方興未艾的高分辨率商業遙感衛星

　　遙感衛星利用星載遙感器獲取地球及其環境的多種波段的電磁波信息，并將這些信息發送給地面接收站。地面接收站對這些信息處理和判讀后，就可得到各類目標的特征、分布和狀態等資料。遙感衛星不僅可用于軍用監測、偵察、預警，而且可廣泛用于勘測和研究地球環境和資源，其相關圖像資料有廣闊的市場。分辨率是衛星遙感的主要技術指標。一般衛星遙感器對地物的幾何分辨能力 也可理解為遙感圖像上能分辨地面兩個點目標的最少距離。長期以來，高分辨率遙感衛星的圖像控制在美國、前蘇聯 ／ 俄羅斯等國家的軍事部門手中，禁止商業應用。冷戰結束后，為了商業利益，俄羅斯和美國開始在市場上銷售經過解密的偵察衛星圖像。１９９２年，美國國會通過了土地遙感政策法規，明確了商業遙感圖像對國家安全的重要性，并授權美國商業部，對私人企業運營空間遙感系統核發執照。１９９４年，美國總統克林頓發布了ＰＤＤ－２３法令，準許私營公司從太空中拍攝高清晰度圖片，從而開始了商業遙感的新時代。目前已有幾顆１米分辨率或更高分辨率的商業遙感衛星在軌運行并已成功地在市場銷售清晰的圖片。高分辨率商業遙感衛星是研制“數字地球”的一個重要的條件。１９９８年１月３１日，美國副總統戈爾在題為“數字地球：二十一世紀認識地球的方式”的講演中，宣布“數字地球”的目標就是“努力開發一個分辨率為１米的世界數字地圖?！?/p>

第一顆高分辨率商業 遙感衛星伊克諾斯（IKONOS）

目前在軌運行的第一顆高分辨率商業遙感衛星是空間成像公司的伊克諾斯２?？臻g成像公司由美國洛馬公司、雷神公司和歐洲、日、韓、新加坡等多家公司共同投資組成。伊克諾斯的名字來自“圖像”的希臘文字。衛星由洛馬公司制造。它于１９９９年９月２４日，由洛馬公司用“雅典娜２”型運載火箭從范登堡空軍基地發射。在此之前，“雅典娜２”型火箭曾在同年４月２７日發射了伊克諾斯１衛星，但因火箭整流罩分離問題，導致衛星未能入軌。

伊克諾斯衛星的外形見題圖和圖一 。衛星運行在高度為６８０公里、傾角９８．２度的極軌道上（圖二）。伊克諾斯衛星設計成１４０天內繞地球飛行２０４９圈，即約每天繞地球飛行１５圈，第一圈的星下點與２０４９圈的星下點完全相同（圖三）。每３天就可以以０．８米的分辨率對地面上的任何一個區域進行一次拍攝。若降低分辨率，它每天都可以重訪一次同一區域。衛星在其軌道的下降部分實施成像。目標的坐標被輸入到計算機的排序系統中，而該系統則通過地面站，將任務安排上行傳送給衛星。衛星上的相機裝置重為１７０公斤，功率為３５０瓦，由長期向美國國家偵察辦公室（ＮＲＯ）提供尖端光學設備的柯達公司制造。相機望遠鏡的分辨率相當于１０米的攝遠鏡頭。衛星上的光學望遠鏡裝置將沿地面上寬１１公里的條帶獲取圖像，并將其反射到數字成像遙感器上。全色和多光譜成像遙感器陣列安裝在一個焦平面裝置中，可把光轉換成像元。焦平面裝置中還裝有模擬信號處理器，可把射到每個像元上的光轉換成數碼。隨后，一臺數字處理裝置將對數字化的圖像進行壓縮和格式化，然后傳送回地面。伊克諾斯衛星入軌后拍攝的圖像，因為其優良的清晰度已得到了廣泛的贊譽。它可拍攝到地面上直徑不足１米的物體的全色（黑白）圖像和直徑僅３．２８米的物體的多光譜圖像。這樣的分辨率要優于法國初期的“太陽神”偵察衛星，后者的全色分辨率據信為２米。

伊克諾斯衛星目前在美國阿拉斯加州、俄克拉荷馬州、科羅拉多州的索頓和瑞典、希臘都設有地面站?？臻g成像公司的控制中心和總部也設在索頓。今后幾年內該公司還將在世界各地再建設十幾座地面站，其中有些站將由已購得伊克諾斯衛星圖片在特定地區的使用和銷售權的下屬地區性公司建設和經營。由于衛星的圖像是數字式的，所以處理和交付都很方便?？臻g成像公司的數字圖像數據既可以以原始數據的形式出售給用戶，也可以與軟件或其它數據搭配在一起出售，形成“增強型”的產品。例如，該公司曾利用印度衛星的５米分辨率全色數據和“陸地衛星５號”的２．５米分辨率數據，融合成５米分辨率的賦色圖像。采用同樣的辦法，也可以生成伊克諾斯衛星的１米分辨率的賦色圖像。圖四是伊克諾斯衛星獲得的北京天安門廣場圖像。

除伊克諾斯衛星項目外，空間成像公司還通過建立伙伴關系，取得了銷售其他衛星拍攝的圖片的權利。這些衛星包括印度遙感衛星（ＩＲＳ）系列、美國的“陸地衛星”系列、加拿大的雷達衛星和歐空局的雷達衛星。從而，空間成像公司擴大了其圖像產品的范圍，使其產品中既有高分辨率、窄視場圖像；也有低分辨率、寬視場圖像。此外，該公司還銷售分辨率為亞米級的航拍圖片，并計劃在２００３年或２００４年再發射一顆遙感衛星。這顆新衛星的全色分辨率將達到０．５米，多光譜分辨率為２米?？臻g成像公司迄今為止已在伊克諾斯衛星項目和建立伙伴關系方面投入了大約７．５億美元。

高分辨率商業遙感 衛星系統面臨激烈競爭

如上所述，伊克諾斯衛星的發射只是高分辨率商業遙感衛星發展的開始。２０００年１２月，美國海洋和大氣局（ＮＯＡＡ）批準空間成像公司和地球觀察公司可以運營０．５米分辨率的成像衛星。地球觀察公司曾在１９９７年１２ 月發射了一顆稱為“晨鳥”的高分辨率遙感衛星，但這顆全色分辨率為３米的衛星入軌４天后就宣告報廢。２０００年１１ 月，用俄羅斯的“宇宙號”運載火箭從普列謝茨克航天發射場發射了“快鳥１”衛星，亦告失敗。２００１年９月，地球觀察公司改名為數字全球地圖公司，并已在２００１年１０月１８日用波音公司的德爾它－２型火箭，成功地發射了“快鳥２”衛星。這顆衛星位于４５０公里、軌道傾角為９８度的太陽同步軌道上。由于衛星降低了原設計的軌道高度，它能夠提供具有行業領先水平的０．６１米全色（黑白）和２．４４米多光譜（可見光、紅外波段）數據?！翱禅B”衛星的主要賣點，是其衛星能以高分辨率進行大幅寬成像。在１米分辨率下，這兩顆衛星的幅寬為２２公里；而空間成像公司的衛星為１１公里，軌道成像公司的衛星為８公里。圖五為“快鳥２”衛星獲得的美國加州桑尼凡爾機場圖像。由圖可見，由槳葉可以分辨出是飛機還是直升機。參與該項目投資的有鮑爾宇航公司、日立公司、歐洲圖像公司和國際電話電報公司。軌道成像公司是軌道科學公司的下屬公司，它在２００１年９月２１日，用軌道科學公司的“金牛座”四級火箭發射“軌道觀察４”高分辨率衛星，可獲?。泵追直媛实娜珗D像和４米分辨率的多光譜圖像，并帶有一臺超光譜遙感器。但由于第二級火箭出現故障，發射失敗。該公司將繼續發射高分辨率成像衛星，以便與兩顆１９９５年和１９９７年發射的分辨率較低的“軌道觀察衛星”一起，為美國宇航局（ＮＡＳＡ）和其他用戶，進行各類與天氣有關的觀測。軌道成像公司為了制造新衛星和取得加拿大雷達星２圖像的銷售權，投資了２．５億美元。該公司已建立起了互聯網圖像分發系統，并同一些分銷商簽署了合同。

除此之外，２００１年１０月２２日，用印度的極軌衛星運載火箭發射了三顆衛星。其中一顆是重１．１０８噸的“技術試驗衛星”（ＴＥＳ）也可獲得１米分辨率的衛星圖像。以色列國際衛星圖像公司在軌運行的ＥＲＯＳ－Ａ衛星，可獲得１．８米分辨率的衛星圖像，將計劃在２００１年發射ＥＲＯＳ－Ｂ１衛星，可獲得０．８５米分辨率的衛星圖像。還有一些衛星正在建造或規劃之中。

高分辨率商業 遙感衛星圖像的應用

高分辨率商業遙感衛星圖像的應用領域非常廣闊，應用前景十分遠大。這些圖像產品將用在農業、環境監測、地圖測繪、城市與區域規劃、油氣開發、通信、防災、汽車導航和房地產銷售等眾多領域，其年銷售額有望達到數十億美元。例如農民可以通過衛星照片來監測農作物的生長情況；電信公司和電力部門可借助圖像為蜂窩電話發射塔選址或為輸電線路選線；房地產代理商可利用這種圖像讓顧客預先了解未來房產及其周圍環境的情況等。類似的應用領域舉不勝舉。特別是對于大比例尺地圖的繪制、災害的監測評估和構筑數字城市，它具有巨大的應用潛力。我國已開始將伊克諾斯衛星圖片應用到地圖繪制、土地利用、城市地籍管理、海岸帶環境監測、地理信息提取和建立測繪信息數據庫等方面。顯然，各級政府機構也是高分辨率衛星圖片的一大用戶。例如美國路易斯安那州已同空間成像公司接觸，想取得其全州的５米分辨率圖像。位于丹佛西邊的科羅拉多州杰斐遜縣是一個發展很快的地區。該縣已同空間成像公司簽署合同，正在用數字式衛星圖像數據庫替換原有的航拍圖片檔案。新的數據庫每年都可更新，衛星圖片甚至可每幾天就更新一次。衛星遙感的好處是過境２～３次就可把全縣盡收眼底，而使用飛機要飛３０次。在具體的應用中，高分辨率商業遙感衛星圖像要和航拍照片、全球定位系統（ＧＰＳ）、地理信息系統（ＧＩＳ）、計算機處理和互聯網結合起來。

對高分辨率衛星圖像市場的預測，目前還存在許多不確定因素。有人預測比較樂觀，預測它在２００５年的銷售收入就會達到２５億美元；但也有人預測則比較悲觀，如弗羅斯特與沙利文公司的預測稱，衛星遙感圖像的銷售收入，到２００５年也將僅有４．２億美元，約為航空遙感收入的１／１０。美國國會８０年代中期曾試圖把民用的陸地衛星系統轉變成私營項目，但沒有成功。法國斯波特圖像公司在過去１３年中靠銷售１０米全色圖像，成功地建立起了自己的市場，但其１９９８年的收入僅有４６００萬美元，只相當于航空遙感市場的一小部分。實際上，伊克諾斯衛星圖片的數據量大、成像寬度窄和價格較貴，可能會妨礙它的廣泛應用。但隨著計算機處理能力的不斷提高和互聯網的迅速推進，以及激烈的市場競爭，高分辨率商業遙感衛星的圖像一定會取得更廣泛和更深入的應用。

高分辨率商業遙感 衛星圖像的軍事價值

上述美國高分辨率商業遙感衛星公司的許多高層管理人員，曾長期在美國航天界和情報界供職，例如，空間成像公司首席執行官科普爾曾長期在Ｅ系統公司從事保密項目的管理，公司總裁哈里斯則曾任美國偵察辦公室（ＮＲＯ）主任；原軌道成像公司董事長拉伊長期在空軍供職，曾擔任過里根總統國家安全委員會負責航天與情報項目的主任，現任董事長也是空軍退役少將。出現這種情況，一方面說明，高分辨率衛星遙感技術長期掌握在美國軍方手中；另一方面也說明，從高分辨率商業遙感衛星的圖像中，也可獲取有價值的軍事情報，其商業應用要和政府的有關部門協調。實際上，從這些圖像中可以發現導彈和大炮，識別部隊，確認機場和導彈基地，監測兵力的集結和動態變化，制作大比例尺的軍用地圖和選擇軍事行動的路線等。２０００年年初，美國的一家網站曾公布了用伊克諾斯衛星獲得的我國在離臺灣８００公里內所有軍用機場的照片，引起了國內外的廣泛關注。

顯然，商業遙感衛星公司初期的很大一部分業務，將來自美國的情報部門。美國國家圖像測繪局（ＮＩＭＡ）計劃在今后五年中用１億美元來買商業遙感圖像。美國ＮＲＯ正在大力研究如何為軍事指揮官，提供由偵察衛星圖像和商業衛星圖像融合的產品。他們支持發展高分辨率商業遙感衛星的原因之一，是他們這樣做，可以專心致力于發展其價值達數十億美元、用于偵察關鍵目標的衛星系統。當然，沒有空間偵察能力的一些國家，也會購買高分辨率的圖像，用以維護其國家安全。與美國ＮＲＯ的照相偵察衛星相比，伊克諾斯衛星的能力顯然要差。美國偵察衛星的分辨率可達到０．３米量級，但它們的圖像處在嚴格的保密控制之下。而空間成像公司的圖片，按該公司首席執行官科普爾的說法，該衛星可以對世界上任何地方進行拍照，只要用戶要求，什么樣的照片都可以提供。不過事情并非那么簡單?？肆诸D政府在ＰＤＤ－２３法令中規定，政府“在國家安全或國際義務或外交政策會遭到損害期間”，可以要求商業遙感系統限制數據的采集和分發；并把“快門控制權”交給了商務部長；同時要求商務部長在做出決定前必須同國務卿和國防部長磋商，如三人意見不統一，則交由總統定奪。這項規定的用意是要保護在海外執行海灣戰爭一類的作戰任務的美國軍隊。

法令頒布后，美國商務部下屬的國家海洋與大氣管理局一直在制訂正式的許可證發放規定，以使該項法令有具體的實施細則。但由于種種原因，規定的發布時間一再推遲。在１９９９年的科索沃沖突中，美國軍方曾提出是否要對空間成像公司的第一顆伊克諾斯衛星進行限制，后來伊克諾斯１發射失敗了，這一問題才沒有再提。美國新聞媒體目前也已開始利用高分辨率照片，報道戰場或災區的情況。他們也反對政府限制商業遙感衛星，聲稱這種“快門控制”政策不符合“言論自由”的精神，并表示在出現這種情況時將訴諸法律。不過，在親以色列勢力的游說下，美國國會已經介入此事，并于兩年以前通過了限制拍攝以色列照片的一項法律，要求美國公司拍攝的以色列照片的分辨率，不能高于市場上可以買到的非美國衛星拍攝的圖像。

其實，美國政府真正擔心的是一些商業衛星準備采用雷達和超頻譜遙感器等更先進的技術，為此正在試圖對一些先進技術制訂更加嚴格的限制。美國ＮＲＯ的“長曲棍球”雷達成像偵察衛星，可穿過云層和在黑夜實施偵察。迄今為止，美國在雷達成像方面仍領先于其他國家，而且也不希望因為商業衛星的發展而丟掉這一優勢。軌道成像公司的母公司——軌道科學公司，就是因為美國政府的反對，而丟掉了為加拿大制造“雷達星２”的合同。該星可以達到３米的全天候分辨率，高于美目前對商業雷達衛星５米分辨率的限制。在這種情況下，那項衛星平臺合同被意大利的阿列尼亞宇航公司拿走，但軌道成像公司仍保留著銷售“雷達星２”圖像的權利。軌道圖像公司根據美國空軍的要求，在其“軌道觀察４”衛星上，將攜帶一臺８米分辨率的超光譜遙感器，以獲取目標的詳細化學特征。該公司的總裁聲稱，公司自己將采取控制措施，保證不把圖像銷售到恐怖主義分子的支持者或“不把美國利益放在心上的任何人”手中。實際上，在美國“９．１１事件”之后，美國采用了購買專買權來對高分辨率商業衛星的圖像進行控制。這種做法更能適合局部戰爭的需要而不必引起質疑。２００１年１０月１１日，美國國家圖像測繪局與空間成像公司簽訂了一項協議，購買伊克諾斯衛星在阿富汗戰區上空拍攝的所有圖像的專買權，每個月向空間成像公司支付１９０萬美元。同時，印度也與美軍分享新發射的“技術試驗衛星”拍攝的阿富汗戰區的高分辨率圖像。

實際上，世界上還有不少國家也正在研制性能很高的遙感衛星。比如，俄羅斯已經在銷售其２米級的圖像，并可能不久就會推出１米的圖像。在這種情況下，除非所有掌握遙感衛星的國家都愿意就某種限制達成一致，否則“快門控制”的做法就很難取得好的效果，而且還會損害美國和其他國家的經濟利益。

任何一個有良好商業前景的行業，在形成之初都會遇到若干波折。盡管高分辨率商業遙感衛星目前還存在著某些技術、經濟和控制等問題，但從目前的應用來看，它的前景將十分誘人。近年來，互聯網的迅速普及，已為數字型圖像產品的分發提供了一條理想的途徑。我們相信隨著衛星遙感技術的不斷發展，以市場為導向的高分辨率商業遙感衛星，肯定會取得應有的發展，并與那些政府資助的遙感衛星一起，為“數字地球”的建設和人類社會的可持續發展，作出應有的貢獻。

責任編輯：欣 然