[科普中國]-衛(wèi)星成像

背景

衛(wèi)星成像技術(shù)的最初應(yīng)用起源于50年代先鋒號(Vanguard)和探索者號(Explorer)衛(wèi)星上的氣象實驗。美國政府當(dāng)時由子具有巨額預(yù)算而成為衛(wèi)星成像技術(shù)唯一的實際參與者。后來許多國家相繼開始研制衛(wèi)星成像技術(shù),例如法國制定了Hielos防衛(wèi)計劃,并一直成為世界衛(wèi)星成像市場上一個最有力的參與者。

位于法國Toulouse并由法國、比利時和瑞典等國政府共同籌建的世界上第一個研制商用衛(wèi)星的SPOT衛(wèi)星成像中心,可為任何用戶選取地球觀測成像資料,并在Reston創(chuàng)建了一個子公司。自1986年以來,該中心已發(fā)射了3顆主動衛(wèi)星,提供了空間分辨率為10m的全色圖像,可產(chǎn)生用于繪制城市地圖的數(shù)字式三維視圖模型的立體圖像,以及由綠色、紅色和近紅外混合的多光譜圖象。目前尚在建造并計劃于1997年發(fā)射的SPOT4衛(wèi)星,也能拍攝中紅外光圖像。

簡介衛(wèi)星成像主要采用光學(xué)成像和合成孔徑雷達(SAR)成像技術(shù)從太空對地球或月球等天體進行成像,從而用于遙感、環(huán)境監(jiān)測或軍事偵察。衛(wèi)星成像系統(tǒng)正在向高分辨率、高度集成方向發(fā)展。

衛(wèi)星成像系統(tǒng)高分辨率光學(xué)成像系統(tǒng)KH-12目前最具代表性的高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星如美國的KH-12,KH-12分辨率高達0.1米,可以清楚地看到地面汽車的牌照、坦克類型、人員數(shù)量等。衛(wèi)星還采用了小像元和多像元CCD、長焦距等新技術(shù)和復(fù)雜的衛(wèi)星穩(wěn)定控制技術(shù),不但使地面分辨率從“KH-11”的0.15米提高到0.1米,也使瞬時觀測幅寬從2.8-4公里提高到40-50公里。

優(yōu)于10米的光學(xué)衛(wèi)星成像系統(tǒng)1999年IKONOS衛(wèi)星1米分辨率成像標(biāo)志著商業(yè)高分辨率衛(wèi)星成像時代的到來。9.11事件后,在發(fā)動阿富汗與伊拉克兩場局部戰(zhàn)爭中,美軍購買了數(shù)億美元的高分辨率商業(yè)衛(wèi)星影像。鑒于高分辨率商業(yè)衛(wèi)星成像在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中的重要作用,2003年,美國明確地將商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星影像納入到國家影像體系之中,美國商業(yè)高分辨率衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)取得了巨大的發(fā)展,世界各國衛(wèi)星成像系統(tǒng)隨后進入百花齊放的繁榮時代,下面是目前世界上優(yōu)于10米的衛(wèi)星成像系統(tǒng)。

高光譜及超光譜衛(wèi)星成像系統(tǒng)光譜分辨率在10分之一波長數(shù)量級范圍的稱為多光譜(Mulistpecaltr),這樣的遙感器在可見光和近紅外光譜區(qū)只有幾個波段,如美國Landsat MSS,TM,法國的SPOT等;而光譜分辨率在100分之1波長的遙感信息稱之為高光譜遙感;在達到1000分之1波長以上,遙感即進入超高光譜階段。

上個世紀,高光譜成像儀已經(jīng)在在礦物填圖、植被生化特征等研究方面初顯了高光譜遙感的魅力。許多國家先后研制了多種類型的高光譜成像系統(tǒng)。超光譜成像系統(tǒng)中的杰出代表應(yīng)推美國TRW公司研制的超光譜成像儀trwis-3,trwis-3波段范圍寬,從0.4um到2.5um(可見光近紅外帶寬僅為5nm,短波紅外也只有6.25nm),具有384個連續(xù)光譜通道.

雷達成像衛(wèi)星合成孔徑雷達SAR衛(wèi)星既可穿云破霧彌補可見光的不足,又可提高時間分辨率。SAR衛(wèi)星具有不受云、霧、煙影響的特點,因而成為衛(wèi)星成像不可缺少的組成部分,然而到目前為止,只有美國發(fā)射了真正的SAR成像衛(wèi)星,法國、印度、日本、韓國、意大利已開始研制。1

衛(wèi)星成像系統(tǒng)發(fā)展方向衛(wèi)星成像系統(tǒng)正在向高分辨率、高度集成、全數(shù)字、小型化方向發(fā)展,分辨率突破0.1米,接近近景成像水平,技術(shù)與功能高度集成,不但將光學(xué)和雷達成像有機集成,將線陣、面陣CCD相機高度集成,將多面陣CCD高度集成,而且將其他諸如GPS、MIU、測速、測高等設(shè)備高度集成,同時數(shù)據(jù)傳輸方式也從數(shù)據(jù)回收進步到實時傳輸,甚至在星上可以實現(xiàn)自動處理。1

應(yīng)用及前景隨著衛(wèi)星成像技術(shù)的發(fā)展,已顯示出它具有許多潛在應(yīng)用價值的最新領(lǐng)域,例如衛(wèi)星成像技術(shù)在自然災(zāi)害、氣候、土壤濕度監(jiān)測方面的應(yīng)用。衛(wèi)星成像技術(shù)的一些傳統(tǒng)的應(yīng)用項目,如環(huán)境監(jiān)測、資源管理以及大眾關(guān)注的信息已在迅速增長并擴展成一個新的領(lǐng)域。像新聞采集、運輸、地質(zhì)學(xué)和農(nóng)業(yè)都是有待于衛(wèi)星系統(tǒng)高技術(shù)成像開發(fā)和應(yīng)用的領(lǐng)域。

在不遠的將來,遙感和衛(wèi)星成像市場的繁榮和發(fā)展將取決于其投資、使用以及對客戶提供高水平服務(wù)的情況。如果衛(wèi)星成像成為一種重要市場,則其迅速獲取信息緊接著對大量數(shù)據(jù)和圖像進行存檔的能力是一件刻不容緩的事。對不同圖像進行聯(lián)接、融合滲透也是影響衛(wèi)星成像市場前途的一項關(guān)鍵技術(shù)。2