，填補了中國立體測圖這一領域的空白，具有里程碑意義。通過立體觀測，可以測制1∶5萬比例尺地形圖，為國土資源、農業、林業等領域提供服務。該衛星於2012 年1月9 日在太原衛星發射中心由“長征四號乙”運載火箭成功發射升空。
衛星軌道
它們通常運行在太陽同步軌道上。那么什麼是太陽同步軌道？這種軌道又有什麼好處？
軌道理論
太陽同步軌道的理論定義是：軌道平面進動方向與地球公轉方向大致相同，進動角速率等於地球公轉平均角速率（0.9856度/日或360度/年）的人造地球衛星軌道。其實，說簡單一點，就是能保證衛星每天以相同方向經過同一緯度的當地上空的軌道。因為，我們知道，衛星運行的周期是由的處的軌道決定的，因此，這樣的軌道是可以確定的。
選擇太陽同步軌道，能保證衛星每天在特定的時刻經過指定地區，這當然便於我們獲得最好的太陽光條件，從而得到高質量的地面目標圖像，這就是氣象衛星、資源衛星通常選擇太陽同步軌道的原因。
茫茫星空，有心人會發現，有些衛星幾乎總是在同一時刻出現的天空中的同一位置，奇怪嗎？其實一點也不奇怪，因為它們處在地球同步軌道上。
同步作用
所謂地球同步軌道，就是沿這個軌道走一圈所需的時間恰好與地球自轉的周期（23小時56分4秒）相同。也許有人會說，那么如果走得速度快慢不一，那得到的時間不也就不同了嗎。其實，按照天體運行規律，每條軌道上運行的物體的速度是固定的。因此，不用擔心會出現時間上的不一致性。
那么，地球同步軌道有什麼用呢？構想一下，如果我們想每天監視地球上的同一個地方，我們的衛星該放在哪兒？當然是地球同步軌道。再如象俄羅斯，它處於高軌地區，常用的靜止軌道衛星無法覆蓋，如果想實現衛星通信，地球同步軌道是再好的選擇。事實上，俄羅斯的“閃電”通信衛星也正是這樣選擇運行軌道的。
發展情況
世界上第一顆地球資源遙感衛星是美國於1972年發射的陸地衛星一號。在陸地一號發射後的幾年內，美國軍方和民間廣泛套用了陸地衛星一號發回的遙感信息並獲得了巨大收益。陸地一號衛星的成功使得世界各國認識到利用資源衛星尋找、開發、利用和管理地球資源是一種非常有效的手段，於是紛紛開始研製自己的地球資源衛星。在美國之後，俄羅斯、法國、印度、日本和加拿大等國的資源衛星先後進入太空。
目前正在太空中運行的各種資源衛星數量共有30多顆，這些衛星大致可以分為兩類，即公益性資源衛星和商業性資源衛星。公益性資源衛星圖像解析度一般在20米以上，世界各國研製成功的資源衛星大部分都屬於這種類型，陳欽楠認為公益性資源衛星發展趨勢是向著高解析度、多感測器和短重複周期方向發展，今後的公益性資源衛星的性能與商業性資源衛星的差別將越來越小。
