新型卫星成像系统的进展与思考

对地观测的发展迅猛而繁荣，伴随“神州”、“嫦娥”系列的成功和换代，人类感知范围和感知方式都在发生巨大变化。人类超越人眼的感知范围并打破地球表面的束缚以更丰富的感知方式、更优秀的成像系统通过地球轨道、月球轨道甚至银河外轨道对外空间进行探测，感知方式也从可见光发展到高光谱、超光谱、合成孔径雷达等新的领域。

卫星成像系统主要采用光学成像和合成孔径雷达（SAR ）成像技术从太空对地球或月球等天体进行成像，从而用于遥感、环境监测或军事侦察。卫星成像系统正在向高分辨率、高度集成方向发展。

1高分辨率光学成像系统KH-12

目前最具代表性的高分辨率光学成像卫星如美

新型卫星成像系统的

进展与思考

宋宏伟，郑团结

(航天测绘遥感信息处理中心，西安

710054)

摘要：新型卫星成像系统由胶片型、回收型、可见光向全数字、传输型、多波段发展和高分辨率、高度集成、小型

化方向发展。本文结合高光谱、超光谱、合成孔径雷达等新型卫星成像系统，对世界各国航天卫星成像系统进行了分析与比较，重点对KH-12等高分辨率光学成像系统、高光谱及超光谱卫星成像系统、雷达成像卫星进行了归纳和比较，对卫星成像系统的发展进行了思考和展望。

关键词：卫星成像；多光谱；高光谱；超光谱；合成孔径雷达

中图分类号：TB871；TP721

文献标识码：B

DOI:10.3969/j.issn.1001-0270.2011.01.08

Advancement and Consideration of Novel Satellite Imaging Systems

SONG Hong -wei ，ZHENG Tuan -jie

(Space Science Remote -sensing Information Processing Center

of Surveying and Mapping ，Xi'an %710054)

Abstract:Novel satellite imaging systems have been developed from the initial type i.e.relied on film,recovery,visible light spectrum,toward sophisticated type i.e.all -digital,transmission,multi -spectrum,high resolving power,highly integrated and mini size.This paper presented an analysis and comparison of overseas aerospace satellite imaging systems in combination with novel hyper -spectral,ultra -spectral,SAR satell te imaging systems etc,mainly focusing on the summary and comparison of high resolving power,hyper -spectral,ultra -spectral satellite imaging systems,radar imaging satellites like KH -12etc,thereby considered and prospected the development of satellite imaging system.

Key Words:satellite imaging;mult -spectral;ultra -spectral;SAR

收稿日期：2009－07－02

作者简介：宋宏伟（1962-），高级工程师，

主要从事卫星成像及总体设计。

郑团结（1975-），博士，主要研究方向为航天遥感及卫星成像系统设计。

国的KH-12，KH-12分辨率高达0.1米，可以清楚地看到地面汽车的牌照、坦克类型、人员数量等。卫星还采用了小像元和多像元CCD、长焦距等新技术和复杂的卫星稳定控制技术，不但使地面分辨率从“KH-11”的0.15米提高到0.1米，也使瞬时观测幅宽从2.8~4公里提高到40~50公里。“KH-12”特点如下：

（1）.采用大型CCD多光谱线阵器件和“凝视”成像技术，其先进的红外相机可提供更优秀的夜间侦察能力；

（2）.采用镜面曲率可由计算机控制的技术，能快速改变镜头焦距，在低轨道具有优越的分辨率，在高轨道可获得很宽的幅度；

（3）.装有GPS接收机和水平传感器等，对目标定位十分精确；

（4）.卫星上的太阳和月亮敏感器，能实现CCD 相机在轨星上辐射定标，确保了地面目标辐射特性的可比性；

（5）.其太阳能电池板可提供3000瓦功率，为卫星提供充足的能源。

（6）.卫星采用太阳同步椭圆轨道，地面重复周期为4天，但由于卫星是成对运行，所以实际重复周期为2天；

（7）.采用“跟踪与数据中继卫星”，实现大容量、高速率的图像数据实时传送，因此能在全球实时侦察；

（8）.载有大量燃料，使卫星变轨机动能力很强；

（9）.可以进行电子侦察。

2优于10米的光学卫星成像系统

1999年IKONOS卫星的1米分辨率成像标志着商业高分辨率卫星成像时代的到来。9.11事件后，在发动阿富汗与伊拉克两场局部战争中，美军购买了数亿美元的高分辨率商业卫星影像。鉴于高分辨率商业卫星成像在现代高技术战争中的重要作用，2003年，美国明确地将商业高分辨率遥感卫星影像纳入到国家影像体系之中，美国商业高分辨率卫星产业取得了巨大的发展，世界各国卫星成像系统随后进入百花齐放的繁荣时代，表1是目前世界上优于10米的卫星成像系统，表2为部分成像系统的技术及性能指标。（表见下页）3高光谱及超光谱卫星成像系统

光谱分辨率在λ/10数量级范围的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国Landsat MSS、TM、法国的SPOT等；而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感(Hyperspectral)；在达到λ/1000以上，遥感即进入超高光谱(Ultraspectral)阶段。

高光谱（Hyperspectral）是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的、光谱连续的影像数据的技术。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域，它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱成像是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱遥感中能被探测。

上个世纪，高光谱成像仪已经在在矿物填图、植被生化特征等研究方面初显了高光谱遥感的魅力。许多国家先后研制了多种类型的高光谱成像系统，如美国的AVIRIS、DAIS，加拿大的FLI、CASI，德国的ROSIS，澳大利亚的HyMap等。

目前，国际上的高光谱成像系统主要有美国地球观测计划（EOS）的Terra综合平台上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）、号称新千年计划第一星的EO-1，欧洲环境卫星（ENVISAT）上的MERIS，以及欧洲的CHRIS卫星。

在我国，2002年“神舟三号”搭载了我国自行研制的中分辨率高光谱成像光谱仪。这是继美国EOS 计划中的MODIS之后，几乎与欧洲环境卫星（ENVISAT）上的MERIS同时进入地球轨道的同类仪器。2007年发射的“嫦娥-1”探月卫星上，高光谱成像仪也作为一种主要载荷进入月球轨道，这是我国的第一台基于傅立叶变换的航天干涉成像光谱仪。2008年发射的环境与减灾小卫星（HJ-1）星座中，也搭载一台工作在可见光——

—近红外光谱区（0.45—0.95μm）、具有128个波段、光谱分辨率优于5nm的高光谱成像仪，“风云-3”气象卫星也将中分辨率光谱成像仪作为基本观测仪器，纳入大气、海洋、陆地观测体系，为对地球的全面观测和监测提供服务。

超光谱成像系统中的杰出代表应推美国TRW