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高分一号的落后与特色

6月6日,国防科技工业局公布了国产"高分一号"卫星的首批照片。此批照片包括了大同、北京等多个城市的2米分辨率全色照片和8米分辨率多光谱照片。不少网友在浏览网上照片后表达了不满,怎么分辨率那么低,连"谷歌地球"也不如? 在这里需要先澄清一下,为了...

作者:腾讯来源:腾讯|2013年06月18日

福建快3扣琴加959444高手讨论 www.braeee.com 6月6日,国防科技工业局公布了国产"高分一号"卫星的首批照片。此批照片包括了大同、北京等多个城市的2米分辨率全色照片和8米分辨率多光谱照片。不少网友在浏览网上照片后表达了不满,怎么分辨率那么低,连"谷歌地球"也不如?

在这里需要先澄清一下,为了减轻对服务器带宽的压力,网络新闻媒体刊登的"高分一号"照片已经进行过压缩,特别是为了在单幅图片上显示城市全貌,对图片进行了缩小,所以网友看到的图片质量要比原图差非常多。但从官方给出的资料来看,高分一号照片分辨率确实不及谷歌地球所采用的卫星照片。

高分一号光学成像卫星是我国"高分辨率对地观测"系统重大专项(简称"高分专项")的第一颗卫星,它的主要用户为国土资源部、农业部和环境?;げ?。高分专项是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》所确定的16个重大专项之一,整个项目包括天基观测系统、邻近空间观测系统、航空观测系统、地面系统和应用系统等5大系统。高分专项由国防科工局负责牵头组织,于2010年5月全面启动实施,计划到2020年建成我国自主的陆地、大气和海洋先进对地观测系统,为资源环境、防灾减灾、现代农业以及国家安全等领域提供服务,并确保掌握对地观测资源的自主权,促进空间遥感产业链的形成。

随着国民经济的蓬勃发展,我国多个行业对卫星遥感观测存在巨大的需求。但我国民用遥感卫星一直远远落后于世界先进水平,军用侦察卫星情况稍好,但使用军用卫星照片需要经过苛刻的审查、产品时效性也往往不足,因此我国高分辨率对地遥感观测目前主要依靠昂贵的航空遥感,或者向国外购买卫星照片。高分专项的启动和发展是时代的必然。

高分专项是一个非常庞大的遥感技术项目,包含至少7颗卫星和其他观测平台。

根据目前公开的计划,高分专项的天基系统包括至少7颗高分系列卫星,分别编号为高分一号到高分七号,它们都将在2020年前发射并投入使用。7颗卫星最先发射的高分一号为光学成像遥感卫星,主要载荷为2米全色/8米多光谱/16米宽幅多光谱的相机,高分六号的载荷性能也与其相似;高分二号仍为光学遥感卫星,但全色和多光谱分辨率都提高一倍,分别达到了1米全色/4米多光谱;高分三号卫星为1米分辨率的C波段合成孔径雷达卫星;高分四号为地球同步轨道上的光学卫星,全色分辨率为50米;高分五号是不仅装有高光谱相机,而且拥有多部大气环境和成分探测设备,如可以间接测定PM2.5的气溶胶探测仪;高分七号则属于高分辨率空间立体测绘卫星,具体性能未知,但应该强于现有的资源三号卫星。高分系列卫星覆盖了从全色、多光谱到高光谱,从光学到雷达,从太阳同步轨道到地球同步轨道等多种类型,构成了一个具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率能力的对地观测系统,与高分专项的其他观测手段相结合,将建成具有全天时、全天候和全球范围观测能力的高分辨率对地观测系统。

回到高分一号,高分一号的全色分辨率是2米,多光谱分辨率是8米,这个水平确实远远不及国外光学成像卫星,甚至比不上一些先进的合成孔径雷达成像卫星。高分一号卫星发射成功后,卫星总设计师白照广接收采访时表示,高分一号卫星在分辨率上与国际先进水平差距20年以上。目前国外分辨率最高的商业成像卫星分辨率已经达到了0.41米,这其中就包括谷歌地球所使用的GeoEye系列卫星照片。

其实相比国内之前发射的一些光学成像卫星,高分一号在分辨率性能上也不算出彩。我国早在2007年发射的遥感二号卫星上就实现了2米的全色分辨率,如果说遥感二号是军用卫星的话,近年来国土资源部资源一号02C卫星的2.36米全色分辨率和国家测绘局资源三号卫星的2.1米全色分辨率,与高分一号卫星相差并不远。出口委内瑞拉的遥感卫星一号卫星,也达到了2.5米全色分辨率。

美国商用Worldview2卫星,全色分辨率0.41米,代表了民用遥感卫星的最高技术,远远领先于我国现有民用遥感卫星。
发射时间早于高分一号的国土资源部的资源一号02C卫星模型,全色分辨2.36米。高分一号在分辨率上较其没有突破。
高分一号卫星使用多台宽幅相机进行多角度拼接视场,宽幅达到800千米,可以更快地对同一地区进行重拍。

高分一号在分辨率上没有突破,但这并不意味着高分一号一无是处。高分一号卫星技术上的主要特点是空间分辨率、多光谱和大覆盖的结合。高分一号卫星除了全色分辨率2米的高清相机,还增加了高分辨率多光谱相机,可以拍摄红黄蓝绿四个谱段的彩色图像,其多光谱相机性能在目前国内投入运行的对地观测卫星中独占鳌头。出口委内瑞拉遥感卫星一号的16米分辨率宽幅多光谱相机幅宽为370千米,而高分一号卫星的宽幅多光谱相机幅宽达到了惊人的800千米。据了解,高分一号卫星使用多台宽幅相机进行多角度拼接视场,从而实现了大视场成像。以高达800千米的幅宽,高分一号卫星4天内就能把地球完整地看一遍。对比而言,资源三号卫星的幅宽只有52千米左右,法国去年发射的SPOT6卫星幅宽也仅为60千米,高分一号卫星在具有类似空间分辨率的同时,可以在更短的时间内对一个地区重复拍照,实现了高空间分辨率和高时间分辨率的完美结合,是卫星设计的一大亮点。

高分一号卫星在平台性能上也有所进步。高分一号卫星使用航天东方红公司研制的CAST2000小卫星平台,这是一种标准的低轨道卫星平台,它使用三轴稳定控制方式,具有整星侧摆机动能力和较高精度的姿态控制能力,星务管理系统高度集成,外加高效率的电力供应,整个平台具有良好的扩展性和灵活性,是一个高性能的遥感卫星卫星平台。虽然CAST2000卫星平台在部分性能上和资源二号卫星平台仍有一定差距,但它作为小卫星平台质量更小,而且作为后发者设计也更先进,而且也有部分性能后来居上。

CAST2000卫星平台已经用于包括委内瑞拉遥感卫星一号在内的国内外7颗遥感卫星,虽然它的设计使用寿命只有3年,但遥感卫星二号的实际轨道寿命早已突破了5年,同样使用CAST2000平台的委内瑞拉遥感卫星一号的设计寿命也达到了5年。在过去成功的经验基础上,通过对卫星平台的进一步改进。高分一号卫星使用了轻质高容量的锂电池和发电效率高达28%的三结砷化镓太阳能电池,在增加电池容量和供电能力的同时,降低了平台质量,并降低了蓄电池和太阳能帆板性能下降对卫星寿命的影响。高分一号卫星还使用了设计寿命更长的星载陀螺、飞轮和星敏感器,满足长时间飞行需要的太阳能帆板驱动装置,性能更好的常温推进剂,此外还在星载事务管理进行了进一步的优化,提高了自我检测和治疗的能力,以实现设计寿命的进一步提升。通过多方面的改进,高分一号卫星的设计寿命达到了5-8年,接近了国际先进水平。除此之外,为了满足高分一号图像质量和定位精度的苛刻要求,卫星平台的三轴定位精度从CAST2000卫星平台最早的每秒千分之一度提高到每秒万分之五度以下,同时在姿态稳定度和摄像的同步性上也有了进一步的提高。

高分一号在分辨率这个主要指标上落后,估计与国内高端光学成像行业落后有关,这需要时间和资金去解决。我们可以看到,正在研制中的高分二号,分辨率就已提升至1米。而我国还有独立的军用侦察卫星项目,外界估计我国军用星分辨率已达到1米水平?!段夜饣嫖佬堑奈蠢捶⒄埂返茸柿匣乖焦⒄寡敲准读⑻宀饣嫖佬?、以及分辨率0.15米的高分辨率卫星,这应该是我国未来军用侦察卫星的目标。

图为辽宁号航母的卫星照片。这需要辽宁舰要正好处于拍摄卫星的视场内。静止轨道光学成像卫星具有24小时监控海上航母的技术潜力。

高分专项的天基系统里还有采用合成孔径雷达成像的高分三号,雷达成像包括军用星在内,能做到1米分辨率已是当今最高的水平。雷达成像卫星还具有受云层影响小的特点。另外,高分四号是静止轨道光学成像卫星,分辨率50米只能用于大气观测等,但静止轨道光学成像卫星的军用前景非常诱人,相比低轨卫星,它"悬停"于太空中,没有重访周期限制,可以24小时监控敌国的一举一动。国外现在已提出将分辨率提高到5米的理论,采用1.5米口径光学镜头、分辨率为20米的方案已具可行性,饱受朝鲜导弹威胁的韩国就已启动本国的静止轨道侦察卫星项目。如果静止轨道光学成像卫星的分辨率能提高到5米,就足够识别海上航行的大型航母,这将会令反舰弹道导弹(ASBM)真正具备3000公里外、甚至更远的超视距打击能力。

总的来说,高分一号分辨率虽然没有突破,但它更注重于民用方面的实用性。而整个高分专项天基系统的实施,除了可以提高我国民用卫星遥感应用水平外,还可促进多种类型军用侦察卫星的发展。

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