國內遙感衛星資源綜述

作者：家輝 2018年10月

本文為作者原創，首發於數之聯大資料，"衛星遙感大資料"公眾號是作者建立的技術類公眾號，專注於衛星遙感大資料及其相關領域的技術，涵蓋地理空間、衛星基礎知識，衛星影像資料的採集、預處理(qgis/gdal/opencv等)、儲存、衛星影像地圖、以及採用機器學習等方法對衛星影像資料進行分析解譯等。

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概述

衛星遙感大資料的首要工作就是衛星遙感資料的獲取，為了快速地獲取所需的遙感資料，對現有遙感衛星的全面瞭解就顯得尤為重要。鑑於目前國內外的遙感衛星已經發展多年，從絕對數量上也較為豐富，為了更好地對現有遙感衛星資源進行描述，將從國內和國外的角度分別介紹，國外部分暫不在本文討論之內。本文主要聚焦國內遙感衛星的資源，先從巨集觀上進行了分析，介紹了遙感衛星的分類，然後根據分類分別梳理了各個分類中的重要遙感衛星、以及這些遙感衛星的技術特徵及其應用場景等。最後，對國內遙感衛星資源情況進行了總結。

 

 

遙感衛星的分類

通常，根據遙感觀測的物件，從大的方面可以分為對地遙感衛星、月球遙感衛星以及行星遙感衛星。這裡只討論對地遙感衛星。

 

根據對地觀測的領域，可以將遙感衛星分為陸地、大氣和海洋三大系列。也就是說，通過採用不同的感測器針對地球體系中的陸地、大氣和海洋三大領域分別建立獨立的遙感衛星對地觀測體系。這三大系列的簡單介紹如下：

 

[1] 陸地資源衛星

陸地資源衛星是指用於探測地球資源與環境的人造地球衛星，主要用於地球陸地資源調查、監測與評價。陸地資源衛星應用極為廣泛，是對地遙感衛星中的主要型別。

 

[2] 氣象衛星

氣象衛星是指從太空對地球及大氣層進行氣象觀測的人造地球衛星，主要用天氣預報、氣候預測、颱風監測，洪澇災害監測等等。

 

[3] 海洋衛星

海洋衛星是指標對地球海洋表面進行觀測的人造地球衛星，主要用於海洋溫度場，海流、海浪、海鹽等方面的動態監測。

 

根據遙感衛星所載感測器工作的波段不同，又可以分為光學遙感衛星和微波遙感衛星。光學遙感衛星是指採用從可見光到紅外區的光學領域的感測器採集遙感資訊的衛星。微波遙感衛星是指通過微波裝置來探測 、接收被測物體在微波波段（波長為1mm至1m）的電磁輻射和散射特性的衛星。微波遙感技術具有全天候晝夜工作能力，能穿透雲層，不易受氣象條件和日照水平的影響。

 

另外，根據遙感衛星的執行軌道不同，又可以分為太陽同步軌道衛星和地球同步軌道衛星。

根據通過返回還是直接傳輸的方式獲取遙感資料，又可分為返回型(返回式)和傳輸型衛星。

 

國內主要遙感衛星系列

高分衛星系列（GF）

高分系列衛星是"高分專項"所規劃的高解析度對地觀測的系列衛星。它是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》所確定的16個重大專項之一。該專項系統於2010年經過國務院批准啟動實施。

 

截止到目前(2018-10)為止，高分系列已經從高分一號發展到高分十一號，其中“高分一號”為光學成像遙感衛星；“高分二號”也是光學遙感衛星，但全色和多光譜相機的空間解析度都提高了一倍，分別達到了1米全色和4米多光譜；“高分三號”為1米解析度微波遙感衛星，也是中國首顆解析度達到1米的C頻段多極化合成孔徑雷達（SAR）成像衛星；“高分四號”為地球同步軌道上的光學衛星，可見光和多光譜解析度優於50m，紅外譜段解析度優於400m；“高分五號”不僅裝有高光譜相機，而且擁有多部大氣環境和成分探測裝置，如可以間接測定PM2.5的氣溶膠探測儀；“高分六號”的載荷效能與“高分一號”相似；“高分七號”則屬於高解析度空間立體測繪衛星。"高分八號"是高解析度光學遙感衛星，主要應用於國土普查、城市規劃、土地確權、路網設計、農作物估產和防災減災等領域。

高分九號是我國首顆敏捷衛星，衛星與相機採用了多項新技術，可實現衛星快速機動、穩定成像的功能，相機可實現全色解析度0.5米，多光譜解析度2米。

高分十號是偵察衛星，為監視在中國東部海域活動的美國航母而設計。2016年9月1日凌晨2點55分，高分十號衛星在太原衛星發射中心發射升空，但衛星未能成功進入軌道，最終在陝西商洛山陽縣墜毀。

高分十一號衛星具有高解析度、高承載、高機動、高精度、高數傳、高智慧等技術特點，並首次實現了單機產品100%國產化。據稱，高分十一號可能能夠實現10釐米或更小的地面影象解析度。英國某雜誌認為這是一枚用於軍事目的衛星，可以達到美國“鎖眼-12”號的分米級解析度。

 

高分系列衛星覆蓋了從全色、多光譜到高光譜，從光學到雷達，從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種型別，構成了一個具有高空間解析度、高時間解析度和高光譜解析度能力的對地觀測系統。

 

 

風雲氣象衛星系列(FY)

風雲氣象衛星系列是中國於1977年開始研製的氣象衛星，1988年發射了風雲系列第一顆風雲一號A衛星。

 

目前風雲系列衛星已經發展出了兩類四個系列。其中地球靜止軌道氣象衛星包括“風雲二號”和“風雲四號”兩個系列，極地軌道氣象衛星包括“風雲一號”和“風雲三號”兩個系列。風雲一號系列氣象衛星是我國第一代極地軌道氣象衛星，已經成功發射4顆衛星；風雲二號系列氣象衛星是我國第一代地球靜止軌道氣象衛星，已經成功發射8顆衛星；風雲三號系列氣象衛星是我國第二代極地軌道氣象衛星，已經成功發射4顆衛星，可實現全球、全天候、多光譜、三維定量氣象探測；風雲四號系列氣象衛星是我國第二代地球靜止軌道氣象衛星，可實現多光譜、高精度定量化測量，可獲取高質量多通道地球表面和雲的影象，實現大氣溫溼度三維結構探測、閃電探測，進行雲圖等遙感產品的廣播。已經成功發射1顆衛星。

 

 

資源系列衛星(ZY)

資源衛星是專門用於探測和研究地球資源的衛星，可分陸地資源衛星和海洋資源衛星，一般都採用太陽同步軌道。我國已陸續發射了資源一號、資源二號和資源三號衛星。需要注意的是，本文所描述的類似"高分一號"、"資源一號"衛星都不是指具體的單顆衛星，而是指一個星座。所謂星座，就是由一些衛星按一定的方式配置組成的一個衛星網。

資源一號衛星，又稱為中巴地球資源衛星，代號（ZY-01或者CBERS），於1999年10月14日成功發射。資源一號衛星是由中國和巴西聯合研製，包括中巴地球資源衛星01星、02星、02B星、02C星和04星。資源一號02C衛星和02B衛星實現組網觀測，解析度達到2.36米。

資源二號主要用於城市規劃、農作物估產、和空間科學試驗等領域。於2000年9月首次發射，2002年10月27日第二發發射成功。資源二號空間解析度可以達到3米。

資源三號衛星是中國第一顆自主的民用高解析度立體測繪衛星，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。

 

 

海洋系列衛星(HY)

1997年中國第一顆海洋衛星——海洋一號衛星正式立項，拉開了中國海洋系列衛星發展的帷幕。經過20多年發展，中國迄今已成功發射海洋一號A星(退役)、海洋一號B星(退役)、海洋一號C星、海洋二號A星、海洋二號B星、高分三號衛星等6顆海洋衛星，中法海洋衛星是中國最新成功發射的第7顆海洋系列衛星。目前已形成海洋水色(海洋一號衛星)、海洋動力環境(海洋二號衛星、中法海洋衛星)以及海洋監視監測(高分三號衛星)這3個海洋衛星系列。

 

環境一號(HJ)

環境一號是專門用於環境和災害監測的對地觀測系統，由兩顆光學衛星(HJ-1A衛星和HJ-1B衛星)和一顆雷達衛星(HJ-1C)組成，擁有光學、紅外、超光譜多種探測手段，具有大範圍、全天候、全天時、動態的環境和災害監測能力。

HJ-1A和HJ-1B於2008年9月在太原衛星發射中心“一箭雙星”成功發射。HJ-1C於2012年11月在太原衛星發射中心發射。HJ-1具有監測PM10的能力，空間解析度為300米。HJ-1C星配置的S波段合成孔徑雷達，可獲取地物S波段影像資訊，空間解析度為5米。

 

 

環境減災衛星

環境減災衛星於2003年由國務院批准立項，是中國專用於環境與災害監測預報的衛星。它由2008年9月發射的A、B兩顆中解析度光學小衛星和2009年發射升空的一顆合成孔徑雷達小衛星C星組成，主要用於對生態環境和災害進行大範圍、全天候動態監測，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。

環境減災衛星A、B星是一顆光學星，同一軌道面內，呈180相位，可見光探測將共同完成對地重複觀測2天的觀測能力。紅外探測可形成４天的重複觀測。

 

 

天繪一號

天繪一號屬於地形地貌測繪類光學基礎測繪衛星，其主要功能是為了滿足中國國民經濟建設對地理影像資料的需要。天繪一號包含三顆衛星，01星、02星、03星分別於2010年8月24日和2012年5月6日2015年10月26日發射成功並組網執行。

 

"遙感"系列衛星

“遙感”系列衛星專指冠以“遙感XX號衛星”的系列衛星，不包含國內的其他系列衛星，如資源，環境等。"遙感"系列衛星自2006年4月27日發射"遙感一號"以來，從"遙感一號"已發展到"遙感三十號"，最新的"遙感三十號"衛星於2018年1月25日在西昌發射成功。“遙感”系列衛星在公開的資訊中介紹較少，大多用於科學實驗和軍事目的，如遙感5號、遙感12號屬於尖兵八號型合成孔徑雷達偵察衛星。

 

尖兵系列偵察衛星

尖兵系列衛星是中國的軍用對地觀測衛星，分為返回型與傳輸型兩大類。主要使用者為中國人民解放軍總參謀部二部航空航天偵察局。主要用途為戰略導彈提供地面固定目標的定位。返回式衛星也用於農作物的太空育種。

自1967年研製尖兵一號衛星（返回式0號星）以來，中國已經研發出尖兵一號到尖兵十號共12個型號的尖兵系列衛星，公開代號有返回式星、資源星和遙感星。其中最新的尖兵十號為第三代返回式照相偵察衛星，解析度達分米級。

 

前哨系列紅外預警衛星

預警衛星又稱導彈預警衛星，是反導系統最重要的組成之一，沒有它，對彈道導彈攔截就無從談起。紅外預警衛星一般發射在地球同步軌道上，衛星上裝有高精度的探測器。紅外預警衛星能夠在對方洲際彈道導彈發射數秒後，探測到火箭發動機的紅外影像。

從2009年到2014年，我國相繼成功發射了多顆“前哨”系列天基紅外預警衛星，初步建成了能夠覆蓋全球主要地區的太空導彈預警網路，成為繼美俄之後第三個掌握這件“國之重”器的國家。

 

 

國內其他商業遙感衛星資源

高景一號衛星（SuperView）：高景一號總共包含四顆星，01/02衛星於2016年12月28日在太原衛星發射中心以一箭雙星的方式成功發射。高景一號01/02衛星全色解析度0.5米，多光譜解析度2米。

2018年1月9日，高景一號03/04星在太原衛星發射成功。高景一號03/04星與同軌道的高景一號01/02星組網執行，四顆0.5米高解析度光學遙感衛星可實現每軌10分鐘成像並快速下傳，每天可採集300萬平方公里影像，採集效率更高，具備全球範圍內任意目標一天內重訪的能力。

 

吉林一號：吉林一號衛星是我國第一顆商用遙感衛星，開創了我國商業衛星應用的先河。截止2018年1月19日，“吉林一號”衛星星座在軌衛星數量增至十顆，這十顆衛星均由吉林長光衛星技術有限公司負責研製和商業化運營。2015年10月7日，“吉林一號”一箭四星包括1顆光學A星、2顆靈巧視訊星以及1顆靈巧驗證星在中國酒泉衛星發射成功。光學A星解析度全色0.72米，多光譜2.88米。靈巧視訊星(01星和02星)具備獲取4K高清彩色視訊影像能力，解析度為1.13米。靈巧驗證星主要為衛星新技術發展提供技術積累。

吉林一號視訊03星(又名"林業一號")具有專業級的影象質量、高敏捷機動效能、多種成像模式和高整合電子系統，可以獲取11km*4.5km幅寬、0.92m解析度的彩色動態視訊。於2017年1月9日在酒泉衛星中心發射成功。

吉林一號視訊04，05，06星彩色解析度為1米，在視訊03基礎上做了升級，具備更強的業務能力。於2017年11月21日在太原衛星中心發射成功。

吉林一號視訊07星(又名"德清一號")是由長光衛星為浙江德清縣人民政府、湖州莫干山高新區政府打造，主要圍繞測繪、交通、水利、環保、農業、統計等多個行業提供遙感應用服務，推動大資料背景下的地理資訊產業的發展。

吉林一號視訊08星（又名"林業二號"）是長光衛星與吉林省林業系統深度合作的第二顆衛星，將繼續為林業重點工作提供精準、時間與空間解析度高、覆蓋能力強、響應速度快的衛星資料服務。視訊07星和視訊08星於2018年1月19日在酒泉衛星發射成功。

 

珞珈一號：珞珈一號是國內首顆夜光遙感衛星，由武漢大學團隊與相關機構共同研發製作，2018年6月2日成功發射升空。夜光衛星可提供我國及全球GDP指數、碳排放指數、城市住房空置率指數等專題產品，動態監測中國和全球巨集觀經濟執行情況，為政府決策提供客觀依據。

 

碳衛星：碳衛星是二氧化碳監測科學實驗衛星，它於2016年12月22日在酒泉衛星發射中心成功發射入軌。中國的碳衛星是繼日本和美國之後的第三顆全球“嗅碳”衛星。

碳衛星是一顆高空間解析度和高光譜解析度的全球二氧化碳監測科學試驗衛星，以高光譜二氧化碳探測儀、多譜段雲與氣溶膠探測儀為主要載荷，監測精度為1-4ppm，具備對全球、中國及其它重點地區大氣二氧化碳濃度的監測能力。

 

除了上述提到的各類衛星，還有很多組織或個人發射的衛星，但總體規模不大，有些已退役，這裡就不逐一列出。

 

總結

自我國1970年發射第一顆人造地球衛星--東方紅一號衛星以來，我國衛星經歷了四十多年的發展，目前已經涵蓋了衛星的各個方面，種類齊全。遙感衛星已呈現高空間解析度、高光譜解析度和高時間解析度的"三高"特徵，民用空間解析度已達分米級別。遙感衛星的數量也越來越多，近年來發射的衛星曾加速態勢，截止2018年10月29日，2018年我國航天發射已超過31次，每次發射的衛星大多數還不止一顆衛星。但是，與美國等發達國家相比，我國的衛星遙感應用水平還存在很大的差距。近些年國家政策也在加大對衛星遙感應用的支援力度，力求在衛星遙感應用上取得更大的突破。

 

參考資料：

[1] http://www.cnsa.gov.cn/ 國家航天局

[2] http://www.cresda.com  中國資源衛星應用中心

[3] http://www.nsmc.org.cn 國家衛星氣象中心

[4] http://www.secmep.cn/  環境保護部衛星環境應用中心

[5] https://baike.baidu.com 百度百科

[6] http://www.spaceflightfans.cn/ 航天愛好者網

[8] http://www.charmingglobe.com 長光衛星技術有限公司

[9] http://www.aihangtian.com/fashe/china-2018.html 2018年中國航天發射記錄