资源卫星

编辑:明澈网互动百科 时间:2019-11-14 22:38:49
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用于勘测和研究地球自然资源的卫星。它能“看透”地层,发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构,能普查农作物、森林、海洋、空气等资源,预报各种严重的自然灾害。 资源卫星利用星上装载的多光谱遥感设备,获取地面物体辐射或反射的多种波段电磁波信息,然后把这些信息发送给地面站。由于每种物体在不同光谱频段下的反射不一样,地面站接收到卫星信号后,便根据所掌握的各类物质的波谱特性,对这些信息进行处理、判读,从而得到各类资源的特征、分布和状态等详细资料,人们就可以免去四处奔波,实地勘测的辛苦了。
中文名
资源卫星
用    途
探测和研究地球资源
分    类
陆地资源卫星、海洋资源卫星
卫星轨道
太阳同步轨道

资源卫星简介

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资源卫星是专门用于探测和研究地球资源的卫星,可分陆地资源卫星和海洋资源卫星,一般都采用太阳同步轨道
从1990年开始,中国和巴西联合进行资源卫星的研制,1999年10月共同研制的“资源”一号卫星由中国的“长征”四号乙运载火箭送入预定的太阳同步轨道。2002年9月,用同样的火箭成功地将经过改进的“资源”二号卫星送入同样的轨道。[1] 

资源卫星分类

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资源卫星分为两类:一是陆地资源卫星,二是海洋资源卫星。陆地资源卫星以陆地勘测为主,而海洋资源卫星主要是寻找海洋资源。
资源卫星一般采用太阳同步轨道运行,这能使卫星的轨道面每天顺地球自转方向转动1度,与地球绕太阳公转每天约1度的距离基本相等。这样既可以使卫星对地球的任何地点都能观测,又能使卫星在每天的同一时刻飞临某个地区,实现定时勘测

资源卫星起源

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世界上第一颗陆地资源卫星是美国1972年7月23日发射的,名为“陆地卫星1号”。它采用近圆形太阳同步轨道,距地球920公里高,每天绕地球14圈。卫星上的摄像设备不断地拍下地球表面的情况, 每幅图象可覆盖地面近两万平方公里,是航空摄影的140倍。
世界上第一颗海洋资源卫星也是美国于1978年6月发射的,名为“海洋卫星1号”。它装备有各种遥测设备,可在各种天气里观察海水特征, 测绘航线,寻找鱼群,测量海浪、海风等。[1] 

资源卫星原理

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地球资源卫星是一种中等高度的”太阳同步卫星”,它的近地点是905公里,远地点是918公里,所以轨道是近于圆形的;每103.267分钟它就由北向南,又由南而北地围绕.地球一周,一天要转14圈,每隔25秒钟就“拍”一张相片。不过,在地球背着太阳的那一面,它又会自动不“拍照”,你看,一天它该拍多少照片呀!因为地球是自转的,103分钟内恰好向东转了25.8°,这就等于卫星也向西跑了25.8°,25.8°有多远?地球的赤道周长是40075.24公里。也就是说,每隔103分钟,卫星就要在上一条轨道以西2875公里(指赤道附近,近两极两条轨道的距离当然要缩短)拍照。在这段时间内,太阳由东向西也移动了25.8°,卫星的轨道移动的距离正好和太阳一致了,所以把地球资源卫星称作“太阳同步卫星”。按照设计,卫星通过赤道的时间都是当地时间上午9点30分,这正是阳光最柔和,最适合摄影的时间。地球资源卫星每18天,转251圈以后,就把地球各个部分都拍摄完了;然后再从第一条轨道开始工作,每18天就可以得到同一地区的相片。

资源卫星应用

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至于对调查迅速变化的自然现象,如火山喷发、河水泛滥、河口海岸的变迁,以至农作物的长势,资源卫星都是一个优秀的“监察员”。
资源卫星得到的数据图像
资源卫星得到的数据图像 (4张)
正因遥感技术具有这些优点,已广泛运用在寻找矿产、工程勘察、预报火山喷发和地震、森林调查和森林防火、估计农作物的产量,甚至还可测定大陆间的移动距离哩。
那么,是不是有了遥感技术就可以取代地面工作和其他方法呢?不行,即使在将来,也还需要地面工作,当用遥感技术探得资源后,还要在重点关键地区作深入研究,必须空间和地面相结合,才可以达到节省人力、物力和时间,加强深入研究的效果。
中国在修建大同—秦皇岛的铁路时 ,原先认为桑乾河为不可通的地段,铁路须绕行40千米。而每千米的铁路建设费高达900万元人民币,还要占用数千亩良田。后来研究了资源卫星提供的卫星图片,桑乾河的地质条件可以让铁路通过,这样一下子就减少了国家4亿元的投资。
美国夏威夷群岛上的居民一直找不到充足的淡水,人们祈求资源卫星来帮忙。通过研究资源卫星提供的图片,专家们发现某些岛屿沿海处的温度辐射比周围要低10摄氏度。根据图片坐标去实地勘探,结果发现那里竟是地下淡水的入海处。就这样,资源卫星一下子为夏威夷人找到了200多处地下淡水源。
世界上第二长的河流叫亚马逊河,长期以来亚马逊河流域的资源状况一直是个谜。因为这是一个原始森林密布,野兽出没,人迹罕至的地方,它的面积有500万平方千米,大约占南美洲巴西国土的60%。如果要进行人工勘测,可能需几千人工作100年以上,耗资70亿美元。这么大的投资70亿美元。这么大的投资,使得人们无力去解开亚马逊之谜。然而80年代中期以后,人们并没有费太大的劲,就对世界第一大河流域的地形地貌,土壤植被,森林,矿藏等等资源了如指掌了,并且发现了这条大河还有一条几千千米长的大支流,是谁帮了这个大忙呢?是资源卫星。

资源卫星携带仪器

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地球资源卫星上带有两种“摄影”仪器(称为传感器),一是反光束导管电视摄像仪,类似电视摄像机;另一种是多光谱扫描仪,能把地面反射上来的电磁波按波长分开,记录下来。这些仪器接收到的光讯号都经过转换,变成电压讯号记录在磁带上,等到卫星经过地面接收站上空,地面站又用磁带把它发射回来的电压讯号记录下来,再经过电子计算机处理,把它变成光学讯号,在感光材料上重新成像,这就是卫星相片。每张卫星相片所拍摄的范围是34225平方公里,相当于1000-。10000张航空象片的范围,而且它还不会象飞机那样,受到气候条件、地形起伏等因素而影响飞行,因此,它自然要比用飞机调查快得多、省得多。而单纯的地面调查工作的效率和它比起来,更是望尘莫及了。

资源卫星示例

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资源卫星能够预报森林火灾,管理水利资料,测绘地图,估计农作物的产量,测量冰河的移动及大气与海洋污染等。现今更可用于帮助动物学家观测如北极熊等野生动物的生活习性。

资源卫星史波特卫星

1986年2 月法国成功的发射第一颗 SPOT 卫星 (SPOT-1),1990 年1月再发射第二颗 SPOT-2 。1993 年 8 月 SPOT-1 停止使用,9月底再次成功的发射 SPOT-3 卫星,但不幸于 1996 年 11 月失去联络,随后 SPOT-1 重新启用。
SPOT 系列卫星为太阳同步卫星,平均航高 832 公里,轨道与赤道倾斜角 98.77 ° ,绕地球一圈周期约 101.4 分,一天可转 14.2 圈,每 26 天通过同一地区, SPOT 卫星一天内所绕行的轨道,在赤道相邻两轨道最大距离 2823。6 公里,全球共有 369 个轨道。SPOT-1-3 卫星上有两组 HRV(High Resolution Visible) 感测器,每一组感测器分别拥有多光谱态 (XS) 及全色态 (PAN) 两种模式。多光谱之三个波段分别为绿光段 (XS1 : 0.5μm – 0.59μm) ,红光段 (XS2 : 0.61μ m – 0.68μ m) 与近红外光段 (XS3 : 0.79μm – 0.89μm) ,而全色态的波长范围则在 0.50μm – 0.73μm 。每一组 HRV 之每一波段皆有 6000 个 CCD 。其中全色态每一个 CCD 对应一个像元,多光谱态每一像元由两个 CCD 之资料相加平均而组成。每一组 HRV 之视野角 (Field of View) 为 4.25 度。

资源卫星SPOT-4 号卫星

于 1998 年 3 月 24 日发射升空,其最大的特点在于新增的短波红外线波段 (SWIR,Short-Wave Infrared) ,以及一个专用于地表植被分析研究的仪器 VI(Vegetation Instrument) 。新的 SWIR 波段有助于对地物景观进行较以往更深入的分析判读, SWIR 波段比原有的波段 ( 绿光 / 红光 / 近红外光 ) ,具备更强的大气穿透能力,因此可使得卫星影像上的地物地貌更加清晰。藉由 SWIR 波段更高的亮度对比特性,地表的水线和湖泊等均可以鲜明锐利地呈现出来。此外,土壤与植物的湿度亦能从此波段之灰阶亮度中分析出,可以更容易地达成有关土壤种类判释和植被农作物生长阶段的监控。

资源卫星SPOT-5 号卫星

于 2002 年 5 月 4 日发射升空,拥有 3 种光学仪器分别为两个 HRG , VI ,以及 HRS 。其中 VI 与 SPOT-4 相同,而每一个 HRG 仪器分别拥有两个全光谱影像 (HM) ,一个多光谱影像 (HI) ,以及一个短波红外线波段 (SWIR) 影像。其中, HM 有 12000 个 CCD 空间解析度为 5 公尺, HI 有 6000 个 CCD 空间解析度为 10 公尺,而 SWIR 则有 3000 个 CCD 空间解析度为 20 公尺。若利用两组 HRG 感测器同时拍摄 HM 资料,再经过影像融合处理可以提升其空间解析度到 2.5 公尺,称为超解像模式 (Supermode) 影像,而像幅宽度仍维持为 60 公里,是中高解析度卫星中,幅宽最广之卫星资料。此外,在定位精度方面,过去 SPOT-1~4 卫星利用载体轨道参数所得到之 绝对定位误差约为 1000 公尺 ,而 SPOT-5 卫星利用 Start Tracker 与 DORIS 系统进行姿态与轨道位置之定位,在未使用地面控制点且为平坦地形之绝对定位精度已可提高到 50 公尺。另外, HRS 为立体观测感测器,专为制作数值地形模型而设计,其拍摄范围为 120 公里 ( 宽 ) x 600 公里 ( 长 ) ,拍摄方式为同轨立体,如图 B.2 所示,以便获取相同大气状况之立体影像。其空间解析度为 10 公尺 (Across Track) x 10 公 尺 (Along Track) ,并且在沿轨道方向重复取样 (Over Sampling)5 公尺。由于此感测器之观测视角固定为 40 度,使得基线航高比 (B/H) 可高达 0.84 ,加上高精度之轨道参数,在平坦地形且未使用地面控制点之情况下,所制作之数值地形模型其定位精度约可达 15 公尺。

资源卫星福尔摩沙

福尔摩沙卫星二号 ( 福卫二号 ) 已于2004 年 5 月 21 日 成功发射, 为台湾地区第一个自主性遥测与科学卫星,是由台湾“国家实验研究院国家太空计划室”所主导,为台湾当局太空计划第一期十五年计画中之主要任务之一。福尔摩沙卫星二号具有资源探测与科学研究双重任务,其资源探测任务是以满足台湾地区之需求为主,其每日再访率与高空间解析度的设计,是福尔摩沙卫星二号优于其他商业遥测卫星的地方。其应用领域可包含土地利用与变迁 , 农林规划 , 环境监控 , 灾害评估以及科学研究与教育等方面,预期将带动国内遥测技术之开发及提升遥测应用之层级。
福尔摩沙卫星二号,其质量约为 750 公斤 ( 含酬载及燃料 ) ,轨道高 891 公里 ,属于太阳同步卫星。轨道面固定,每日通过台湾海峡上空,具左右各 45 ° 之倾斜拍摄之能力。每日绕地球飞行 14 圈,地面轨迹 (Ground Track) 将通过台湾海峡上空,可一次拍摄八分钟的资料。其全色态解析度在 0 ° ~45 ° 之倾角下约为 2~ 4.5 公尺 ,在飞行方向则约为 2~ 3 公尺 。多光谱态有四个波段,即蓝光段,绿光段,红光段及近红外光段,具 8 公尺 解析度,扫瞄宽度为 24 公里 。福尔摩沙卫星二号之摄影模式为卫星本体旋转 (Body Rotation) 同步取样方式,可以向前,向后观测方式进行立体摄影,以进一步获取数值地形模型 (Digital Terrain Model, DTM) 资料。

资源卫星ERS-1 卫星

欧洲太空总署 (European Space Agency , ESA) 于 1991 年 7 月发射 ERS-1 卫星,于1995 年又发射 ERS-2 卫星。仅余 ERS-2 卫星仍在运作。 ERS-1 及 ERS-2 是以太阳同步轨道运行,轨道高度约为 785 公里 ,轨道倾斜角约为 98.5 ° ,轨道周期是以 35 天为一周期运作。其上所酬载之合成口径雷达影像 (SAR) 系统,是以 23 ° 入射角斜视地面物摄取雷达回波资料,扫瞄轨迹宽约为 100 公里 ,其一幅影像大小约为 100 公里 × 100 公里 ,解析度约为 30 公尺 ,扫瞄轨迹中心距离卫星轨道投影中心约为 294 公里 。

资源卫星大地卫星

Landsat 5于1984年 3月1日升空,亦为太阳同步地球资源卫星,在赤道上空 705公里,高度运转倾斜角为98.2度。每次约上午 9点42分,由北向南南越赤道,绕地球一圈周期约98.9分,每天绕行约14圈,每16天扫瞄同一地区。全球共有 233个轨道,以Landsat 所定义之全球参考系统( WRS)表示,定为Path, Row坐标系,台湾地区处Path 117-118,Row 42-45。Landsat 扫瞄覆盖地面每一像幅(SCENE)约 185Km×170Km,扫瞄一个像幅约费时 26.31秒,在赤道附近相邻两张影像重叠量为百分之 7.3,愈向两极重叠愈多,在台湾地区重叠约百分之14。
Landsat TM(Thematic Mapper)有 7个波段,其中1-5和 7的IFOV(Instantaneous Field of View)为43μrad相当地面解析力30公尺×30公尺(为可见光及近红外光),波段 6的IFOV为 170μrad,6相当地面解析力为 120公尺(为热红外光波段)。TM以垂直飞行方向做来回扫瞄,扫瞄张角为14.7度,相当地面 185公里宽,每个像幅有5996行扫瞄线,每行有6320像点。1993年十月间发射失败的 Landsat 6,主要之特色为另添单色ETM(Enhanced Thematic Mapper)感测器,地面解析度达 15公尺× 15公尺,是由美国EOSAT公司负责操作,美国将于1996发射Landsat 7号取代之。

资源卫星Radarsat卫星

加拿大雷达卫星(Radarsat)于1995 年11月发射,倾角98.6度,轨道高度为790公里,其为商用及科学用的雷达系统,主要探测目标为冰河,同时还考虑到陆地成像,以便应用于农业,地质等领域。该系统有5种波束工作模式,即:坽标准波束模式,入射角20° 49°,成像宽度100公里,距离及方位解析度为25m x 28m;夌宽辐射波束,入射角20° 40°,成像宽度及空间解析度分别为150公里和28mx35m;奅高解析度波束,三种参数依此为37° 48°,45公里及10m x 10m;妵扫描雷达波束,该模式具有对全球快速成像能力,成像宽度大(300公里或500公里),解析度较低(50m x 50m或100m x 100m),入射角为20° 49°;妺试验波束,该模式最大特点为入射角大,且变化幅度小49° 59°,成像宽度及解析度分别为75公里及28m x 30m。

资源卫星侦察卫星系列

其设计寿命8年,倾角57~68度,轨道高度为670~703 公里,雷达的几何解析度为30cm~3m。其酬载之合成孔径雷达能以标准,宽扫,精扫及试验等多种波束模式对地面轨迹两侧的目标成像,这些不同的波束模式各有各的独特用途。前两颗卫星以标准模式成像时解析度为3m,以精扫模式成像时解析度为1m,而后两颗改进型卫星的精扫模式解析度已提升至30cm。

资源卫星卫星系列

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中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准,在中国资源一号原方案基础上,由中、巴两国共同投资,联合研制的卫星(代号CBERS)。并规定CBRES投入运行后,由两国共同使用。
资源一号卫星(CBERS-1)于1999年升空,它是中国第一代传输型地球资源卫星,星上三种遥感相机可昼夜观测地球,利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站,经加工、处理成各种所需的图片,供各类用户使用。
中国资源卫星应用中心泰国地面站即将使用 中国资源卫星应用中心泰国地面站即将使用
CBERS-02星是01星的接替星,其功能、组成、平台、有效载荷和性能指标的标称参数等与01星相同。02星于2003年10月21日在太原卫星发射中心发射升空,经在轨测试后于2004年2月12日投入应用运行。02星仍在轨道上正常运行。资源一号卫星02星数据网上免费分发,用户可以申请使用。
资源一号 02C 卫星(简称ZY-1 02C)于2011 年12 月22 日成功发射。ZY-1 02C卫星重约2100 公斤,设计寿命3 年,搭载有全色多光谱相机和全色高分辨率相机,主要任务是获取全色和多光谱图像数据,可广泛应用于国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、国家重大工程等领域。
中国资源二号卫星是传输型遥感卫星,主要用于国土资源勘查、环境监测与保护、城市规划、农作物估产、防灾减灾和空间科学试验等领域。中国曾
“资源一号”卫星由“长征四号乙”火箭发射 “资源一号”卫星由“长征四号乙”火箭发射
于2000年9月1日和2002年l0月27日分别发射这个型号的01星和02星。这两颗卫星至今仍在轨正常运行,已发回了大量数据。2004年11月6日上午,中国自行研制的“中国资源二号”03星在太原卫星发射中心由“长征”四号乙运载火箭送入太空。03星的总体性能和技术水平与前两颗相比,有了改进和提高。今后一段时间内,太空将呈现“中国资源二号三星高照”的态势。
资源三号卫星(ZY-3)是中国首颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星,卫星集测绘和资源调查功能于一体。资源三号上搭载的前、后、正视相机可以获取同一地区三个不同观测角度立体像对,能够提供丰富的三维几何信息,填补了中国立体测图这一领域的空白,具有里程碑意义。通过立体观测,可以测制1∶5万比例尺地形图,为国土资源、农业、林业等领域提供服务。该卫星于2012 年1月9 日在太原卫星发射中心由“长征四号乙”运载火箭成功发射升空。

资源卫星卫星轨道

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它们通常运行在太阳同步轨道上。那么什么是太阳同步轨道?这种轨道又有什么好处?

资源卫星轨道理论

太阳同步轨道的理论定义是:轨道平面进动方向与地球公转方向大致相同,进动角速率等于地球公转平均角速率(0.9856度/日或360度/年)的人造地球卫星轨道。其实,说简单一点,就是能保证卫星每天以相同方向经过同一纬度的当地上空的轨道。因为,我们知道,卫星运行的周期是由的处的轨道决定的,因此,这样的轨道是可以确定的。
选择太阳同步轨道,能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区,这当然便于我们获得最好的太阳光条件,从而得到高质量的地面目标图像,这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。
茫茫星空,有心人会发现,有些卫星几乎总是在同一时刻出现的天空中的同一位置,奇怪吗?其实一点也不奇怪,因为它们处在地球同步轨道上。

资源卫星同步作用

所谓地球同步轨道,就是沿这个轨道走一圈所需的时间恰好与地球自转的周期(23小时56分4秒)相同。也许有人会说,那么如果走得速度快慢不一,那得到的时间不也就不同了吗。其实,按照天体运行规律,每条轨道上运行的物体的速度是固定的。因此,不用担心会出现时间上的不一致性。
那么,地球同步轨道有什么用呢?设想一下,如果我们想每天监视地球上的同一个地方,我们的卫星该放在哪儿?当然是地球同步轨道。再如象俄罗斯,它处于高轨地区,常用的静止轨道卫星无法覆盖,如果想实现卫星通信,地球同步轨道是再好的选择。事实上,俄罗斯的“闪电”通信卫星也正是这样选择运行轨道的。

资源卫星发展情况

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世界上第一颗地球资源遥感卫星是美国于1972年发射的陆地卫星一号。在陆地一号发射后的几年内,美国军方和民间广泛应用了陆地卫星一号发回的遥感信息并获得了巨大收益。陆地一号卫星的成功使得世界各国认识到利用资源卫星寻找、开发、利用和管理地球资源是一种非常有效的手段,于是纷纷开始研制自己的地球资源卫星。在美国之后,俄罗斯、法国、印度、日本和加拿大等国的资源卫星先后进入太空。
目前正在太空中运行的各种资源卫星数量共有30多颗,这些卫星大致可以分为两类,即公益性资源卫星和商业性资源卫星。公益性资源卫星图像分辨率一般在20米以上,世界各国研制成功的资源卫星大部分都属于这种类型,陈钦楠认为公益性资源卫星发展趋势是向着高分辨率、多传感器和短重复周期方向发展,今后的公益性资源卫星的性能与商业性资源卫星的差别将越来越小。[2] 
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参考资料
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航空航天 科技