遥感教程第21-1页¶
威廉·E·斯通尼（William E.Stoney）曾供职于美国国家航空航天局（NASA），现在供职于米崔泰克系统公司（Mitretek Systems，Inc.），最近他对未来遥感的“大局”进行了年度审查，特别是从太空飞行器上进行的审查。他慷慨地允许使用1997年发表的一篇论文，该论文连同一些关键插图，有效地总结了当时（遥感）的未来前景。这一页是那篇论文的副本。然而，很多都已经过时了。正在努力更新他的一些表格和其他数字。
21世纪遥感：¶
未来展望¶
2000年的陆地传感卫星
（更新日期：2002年7月）
通过：
编者按：本页所述的时间表不准确，因为有些发射日期已经下滑，一些卫星发射失败或被取消。调查主要包括那些主要为陆地覆盖而设计的卫星。
在本教程的开头，在Overview2 第页，本节作者准备的一张图表显示了1995年至2005年间可能运行的地球观测遥感卫星。虽然实际情况可能不会如计划所示那样丰富，但可以肯定的是，在运行中的高分辨率卫星数量将大大超过该时期之前的供应量。本节以该图为基础，重点介绍目前计划在2000年后运行的高分辨率系统。
该系统可有效地分为四类：（a）广域覆盖、5至30米分辨率和多色带；（b）窄条带、1米或更低的全色分辨率和仅VNIR颜色；（c）30米分辨率的高光谱传感器；（d）5至10米的雷达决议。详细描述和比较了它们的能力，包括它们的光谱带和分辨率，以及它们的覆盖能力。
目的
因此，本节概述了21世纪前十年计划中的陆地观测卫星爆炸情况，并将其作为唤醒和规划工具，供所有有兴趣了解和跟踪地球表面发生的情况的人使用。我们的星球，尤其是那些正在发展测量和理解卫星数据分析首次提供给我们的信息的广度和细节的技能的人。2000年陆地观测卫星舰队将能够提供的陆地信息数据的数量和质量，将彻底改变我们对地球资源的科学知识和实际管理。然而，卫星只是第一步。它们的价值只能通过用户的独创性和努力来实现。
卫星
` <>` _在许多对新千年的预测中，到2000年至少有31颗卫星在极地轨道上运行，提供了分辨率为1到30米的陆地覆盖数据。这些卫星概括在第一张图表中。
下一张图表总结了2000年至2006年期间实际进入或计划进入轨道和发射的主要运载工具的卫星名称。
Landsat-like: 类陆地卫星具有现有卫星、陆地卫星、SPOT和IRS的中分辨率、广域和多光谱覆盖特性。这些当前的程序正在被扩展和扩展。正如印度计划中所看到的，在这段时间内四颗卫星的飞行计划是政府组织最具操作性的。该小组将由中国和巴西合作计划制造的两颗卫星以及一颗、四颗卫星、私人系统组成。
高分辨率： 12个高分辨率系统将在地面分辨率上提供一个数量级的改进，以牺牲较小的面积和多光谱能力。除一颗印度卫星和一颗俄罗斯卫星外，这些卫星均由私营公司提供资金和运营。私营部门投资者对高分辨率系统几乎完全感兴趣，这表明他们相信这是创造商业价值信息产品所需的空间能力。
实验（高光谱）： 三颗政府资助的高光谱卫星和拟议的私人系统将通过在可见光谱、近红外光谱和短波红外光谱上提供近连续辐射测量，探索开发新的基于多光谱分析的应用的潜力。
雷达： 目前加拿大和欧空局的雷达项目也将持续到这一时期。雷达的全天候能力使其成为许多观测问题的必要工具，随着更好的分析技术的发展，包括雷达和光学数据的集成，它对于一般问题将变得越来越有价值。
技术概述
了解新千年舰队可用数据范围和种类的最佳方法是查看其数据的三个主要观测维度、地面分辨率、陆地覆盖频率和光谱覆盖。根据光学定律、轨道力学和最终决策者经济学的观点，它们有时以不幸的方式捆绑在一起。没有一个系统能够提供用户社区所需的所有测量功能。
本综述将提供31颗卫星将提供的数据范围和变化的三个概要图；陆地覆盖和地面分辨率、测量波段的光谱位置和每个波段的地面分辨率。
土地覆盖率和地面分辨率： 除了两颗卫星外，其他卫星都将覆盖整个陆地质量，因为它们都在极地太阳同步轨道上。这两个例外是自旋-2，它在65度的轨道和快速鸟52度的轨道倾角正在考虑。
土地覆盖频率必须以两种方式考虑，即系统提供全球图像的频率和重新访问给定站点所需的时间。由于全球覆盖频率与传感器的地面视场或线束宽度成反比，该参数将在下图中作为覆盖能力的一个度量，该图显示了所有卫星的地面分辨率和地面线束宽度特德在上面。
上面的图提供了四类卫星在覆盖率和分辨率上的差异的图示。除了雷达卫星外，还有两颗卫星落在盒子外面：IRS C、D PAN传感器飞在类似陆地卫星的盒子里的一颗卫星上，但由于它的高分辨率牺牲了条带宽度而远离了这一类别。然而，它可以指向轨道路径，允许2到4天的回访特定地点。Spin-2从盒子中逃出的过程如下所述。
下一个插图三联体用彩条显示了一些主要卫星的重复频率。现在指的是1997年。这些数据显示了你能看到的类似陆地卫星的数量（或者更准确地说，在赤道上能看到你的卫星的数量） [1；指本页底部的注释。] 站点）在随机选择的100天期间内的任何一天，为目前在轨的三颗卫星、2000年在轨的8颗政府卫星和12颗卫星编队提供服务。 [2] 增加了四种资源21的鸟类。第二个阴谋的非周期性要求有效的国际合作，以优化覆盖机会的间隔。（没有迹象表明可能发生这种情况）。
陆地卫星类型的卫星被设计为通过选择传感器地面条带和轨道参数来提供相当频繁的全球覆盖，以便它们能够覆盖每个轨道重复周期的整个赤道表面。目前和计划中的卫星都是通过在120到200公里之间的地面范围来实现这一目标的。它们的轨道周期和全球覆盖时间从陆地卫星的16天到印度、法国和中国/巴西卫星的22天、24天和26天不等。单独来看，对于许多应用程序来说，即使是这些重复周期也太长了。然而，这一组中12颗卫星的传感器数据的相似性，在许多应用中，可以互换使用所有卫星的数据，从而获得上图所示的一到七天的覆盖率。
高分辨率组： 高分辨率传感器的地面范围更窄，4到36公里，只能在4个月到2年的时间内实现全球覆盖。由于计划中的高分辨率传感器产生的通信速率是陆地卫星的20至100倍，因此该设计限制是由数据采集系统的实际和经济限制造成的。Spin2避免了这个问题，因为它的数据采集系统是胶片返回，将其放置在图表上的独特位置。然而，对于许多用户来说，好消息是，卫星的设计能够快速地指向最低点，从而能够在2到4天内看到任何给定的站点。因此，即使两颗高分辨率卫星适当同步，几乎可以在任何地方提供每日重复覆盖。
警告云严重影响上述重复次数：
以上关于重复时间的讨论不应在引用的数字至少翻倍的情况下使用，以提供云对获得无云图像的实际能力（即实际看到所需目标的能力）的影响。上图显示了一个模拟的结果，该模拟记录了每个陆地卫星WRS站点的最佳无云百分比图像。 [3] 在早春的16天时间里，通过使用一个、两个、三个和四个绕WRS网格运行的卫星收集，该网格包含每年5%增量的云量百分比。 [4] .
事实很明显，我们的星球是多云的，云阻碍了我们的卫星陆地观测，这超出了我们在许多时间紧迫的应用中的期望。信息同样清晰，如果我们需要在数周到数月的短时间内得到可靠的陆地覆盖，就需要多颗卫星（或雷达）。（请注意，这四张地图也非常接近于一颗卫星16天、32天、48天和64天的收集能力。）随着地图变得清晰，问题在地理上集中起来，而且正如预期的那样，农业带最需要频繁的数据，是最多云的。对于高分辨率系统的小目标区域和可点性，是否比上面所示的大区域非指向系统的计算结果提供更高的无云数据返回，还有待观察。
高光谱组： 美国政府正在发射三颗卫星，以测试多光谱分析在识别人造和天然地表元素方面的全部潜力。由于高光谱传感器需要很高的数据率，这些系统的分辨率被限制在30米。还有一种感觉是，30米可能足以描述大多数自然目标，即矿物和植被覆盖。澳大利亚政府正在激发私营部门对近高光谱系统商业开发和运营的兴趣，因为该传感器使用两组32波段而不是其他系统的分光计。
雷达： 目前和拟议中的雷达卫星可以提供各种分辨率、条带组合的数据。图中的值表示它们的高分辨率能力。同样，数据速率的实际限制也是它们的分辨率/线束权衡的一个重要因素。定义所有这些卫星和潜在用户提供的大范围分辨率/覆盖范围产品超出了本节的范围；建议读者联系数据供应商。
光谱覆盖和地面分辨率： 下图显示了每个多光谱仪器测量的波段：
The Landsat-like Group: 如上图所示，除了EOS AM-1 ASTER仪器，所有卫星的波段都非常接近陆地卫星使用的波段。当然，这是因为陆地卫星波段被放置在几乎所有没有严重大气吸收的波长窗口中。类似陆地卫星的卫星强调多光谱覆盖，所有卫星至少都有较低的SWIR波段和三个，包括较高的SWIR波段和TIR波段。ASTER将在上SWIR和TIR区域提供更高的光谱定义。
值得注意的是，所有多光谱数据可能对所有应用程序都不具有同等的可用性，即使在相同的波段可用时也是如此。对于多年到几十年来依赖于测量绝对反射辐射的分析，传感器校准成为一个关键参数。陆地卫星7号和资源21号系统将具有基于太阳和月球的校准能力，而其他系统将依靠内部灯和地面目标进行校准。对这些应用同样重要的是能够根据不同的大气条件调整测量辐射。美国国家航空航天局计划在非常接近的地方运行陆地卫星7号和AM-1号，用AM-1传感器（modis）测量大气输入。
如上图第二张图所示，多光谱分辨率范围为10到30米，IRS-P5和2A上的6米传感器除外，后者通过减小线束宽度来获得更高的分辨率。这组感兴趣的全色传感器的范围是6到20米。综合10米全色数据和20米多光谱数据的经验表明，在许多应用中使用泛带锐化色带具有价值。
高分辨率组： 与类陆地卫星组相比，该组中的一半具有有限的多光谱覆盖，而另一半则完全没有。显然，作为一个群体，关键测量是地面分辨率，这对于识别人造物体、更新地图和地理信息系统数据库至关重要。而在陆地卫星类组中，泛带用于锐化色带，而在该组中，色带可能用于向泛带数据添加附加信息。
高光谱组： 高光谱卫星正在飞行，以探索在VNIR和SWIR频谱上使用全谱响应的潜力。注：上图中，高光谱被定义为每个VNIR或SWIR范围内32至256个波段的传感器。
数据可用性： 好消息是，有31颗卫星计划能够提供广泛的陆地数据信息产品。可供分析的土地数据的数量、复杂性和多样性令人震惊。除陆地卫星7号数据外，所有数据（政府和私人数据）将以市场决定的价格在商业上提供，这可能同样是个好消息。更令人欣慰的是，美国现行法律要求陆地卫星7号数据以“提供用户请求的成本”提供给所有人。但是，要获得可用的数据，必须首先获取。陆地卫星7是唯一一个计划每年获取和存档多个总土地覆盖数据集的系统。其他政府系统将为其自身目的和商业销售网点获得的订单进行收集。私有系统的收购计划将完全由市场驱动。
为什么有那么多卫星？： 31颗卫星似乎太多了，不足以满足地球观测界的需要。然而，在做出这一判断之前，考虑以下几点可能是有用的。
如上所述，计划中的任何一颗卫星都不会提供广泛用户需求所需的所有数据特征。因此，至少需要四个系统来提供舰队目前计划的不同数据类型。太空堡垒卡拉狄加的时代似乎已经结束了，它是一颗拥有许多仪器的单颗卫星。 [5] .
覆盖频率一节还讨论了对多颗卫星的需求，强调了全球50%云覆盖的负面影响。资源21正在计划一个四卫星系统，以满足客户每周观察作物状况的需要。全球季节性覆盖的全球变化科学目标至少需要三到四颗卫星。将卫星数据用于灾害分析和救灾规划是非常有效的，但前提是卫星在事件发生后几乎可以立即获取图像，只有在两个或更多可指向传感器在轨道上时才有可能。对于与天气有关的灾害，雷达往往是唯一能看到地面的系统。此外，还需要多颗雷达卫星来进行足够快速的覆盖。
最后，需要确保作战稳定性。在过去的两年里，两颗陆地观测卫星未能进入轨道——陆地卫星6号和自旋2号，两颗在进入轨道后过早地失败——地点3号和ADEOS。显然，如果用户能够将数据作为其活动的需求，那么必须有多个系统来提供所需的操作保证。印度、地球观察和资源21正在计划运行健全的系统，每个系统有四颗卫星。CBER和所有的高分辨率卫星供应商都在计划每个系统有两个系统。
一些进一步的想法
本节的目标是说服土地信息用户社区，尤其是工业界和学术界所谓的“增值”专家，他们的杯子即将结束。卫星真的来了，虽然可能不是在本节中给出的数字。大约一半是政府资助的，其中大部分都在建设中或正在建设中。如果拟议中的商业卫星只有一半进入轨道，那么2004年将有20颗进入轨道。
然而，通过对上述发射计划图与实际历史的核对，可以发现大多数卫星，无论是政府支持的还是私人资助的，都会偏离发射日期，少数卫星无法进入轨道或无法正常工作，有些卫星可能会被重新命名，有些卫星会被废弃或修改，还有一些新的卫星。提出了椭圆。随着程序的波动或修改，很难保持这些图表的最新和准确。保持更新的一种方法是访问由 SpaceFlightNow ；此跟踪计划包括各种用途的卫星。
创建卫星系统所需的巨额资金，实际上是数十亿美元，正被公共部门和私营部门所花费。现在，由用户、公众和私人投资开发分析技术、信息产品和应用程序，这些将产生使新千年卫星保持飞行的资金。问题是你，他们，有人准备好接受洪水吗？
还有另一个迹象：参加了大量涉及遥感各方面研究和应用的年度会议（其中两个最著名的是ERIM [密歇根州环境研究所] 会议和每年由美国摄影测量与遥感学会主办的1-2次会议将通过在每次会议上参观展览厅来揭示商业遥感的发展。这是 表面上的 有证据表明，遥感现在被认为是一项主要的风险投资，其在全球范围内数十亿美元的商业潜力正在实现。其他国家作为遥感数据提供者的进入表明，这个市场是真正的全球性的。毕竟，每个人都对监测环境、寻找资源、评估农业生产、控制海洋生产力、不断警惕危险的天气条件和气候波动，以及全面了解陆地和海洋生态环境有着既定的兴趣。就像被用于（什么地方）一样。
现在，有了这个背景，我们将进入下一页，该页将简要介绍您在本教程的前几节中已经熟悉的内容：即空间商业化时代的开始。
NOTES
由于极地轨道在投票站附近交叉，并且具有恒定宽度的地面条带，因此轨道之间的地面重叠随纬度增加而增加。在60度时，重叠是100%，因此赤道覆盖率加倍。
我在第三个图中自由地假设两颗印度卫星系列最终将计划具有相同的轨道周期，以便创造6天的总周期，而不是目前所引用的非周期11天和12天周期（也假设每个系列的两颗卫星放置在轨道上，将其22天和24天的重现期减半。）
这些地图是由不变的斯瓦特陆地卫星图像所看到的世界，因此在高纬度地区会被严重扭曲。陆地卫星世界参考系统（WRS）在30107185x170平方公里内绘制了世界地图。
WRS云数据由空军根据1977年的全球数据集创建，代表了陆地卫星当地穿越时间上午9:30的云覆盖率。
然而值得注意的是，四个陆地卫星系统，如SPOT、IRS、CBERS和AM-1，确实携带一个或两个其他宽视场传感器，提供每日至每周的覆盖范围，以补充其主要传感器数据。
以下是两个网站，它们提供了有关 Current and Future Satellites 以及在 Bands and other characteristics of many satellites .
威廉E.斯通尼（wstoney@mitretek.org）