光学遥感技术——助力我国遥感卫星体系逐步巩固完善

1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射成功，成为世界上第五个独立研制和发射人造卫星的国家。自此之后，我国航天产业经历了数十年的发展，卫星遥感成为了航天科技转化为生产力最直接、最现实的途径之一。

2015年10月26日，我国颁布《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》，其中，卫星遥感系统重点发展陆地观测、海洋观测、大气观测3个系列卫星。通过构建由7个星座及3类专题卫星组成的遥感卫星系统，形成多种分辨率配置、多种观测技术组合的全球观测和数据获取能力。

伴随着国家民用空间基础设施规划中遥感卫星体系的稳步推进，光学遥感成为其发展历程中的核心内容之一，其应用领域和规模也最为广泛。20世纪以来，我国发射的光学型对地遥感卫星主要分为返回式遥感卫星、气象卫星、地球资源卫星、海洋卫星环境与灾害监测卫星等，卫星所搭载的遥感器可分为航天光学遥感器和航天微波遥感器两大类，前者又称为航天相机，其拍摄的图像在卫星探测地球的过程中，起到了不可估量的作用。

陆地观测卫星

空间基础设施规划中，陆地观测卫星主要包含高分、资源、环境、测绘等。

高分系列卫星

其中，最为著名的是高分系列卫星，全名为高分辨率对地观测系统重大专项，是《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006—2020年)》确定的16个重大科技专项之一，于2010年启动实施。该专项建立的初衷是建立一整套高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的自主可控卫星系列。

▲我国高分卫星系列卫星年表

高分卫星系列的卫星众多，目前在轨运行的民用卫星包括高分一号、高分二号至高分十二号，搭载了包括光学及多高光谱、SAR、中波红外等传感器，实现了高空间分辨率(高分二号全色0.8m)、高时间分辨率(高分四号20s)、高光谱分辨率(高分五号330个波段)的对地观测。

▲环境一号卫星运行轨道

环境灾害卫星

我国幅员辽阔、地形复杂气候多变.是世界上自然灾害最多、损失严重的国家之一。环境减灾小卫星星座，是我国为应对多发的自然灾害与环境监测而专门研制的卫星星座，包括HJ-1A、HJ-1B和HJ-1C等3颗卫星。自2008年HJ-1A卫星发射以来，以其高时空分辨率、大幅宽等技术优势在灾害监测、生态环境健康状况评估等方面得到广泛应用。HJ-1A载荷为2台宽覆盖多光谱可见光相机和1台超光谱成像仪，HJ-1B载荷为2台宽覆盖多光谱可见光相机和1台红外相机，HJ-1A和HJ-1B双星组网飞行可形成2天的快速重访能力。HJ-1C有效载荷为S波段合成孔径雷达。

资源卫星

我国已发射的地球资源卫星包括中国、巴西两国合作的中巴地球资源卫星(CBERS)以及我国自主的资源一号卫星(ZY-1)。CBERS包含已退役的中巴地球资源卫星01星、02星、02B星和在轨运行的02C星和04星，2014年发射的资源一号卫星04星(CBERS-04)。共搭载4台相机，其中5m/10m全色多光谱相机(PAN)和40m/80m红外多光谱扫描仪(IRS)由中方研制，20m多光谱相机(MUX)和73米宽视场成像仪(WFI)由巴方研制。2019年9月发射的资源一号02D卫星(ZY-1-02D)搭载2台相机，可获取2.5m/10m光学影像和30m166谱段的高光谱影像。

测绘卫星

资源3号卫星是中国自主研发的民用高分辨率立体测绘卫星，卫星上搭载的前、后、正视相机可获取同一地区3个不同观测角度的立体像对，能够提供丰富的三维几何信息。2016年，资源三号02星发射成功，与资源三号01星组网运行。资源三号02星具2米分辨率3线阵立体影像高精度获取能力，为1∶5万、1∶2.5万比例尺立体测图提供了数据支撑。

海洋观测卫星

空间基础设施规划中，海洋观测卫星系列由两个星座(海洋水色卫星星座、海洋动力卫星星座)和一类专题卫星(海洋环境监测卫星)构成。我国的海洋观测卫星命名为海洋系列(HY)，2002年5月15日，第一颗海洋一号A卫星（HY-1A）发射升空，通过观测海水的光学特征、叶绿素浓度、海表温度、悬浮泥沙含量.可溶有机物和海洋污染物质,并兼顾观测海水、浅海地形、海流特征、海面上大气气溶胶等要素。此颗卫星的发射，填补了我国海洋卫星领域的空白，开启了“海洋一号”系列卫星发展的新纪元。

截至目前，我国已发射海洋水色系列卫星（即“海洋一号”系列卫星）、海洋动力环境系列卫星（含“海洋二号”系列卫星和中法海洋卫星）、海洋监视监测卫星（即“海洋三号”系列卫星）。

大气观测卫星

空间基础设施规划中，大气观测卫星由两个星座(天气观测卫星星座、气候观测卫星星座)和一类专题卫星(大气成分探测卫星)构成。我国的大气观测卫星命名为风云(FY)，1970年以来，风云已发展为两类四个系列的卫星谱系:地球静止轨道气象卫星，包括“风云二号”和“风云四号”，风云二号系列已成功发射8颗卫星，风云四号系列已成功发射1颗卫星;极地轨道气象卫星包括“风云一号”和“风云三号”，风云一号系列已成功发射4颗卫星，风云三号系列已成功发射4颗卫星。近20年来，风云气象卫星完成了从试验应用型向业务服务型、从第一代到第二代、从单一探测到综合探测、从定性到定量的转变，实现了业务化、系列化、定量化的发展目标，风云卫星数据预处理、产品生成、数据应用技术取得了全面进步。中国的气象卫星最早达到世界认可的水平，在国际气象组织当中首屈一指。

如今，卫星光学遥感技术正处于前所未有的快速发展期，光学遥感图像的空间、光谱与时间分辨率也正在不断迎来新的突破，我国遥感卫星的发射数量正呈爆发式增长，卫星遥感数据获取能力呈现质量齐升之势。

相信在不久后的将来，卫星光学遥感技术将具备更加广泛的应用场景，实现更加快速、准确、高效应用的发展目标，走向更加大众化和商业化的发展道路。