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国外系列卫星及其传感器参数介绍

2019-03-05 15:43 管理员湖北省农业遥感应用工程技术研究中心

目前，国外卫星数量众多，尤其是美国，其卫星的数量远远超过其他国家。比较常见的就有 Quickbird 、 IKONOS 、 GeoEye 、 WorldView 、 Landsat 、 EOS(Modis) 等等。其他国家的比较常见的卫星有 Spot6/7 、 Alos 、 Rapideye 、 IRS-P5/P6 等。

QuickBird卫星于2001年10月18日由美国DigitalGlobe公司在美国范登堡空军基地发射，是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星，卫星影像分辨率为0.61m。

QuickBird卫星具有引领行业的地理定位精度，海量星上存储，单景影像比同时期其他的商业高分辨率卫星高出2—10倍。而且QuickBird卫星系统每年能采集七千五百万平方公里的卫星影像数据，存档数据以很高的速度递增。在中国境内每天至少有2至3个过境轨道，有存档数据约500万平方公里。Quickbird运用全球航空成像系统2000（BGIS2000），此系统拥有全世界第四高的地球成像分辨率。

IKONOS(伊科诺斯)是Spacing Imaging公司于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷，更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。IKONOS是可采集1米分辨率全色和4米分辨率多光谱影像的商业卫星，同时全色和多光谱影像可融合成1米分辨率的彩色影像。时至今日IKONOS 已采集超过2.5亿平方公里涉及每个大洲的影像，许多影像被中央和地方政府广泛用于国家防御，军队制图，海空运输等领域。从681千米高度的轨道上，IKONOS的重访周期为3天，并且可从卫星直接向全球12地面站地传输数据。

GeoEye 是著名的地理空间信息供应商（GeoEye，Inc.Nasdaq:GEOY)。可以帮助国防团体、战略合作伙伴、经销商和商业客户更好地对全球进行绘图、测量和监视。该公司因为提供可靠的服务以及极高质量的图像产品和解决方案而被业界公认为可以信赖的照片专家。GeoEye运营着一系列地球成像卫星和绘图飞机。为了开发创新的地理空间产品和解决方案，该公司还拥有一个国际性的地面站网络、强大的照片档案库和先进的照片处理能力。

Worldview是Digitalglobe公司的下一代商业成像卫星系统。它由两颗(WorldView-I和WorldView-II)卫星组成，其中WorldView-I已于2007年发射，WorldView-II也在2009年10月份发射升空。WorldView-I卫星发射后在很长一段时间内被认为是全球分辨率最高、响应最敏捷的商业成像卫星。该卫星将运行在高度450公里、倾角98°、周期93.4min的太阳同步轨道上，平均重访周期为 1.7天，星载大容量全色成像系统每天能够拍摄多达50万平方公里的0.5米分辨率图像。卫星还将具备现代化的地理定位精度能力和极佳的响应能力，能够快速瞄准要拍摄的目标和有效地进行同轨立体成像。WorldView-II卫星于2009年10月6日发射升空，运行在770km高的太阳同步轨道上，能够提供0.5米全色图像和1.8米分辨率的多光谱图像。该卫星将使Digitalglobe公司能够为世界各地的商业用户提供满足其需要的高性能图像产品。星载多光谱遥感器不仅将具有4个业内标准谱段（红、绿、蓝、近红外），还将包括四个额外（海岸、黄、红边和近红外2）。多样性的谱段将为用户提供进行精确变化检测和制图的能力，由于WorldView卫星对指令的响应速度更快，因此图像的周转时间（从下达成像指令到接收到图像所需的时间）仅为几个小时而不是几天。

美国NASA的陆地卫星(Landsat)计划(1975年前称为地球资源技术卫星—ERTS)，从1972年7月23日以来，已发射8颗（第6颗发射失败）。目前Landsat1—7均相继失效，其中Landsat 5从1984年3月1日发射，其设计寿命3年，超期在轨，成为目前在轨运行时间最长的光学遥感卫星，成为全球应用最为广泛、成效最为显著的地球资源卫星遥感信息源，运行27年）。Landsat 7于1999年4月15日发射升空，于2003.5月出现故障退役。

表1 Landsat系列卫星

卫星参数	LandSat1	LandSat2	LandSat3	LandSat4	LandSat5	LandSat6	LandSat7
发射时间	1972.7.23	1975.1.22	1978.3.5	1982.7.16	1984.3.1	1993.10.5	1999.4.15
卫星高度	920km	920km	920km	705km	705km	发射失败	705km
覆盖周期	18天	18天	18天	16天	16天	16天	16天
扫幅宽度	185km	185km	185km	185km	185km	185km	185×170
波段数	4	4	4	7	7	8	8
机载传感器	MSS	MSS	MSS	MSS、TM	MSS、TM	ETM+	ETM+
运行情况	1978退役	1976年失灵，1980年修复，1982退役	1983退役	1983年TM传感器失效，退役	2011年退役	发射失败	2005年出现故障，退役

Landsat8于2013年2月11日发射升空，经过100天测试运行后开始获取影像，至今已经获取了大量的影像，并免费提供使用，是目前遥感监测中使用较多的影像。LandSat-8上携带有两个主要载荷:OLI和TIRS。OLI陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30米，其中包括一个15米的全色波段，成像宽幅为185x185km。

OLI包括了ETM+传感器所有的波段，为了避免大气吸收特征，OLI对波段进行了重新调整，比较大的调整是OLI Band5(0.845–0.885 μm)，排除了0.825μm处水汽吸收特征；OLI全色波段Band8波段范围较窄，这种方式可以在全色图像上更好区分植被和无植被特征。

此外，还有两个新增的波段:蓝色波段(band 1；0.433–0.453μm)主要应用海岸带观测，短波红外波段(band 9；1.360–1.390 μm)包括水汽强吸收特征可用于云检测；近红外band5和短波红外band9与MODIS对应的波段接近。

表2 OLI陆地成像仪OLI

OLI陆地成像仪			ETM+
波段名称	波段(μm)	空间分辨率(m)	波段名称	波段(μm)	空间分辨率(m)
Band1 Coastal	0.433–0.453	30
Band 2 Blue	0.450–0.515	30	Band 1 Blue	0.450–0.515	30
Band 3 Green	0.525–0.600	30	Band 2 Green	0.525–0.605	30
Band 4 Red	0.630–0.680	30	Band 3 Red	0.630–0.690	30
Band 5 NIR	0.845–0.885	30	Band 4 NIR	0.775–0.900	30
Band 6 SWIR 1	1.560–1.660	30	Band 5 SWIR 1	1.550–1.750	30
Band 7 SWIR 2	2.100–2.300	30	Band 7 SWIR 2	2.090–2.350	30
Band 8 Pan	0.500–0.680	15	Band 8 Pan	0.520–0.900	15
Band 9 Cirrus	1.360–1.390	30

TIRS收集地球两个热区地带的热量流失，目标是了解所观测地带水分消耗，特别是美国西部干旱地区。

表3 TIRS载荷参数

波段名称	中心波长 (μm)	最小波段边界 (μm)	最大波段边界(μm)	空间分辨率 (m)
Band 10 TIRS 1	10.9	10.6	11.2	100
Band 11 TIRS 2	12.0	11.5	12.5	100

数据现在已经可以从USGS，地理空间数据云等中外网站下载到。

下载的数据格式均为经典的TIFF格式，其中包括11个波段和影像文件，一个质量评估文件和一个TXT格式的元数据，质量评估文件主要包括传感器的运行环境参数，元数据包含，拍摄时间，太阳高度角，经纬度等多种信息。

EOS(Earth Observation System)卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。EOS系列卫星上的最主要的仪器是中分辨率成像光谱仪(MODIS)，MODIS仪器的地面分辨率为250m、500m和1000m，扫描宽度2330公里。Modis的全称为中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer）。

MODIS是当前世界上新一代"图谱合一"的光学遥感仪器，有36个离散光谱波段，光谱范围宽，从0.4微米(可见光)到14.4微米(热红外)全光谱覆盖。多波段数据可以同时提供反应陆地、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息，用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测，其应用及其广泛，并且该卫星免费向全世界提供数据，目前有许多国家接收和使用Modis数据。

表4 Modis数据参数

通道	光谱范围	信噪比(NEΔt)	主要用途	分辨率/M
通道	1—19nm通道，20—36μm通道	信噪比(NEΔt)	主要用途	分辨率/M
1	620—670	128	陆地、云边界	250
2	841—876	201	陆地、云边界	250
3	459—479	243	陆地、云特性	500
4	545—565	228		500
5	1230—1250	74		500
6	1628—1652	275		500
7	2105—2135	110		500
8	405—420	880	海洋水色、浮游植物、生物地理、化学	1000
9	438—448	838		1000
10	483—493	802		1000
11	526—536	754		1000
12	546—556	750		1000
13	662—672	910		1000
14	673—683	1087		1000
15	743—753	586		1000
16	862—877	516		1000
17	890—920	167	大气水汽	1000
18	931—941	57		1000
19	915—965	250		1000
20	3.660—3.840	0.05	地球表面和云顶温度	1000
21	3.929—3.989	2		1000
22	3.929—3.989	0.07		1000
23	4.020—4.080	0.07		1000
24	4.433—4.498	0.25	大气温度	1000
25	4.482—4.549	0.25	大气温度	1000
26	1.360—1.390	150	卷云、水汽	1000
27	6.535—6.895	0.25		1000
28	7.175—7.475	0.25		1000
29	8.400—8.700	0.05		1000
30	9.580—9.880	0.25		1000
31	10.780—11.280	0.05	臭氧	1000
32	11.770—12.270	0.05	地球表面和云顶温度	1000
33	13.185—13.485	0.25	地球表面和云顶温度	1000
34	13.485—13.785	0.25	云顶高度	1000
35	13.785—14.085	0.25		1000
36	14.085—14.385	0.35		1000

SPOT卫星是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。“SPOT”系法文Systeme Probatoire d’Observation de la Terre的缩写，意即地球观测系统。SPOT系列卫星至今已发射SPOT1-7号卫星，1986年已来，SPOT已经接收、存档超过7百万幅全球卫星数据，提供了准确、丰富、可靠、动态的地理信息源，满足了制图、农业、林业、土地利用、水利、国防、环保地质勘探等多个应用领域不断变化的需要。到目前为止，SPOT1-5均已退役，目前SPOT6/7在轨运行。SPOT卫星的侧视能力为获取立体像对提供了条件。立体像对是卫星在不同的轨道上，以不同的角度对同一地区观测所获得的图像对。SPOT在绘制基本地形图和专题图方面有更广泛的应用。

SPOT 6于2013年2月开始了商业运营，可以满足1:25000大比例尺制图的需求，这些成果将在农业遥感、土地规划、森林保护、环境监测、海事监管、石油工业等领域得到应用。SPOT 7是法国SPOT地球观测卫星系列的第七颗卫星，于2014年6月30日成功发射，与SPOT 6处于同一轨道高度，彼此相隔180°。SPOT 7的成功发射，标志着由SPOT 6&7与Pleiades 1A&1B组成四颗卫星星座的计划终于得以完成，这四颗卫星同处一个轨道平面，彼此之间相隔90°。

表5 SPOT-6/7波谱参数

波段名称	波段(μm)	空间分辨率(m)
Pan	0.455–0.745	1.5
Band 1 Blue	0.455–0.525	6
Band 2 Green	0.530–0.590	6
Band 3 Red	0.625–0.695	6
Band 4 NIR	0.760–0.890	6

ALOS是日本的对地观测卫星，2006年发射，2011年退役，ALOS卫星载有三个传感器：全色遥感立体测绘仪（PRISM），主要用于数字高程测绘；先进可见光与近红外辐射计－2（AVNIR－2），用于精确陆地观测；相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR），用于全天时全天候陆地观测。ALOS卫星采用了先进的陆地观测技术，能够获取全球高分辨率陆地观测数据，主要应用目标为测绘、区域环境观测、灾害监测、资源调查等领域。

表6 ALOS 波谱参数

传感器	波段名称	波段(μm)	空间分辨率(m)
PRISM	Pan	0.520–0.770	2.5
AVNIR-2	Band 1 Blue	0.420–0.500	10
	Band 2 Green	0.520–0.600	10
	Band 3 Red	0.610–0.690	10
	Band 4 NIR	0.760–0.890	10

RapidEye卫星星座为德国所有的商用卫星，2008年8月29日，RapidEye资源卫星5星星座成功发射升空。RapidEye凭借其超强的数据采集能力，获得了中国国土资源部、美国农业部、欧盟农业部门的认可，其卫星影像得到了广泛的应用。RapidEye是商业多光谱遥感卫星，由加拿大MDA公司为德国RapidEye AG公司设计实施，后者负责运行。

德国RapidEye资源卫星依靠由5颗地球观测卫星组成的卫星星座，5颗RapidEye卫星被均匀分布在一个太阳同步轨道内，在620千米高空对地面进行监测任务，任务寿命为7年。每颗卫星都携带6台分辨率达6.5米的照相机，能实现快速传输数据，连续成像。其重访间隔时间短，一天内可访问地球任何一个地方，五天内可覆盖北美和欧洲的整个农业区。并且每天可下行超过4百万平方公里5米分辨率的多光谱图像。德国RapidEye卫星传感器图像在400-850nm内有5个光谱段，能够提供“红边”波段。“红边”波段更有利于为植被分类和植被生长状态的监测提供有效信息。

表7 Rapideye卫星波谱参数

波段名称	波段(μm)	空间分辨率(m)
Band 1 Blue	0.440–0.510	5
Band 2 Green	0.520–0.590	5
Band 3 Red	0.630–0.685	5
Band 4红边	0.690-0.730	5
Band 5 NIR	0.760–0.850	5

RapidEye资源卫星具有以下几个特点：

1. 数据获取效率高：日覆盖面积约400万平方公里．能够在1-5天内覆盖整个中国。

2. 重访周期短：适合短时间需要大面积覆盖并具有一定时相需求的客户，如每年一次的国土动态监测、农业生长不同阶段监测、灾害后受灾情况调查等

3. 独特的红边波段：RapidEye为全球首个提供"红边"波段的多光谱商业卫星，5个光谱波段的获取方式更加有助于监测植被的变化，适合农林、环境等方面的调查与研究。还可以对水体的富营养程度进行相应监测。

IRS-P6，也被称为RESOURCESAT-1，是印度空间研究组织建造的地球观测卫星。IRS-P6于2003年10月17日，由PSLV-C5运载火箭在斯里哈里科塔航天中心发射。

IRS-P6是印度空间研究组织的IRS系列的第十颗卫星，目的是不仅继续IRS-1C和IRS-1D，两者所提供的遥感数据服务都远远超过了预先设计的任务，同时也大大提升了数据质量。IRS-P6卫星的总体目标是提供有关综合土地和水资源管理的业务基础仍然遥感数据服务。IRS-P6带有一个容量为120千兆字节的固态记录器来存储它的摄像机拍摄的图像，这样就可以很方便地被地面站读取。

IRS-P6星上携带三个传感器：多光谱传感器LISS3和LISS4，以及高级广角传感器AWIFS。LISS3传感器具有四个光谱波段分别位于可见光、近红外与短波红外区域，空间分辨率为23米。LISS-3传感器具有四个光谱波段，分别位于可见光、近红外与短波红外区域。

LISS－4传感器的工作模式有两种：全色（MN）模式和多光谱（MX）模式。在MN模式下，传感器可传送波段2、3、4中任意一个波段数据，缺少设定为波段3数据。在MX模式下，数据幅宽为23.9公里（预先设定，在全色模式数据幅宽70公里的范围内可调）。传感器侧视范围为正负26度，相当于地面正负398公里的范围。此分辨率卫星可转动正负26度，而得到立体像对。

LISS-4传感器特性：

AWIFS感器　AwiFS传感器具有与LISS－3传感器完全相同的四个波段，两者的不同则在于成像幅宽与几佑分辨率，幅宽是737公里，分辨率为56米，重复周期5天。

表8 传感器参数

传感器	CCD数目	波段名称	波段(μm)	幅宽（km）	空间分辨率星下点(m)	重访周期（天）
LISS-3传感器	每个波段6000个CCD	Band 1 Green	0.52-0.59	141	23.5	24
		Band 2Red	0.62-0.68
		Band 3NIR	0.77-0.86
		Band 4 SWIR	1.55-1.70
LISS-4传感器	每个波段12000个CCD	Band 1 Green	0.52-0.59	141	5.8	5
		Band 2Red	0.62-0.68
		Band 3NIR	0.77-0.86
AWiFS传感器	每个波段2组，各6000个CCD	Band 1 Green	0.52-0.59	737	56	5
		Band 2Red	0.62-0.68
		Band 3NIR	0.77-0.86
		Band 4 SWIR	1.55-1.70

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湖北省农业遥感应用工程技术研究中心

Hubei Engineering Research Center for Remote Sensing Technology in Agriculture