全球高分光学星概述（三）：亚洲与俄罗斯

朱仁璋 丛云天，3 王鸿芳 白照广

（1北京航空航天大学，北京 100191）（2航天东方红卫星有限公司，北京 100094）（3中国空间技术研究院，北京 100094）

全球高分光学星概述（三）：亚洲与俄罗斯

朱仁璋1丛云天1，3王鸿芳2白照广2

（1北京航空航天大学，北京 100191）（2航天东方红卫星有限公司，北京 100094）（3中国空间技术研究院，北京 100094）

亚洲国家与俄罗斯正在努力提高低轨军用卫星与民用遥感卫星性能，并积极开展地球静止轨道高分星的研发工作。日本、以色列、中国、印度、韩国等国家以及俄罗斯的低轨高分星地面分辨率最高已达（或优于）0．5m。地球静止轨道光学星中，中国高分四号地面分辨率达50m。此外，俄罗斯正在构建新型大椭圆轨道/地球静止轨道预警卫星星座。文章着重阐述亚洲与俄罗斯高分光学星的运作、技术状态与发展趋势。

亚洲卫星；俄罗斯卫星；高分辨率光学卫星

1 引言

亚洲国家与俄罗斯正在努力提高低轨军用卫星与民用遥感卫星性能，并积极开展地球静止轨道高分星的研发工作。低轨光学星中，日本、以色列、中国、印度、韩国等亚洲国家已发射亚米级分辨率卫星，最高可达0．5m（或优于0．5m）。地球静止轨道光学星中，韩国通信海洋与气象卫星/地球静止海洋彩色成像仪（COMS/GOCI）目标区彩色图像的地面分辨率为500m（星下点分辨率360m），中国高分四号地面分辨率（多光谱）达50m，研制中的印度地球静止轨道成像卫星（GISAT）分辨率相同于中国的高分四号。

俄罗斯胶片回收型卫星已在2015年退役，目前军用卫星以Persona－3侦察卫星和EKS预警卫星为主，Persona－3地面分辨率为0．5m。民用遥感卫星以Resurs－P为主，地面分辨率为全色0．9m、多光谱3m、高光谱30m。

2 中国

目前，中国大陆的低轨亚米级光学星有高分二号，高分九号，以及吉林一号等；地球静止轨道高分星有高分四号。中国航天科技集团公司将于2016年年底前发射两颗分辨率为0．5m的光学星，初步规划2022年前后建成0．5米级高分商业遥感卫星系统［1］。

此外，台湾太空组织提出福尔摩沙卫星（FormoSat，简称福卫）地球遥感卫星项目。其中，福卫一号（已退役）、福卫二号（在轨）、福卫五号（尚未发射）为光学星［2－4］。

2．1 高分一号、二号、九号对地观测卫星

高分一号、二号、九号分别于2013年4月26日、2014年8月19日和2015年9月14日发射，主要用于地球观测、国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域。高分一号地面分辨率（全色）优于2m，高分二号、九号的分辨率优于1m。高分一号载有两台窄幅全色/多光谱相机，四台宽幅多光谱相机；高分二号载有两台全色/多光谱相机。高分一号和高分二号卫星性能参数见表1，相机性能指标分别见表2和表3［5－6］。

表1 高分一号和高分二号卫星性能参数Table 1 Performance parameters of Gaofen－1/2

表3 高分二号卫星全色/多光谱相机性能指标Table 3 Specification of Gaofen－2 high－resolution camera

2．2 吉林一号商业遥感卫星

2015年10月7日，吉林一号在酒泉卫星发射中心成功发射。吉林一号由中国科学院长春光机所研制，是中国第一颗亚米级分辨率小卫星，也是中国第一颗商业遥感卫星。在小型光学星中，吉林一号的性能接近世界先进水平。吉林一号由4颗星组成：①主星（光学A星），质量为420kg，地面分辨率全色0．72m、多光谱2．88m；②两颗视频星，每颗质量为95kg，地面分辨率1．13m；③验证星，质量为54kg，分辨率优于5m，主要验证非沿轨延时积分（TDI）推扫成像技术。吉林一号主星和视频星示意图见图1和图2。吉林一号光学A星于2015年10～11月拍摄的法拉利世界见图3。吉林一号首发4颗星后，2016年还将发射12颗卫星，完成16颗星组网；到2020年，在轨卫星数量将达到60颗；2030年实现138颗卫星在轨运行［7－8］。

图1 吉林一号光学A星示意图Fig．1 Illustration of Jilin－1optical－A

2．3 高分四号对地观测静止轨道卫星

高分四号于2015年12月29日发射，是目前世界上分辨率最高的地球静止轨道光学星。高分四号（见图4）发射质量4600kg，通过采用高精度敏感器和大力矩输出执行机构，实现整星快速机动和高稳定性控制，完成对变化目标持续监视、大范围区域目标快速成像以及多个热点地区的交替巡查成像。高分四号卫星相机可在数分钟之内对三个不同区域连续成像，地面分辨率为多光谱50m、中波红外400m，单景幅宽为400km。卫星观测覆盖范围见图5，图6为2016年1月25日拍摄的北京多光谱影像［9－10］。

图4 高分四号卫星示意图Fig．4 Illustration of Gaofen－4satellite

图5 高分四号观测覆盖范围Fig．5 View coverage of Gaofen－4

2．4 福卫二号、五号台湾地球遥感卫星

2．4．1 福卫二号

福卫二号于2004年5月20日发射，在轨拍摄的地面分辨率全色2m和多光谱8m的图像适于测绘、林业、农业、环境灾害监测等领域。卫星平台Leostar 500XO由欧洲空客防务与航天公司下属部门Astrium SAS设计，三轴稳定姿态。平台上半部分载有遥感仪器（Remote Sensing Instrument，RSI）、红闪（注：发生在雷暴云上方的一种巨大放电现象）及上层大气闪电成像仪（Imager of Sprites and Upper Atmospheric Lightning，ISUAL）以及部分姿态控制系统，下半部分载有4个反作用轮和自主推进系统。其中，RSI由相机和仪器处理单元组成。卫星成像能力为每圈8min，成像面积为单圈连续推扫成像3000km×24km，或两组立体成像100km×24km，或4组推扫成像100km×24 km，或8景［11］。

福卫二号卫星参数和相机性能指标分别见表4和表5，福卫二号卫星组成结构见图7，RSI相机望远镜结构见图8［11］。福卫二号拍摄的北京影像图（分辨率2m）见图9［12］。

表5 RSI技术指标Table 5 Specification of RSI

图7 福卫二号卫星组成结构Fig．7 Layout of FormoSat－2

图8 RSI相机望远镜结构Fig．8 Schematic view of RSI telescope

图9 福卫二号卫星拍摄的北京影像图（分辨率2m）Fig．9 Image of Beijing acquired by FormoSat－2

2．4．2 福卫五号

福卫五号由台湾独立研制，计划2016年发射，地面分辨率为全色2m、多光谱4m。卫星主要载荷为遥感成像仪（Remote Sensing Imager，RSI），成像敏感器采用互补金属氧化物半导体（CMOS）阵列，阵列尺寸为12cm×2．4cm。福卫五号性能参数和相机设计指标分别见表6和表7，卫星结构见图10，RSI相机结构见图11［10］。

表7 RSI相机技术指标Table 7 Specifications of RSI instrument

3 日本

3．1 IGS系列光学/雷达侦察卫星

日本情报收集卫星（Information Gathering Satellite，IGS）是光学/雷达侦察卫星系列，于1998年研发，由日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）和内阁卫星情报中心（Cabinet Satellite Information Center）负责运作。IGS系列卫星由三菱电气工业（Mitsubishi Electric）研制，可能采用商业卫星平台。根据H－IIA火箭的运载能力（4000kg），IGS卫星成对发射时单星发射质量约1000～1400kg。IGS系统中，光学星已发射8颗（其中1颗发射失败），预计2016年发射下一颗光学星［13］。

在成功发射的光学星中，光学一号（IGS－1A）、光学二号（IGS－3A）、光学三号试验星（IGS－4A）已退役，仍在轨运作的光学星有：①光学三号（IGS－5A），2009年11月28日发射，地面分辨率优于1m；②光学四号（IGS－6A），2011年9月22日发射，分辨率约为0．6m；③光学五号试验星（IGS－8B），2013年1月27日发射，分辨率优于0．5m；④光学五号（IGSOptical 5），2015年3月26日发射，分辨率可能达到0．4m［13－14］。图12为光学一号（IGS－1A）和雷达一号（IGS－1B）卫星示意图［15］。

图12 IGS－1A/1B示意图Fig．12 Illustration of IGS－1A/1Bsatellites

3．2 ALOS系列陆地观测大卫星

先进陆地观测卫星（Advanced Land Observing Satellite，ALOS）系列包括：①ALOS－1，载有合成孔径雷达和光学相机；②ALOS－2，继承ALOS－1的合成孔径雷达使命；③ALOS－3，继承ALOS－1的光学成像使命［16］。

3．2．1 ALOS－1

ALOS－1于2006年1月24日发射，2011年5月12日与地面失去联络而终止任务。卫星载有光学探测器和微波探测器，用于制图、测绘和环境与灾害监测。全色遥感立体测绘仪（Panchromatic Remote－sensing Instrument for Stereo Mapping，PRISM）和先进可见光/近红外辐射计2型（Advanced Visible and Near－Infrared Radiometer－2，AVNIR－2）分别提供地面分辨率为全色2．5m和多光谱10m的图像，用以绘制1：25 000比例尺的地图［17］。其中，PRISM采用三线成像仪成像方式，同一相机可提供星下点、前视、后视成像，实现沿轨迹方向的立体测绘。

ALOS－1卫星参数和PRISM性能指标见表8和表9，ALOS－1卫星结构见图13，PRISM相机与三线成像方式见图14，卫星拍摄的圣彼得堡照片见图15［18－19］。

表9 PRISM性能指标Table 9 Specifications of PRISM

图13 ALOS－1卫星结构Fig．13 Schematic illustration of ALOS spacecraft

图15 ALOS－1卫星拍摄的圣彼得堡照片Fig．15 Image of Saint Petersburg acquired by ALOS－1

3．2．2 ALOS－3

ALOS－3预计2016年发射，载有全色相机PRISM－2与高光谱成像仪组件（Hyperspectral Imager Suite，HISUI）。PRISM－2在PRISM基础上改进，采用双线推扫成像方式，地面分辨率（全色）为0．8m、幅宽50km。依靠卫星星体的指向机动能力，PRISM－2可在一天内快速实现对日本任一地点的观测。HISUI由多光谱成像仪（Multispectral Sensor，MSS）和高光谱成像仪（Hyperspectral Sensor，HSS）组成，地面分辨率分别为5m和30m。HSS采用TMA型光学系统，孔径30cm，F数 2．2［20］。ALOS－3卫星设计参数及相机设计指标见表10和表11。ALOS－3卫星示意见图16，PRISM－2光路示意见图17。PRISM－2双线推扫立体条图成像与卫星星体指向机动能力（±60°锥形）见图18［21－22］。

表11 PRISM－2和HISUI设计指标Table 11 Design specification of PRISM－2and HISUI

3．3 ASNARO－1地球观测小卫星

ASNARO－1即先进的地球感知小卫星（Small Advanced Satellite for Knowledge of Earth，SASKE），旨在验证高性能低成本对地观测卫星平台的性能。2014年11月6日，ASNARO－1由俄罗斯Dnepr－1运载火箭发射，地面分辨率全色优于0．5m、多光谱优于2m［23］。

卫星采用日本电气株式会社（NEC）研制的NEXTAR－300L通用平台，在姿轨控制分系统中引进SpaceWire技术，成功研发了“标准姿轨控制分系统平台”（Standard Platform Attitude and Orbit Control System），在模块级实现硬件与软件的标准化。卫星所载光学敏感器（Optical Sensor，OPS）采用三反射镜TMA型光学系统，主镜基底采用新型碳化硅（SiC）材料，具有强度高、热膨胀率低、导热性高、密度低和稳定性好的特点［23］。

ASNARO－1卫星技术参数和相机性能指标分别见表12和表13，卫星展开结构见图19，相机构型见图20［23］。

表13 OPS相机性能指标Table 13 Specifications of OPS instrument

图19 ASNARO－1卫星展开结构Fig．19 Deployed configuration of ASNARO－1spacecraft

3．4 PRISM技术试验纳卫星

遥感与创新空间使命卫星（Picosatellite for Remote－sensing and Innovative Space Missions，PRISM）是由日本东京大学智能空间系统实验室研制的新一代技术试验纳卫星，于2009年1月23日由日本H－IIA型火箭发射，进入高度为660km的太阳同步轨道。卫星质量8．5kg，地面分辨率为10m，旨在在轨验证纳卫星提供中/高分辨率图像的能力［24］。

卫星所载相机在设计时考虑到协调相机尺寸和地面分辨率的关系，采用卫星平台和载荷一体化设计，引入可伸展的远距摄影数字相机系统。该相机在光学系统中引入可伸展机构，提供成像所需焦距。可伸展机构作用主要为：①机构一端连接一透镜，伸展后增加透镜和成像敏感器的距离，进而增大焦距；②展开机构作为重力梯度杆，增强卫星稳定性。相机成像敏感器采用面阵CMOS，为比利时FillFactory公司生产的IBIS－5A产品。卫星仪器分布和展开构型见图21，所载相机伸展机构组成见图22［24］。

图21 PRISM卫星仪器分布及在轨展开构型Fig．21 Equipment layout and deployed confirguration of PRISM

图22 PRISM卫星相机伸展机构组成Fig．22 Components of the deployed boom of PRISM

3．5 GRUS微小卫星遥感星座

GRUS为日本Axelspace公司研制的下一代微小卫星遥感星座。第一代3颗星预计2017年发射，后续将发射更多卫星，实现高重访率（1天）观测。GRUS采用太阳同步轨道（600km），地面分辨率为全色2．5m、多光谱5m，适合农业、林业、渔业、测绘、地理信息系统、灾害监测等商业应用。GRUS卫星设计参数及所载相机性能指标分别见表14和表15，卫星示意见图23［25］。

表15 GRUS相机性能指标Table 15 Specifications of GRUS camera

图23 GRUS示意图Fig．23 Illustration of GRUS spacecraft

4 印度

印度遥感卫星（Indian Remote Sensing Satellite，IRS）系列是印度空间研究组织（Indian Space Research Organisation，ISRO）研制的地球观测卫星系统。自1988年3月起，IRS系列卫星陆续发射，从技术上支持印度农业、水资源、森林与生态、地质、水利设施、渔业、海岸线管理等方面的发展。目前，IRS系列发展为Resourcesat资源卫星系列和CartoSat制图/地球观测/侦察卫星系列。此外，印度正在研制地球静止轨道成像卫星（Geo Imaging Satellite，GISAT），地面分辨率（多光谱）为50m。

4．1 TES

技术实验卫星（Technology Experiment Satellite，TES）于2001年10月22日发射，旨在验证低轨全色成像技术，并只为政府和国防应用提供图像，2012年起每天仅在轨工作几分钟。卫星采用IRS系列平台，三轴稳定设计，具有沿轨迹方向和沿横向的星体指向能力。所载高分辨率全色成像相机（High Resolution Panchromatic Imaging Camera，HRPIC）由以色列光电工业（Electro－optics Industries，ElOp）研制，地面分辨率（全色）优于1m。HRPIC相机与以色列EROS－A搭载的PIC相机相类似，采用两反射镜光学系统。TES卫星的成功发射和对地观测应用推动了印度高分光学星技术的进展［26］。TES卫星参数见表16，卫星示意见图24［26］。

图24 TES卫星示意图Fig．24 Artist’s view of TES spacecraft

4．2 Resourcesat系列资源卫星

Resourcesat－1（IRS－P6）于2003年10月17日发射，进入高817km的太阳同步轨道。卫星载有3种相机：①中分辨率线性成像自主扫描仪LISS－3（Medium Resolution Linear Imaging Self－Scanner）；②高分辨率线性成像自主扫描仪LISS－4（High Resolution Linear Imaging Self－Scanner）；③先进宽视场敏感器（Advanced Wide Field Sensor，AWiFS）。卫星可提供地面分辨率5．8m的全色图像和23．5m或56m的多光谱图像［27］。

Resourcesat－2于2011年4月20日进入和Resourcesat－1相同的轨道，相位成180°，提升对地观测连续性和时间分辨率。卫星平台延续IRS－1C/1D－P3的设计。相比Resourcesat－1，Resourcesat－2质量减少约160kg，并改进LISS－4相机性能，全色和多光谱幅宽均达到70km［27］。

Resourcesat－1/2载荷舱分为载荷组件平台和旋转平台两层，LISS－4相机固定在旋转平台上。平台与载荷导向电机（Payload Steering Motor，PSM）连接，可旋转±26°，使重访周期缩短至4天。Resourcesat－1卫星发射构型见图25［27］。

图25 Resourcesat－1发射构型图Fig．25 Schematic view of Resourcesat－1 launch configuration

4．3 CartoSat系列制图/地球观测/侦察卫星

4．3．1 CartoSat－1

CartoSat－1（IRS－P5）于2005年5月5日发射。卫星平台继承IRS－1C/1D－P3设计，载有全色前视相机（Panchromatic Forward－pointing Camera，PAN－F）和全色后视相机（Panchromatic Aft－pointing Camera，PAN－A），提供2．5m地面分辨率（全色）的测绘数据，用于建立数字高程模型与数字地形模型［28］。CartoSat－1性能参数和相机性能指标分别见表17和表18。CartoSat－1卫星展开示意见图26，成像方式见图27，卫星测绘的数字高程模型见图28［28］。

4．3．2 CartoSat－2/2A/2B

CartoSat－2是CartoSat－1后续卫星，于2007年1月10日发射。卫星所载全色相机地面分辨率（全色）为0．8m。相机反射镜由微晶玻璃制成，质量约为CartoSat－1全色相机反射镜的60%［29］。

CartoSat－2A和CartoSat－2B分别于2008年4月28日和2010年7月12日发射。两颗卫星采用与CartoSat－2相同的平台，地面分辨率（全色）0．8m，幅宽9．6km，为印度武装部队提供定点高分辨率图像［30－31］。

CartoSat－2/2A/2B卫星参数和相机性能指标分别见表19和表20。CartoSat－2/2A/2B卫星展开构型见图29，全色相机结构见图30，CartoSat－2卫星拍摄的照片见图31［29－31］。

表19 CartoSat－2/2A/2B卫星参数比较Table 19 Parameters comparision of CartoSat－2/2A/2Bspacecraft

图29 CartoSat－2/2A/2B展开构型Fig．29 Illustration of deployed CartoSat－2/2A/2Bspacecraft

4．3．3 CartoSat－2C/2D/2E

CartoSat－2C/2D/2E预计2016－2017年发射，进入高500km的太阳同步轨道［32］。卫星地面分辨率为全色0．64m、多光谱2m，拍摄的立体图像用于制图与城市规划。CartoSat－2C/2D/2E卫星所载相机设计指标见表21，CartoSat－2C/2D/2E卫星示意见图32，望远镜结构见图33［33－35］。

表21 CartoSat－2C/2D/2E卫星所载相机设计指标Table 21 Design parameters of CartoSat－2C/2D/2Ecamera

图33 CartoSat－2C/2D/2E望远镜结构Fig．33 Configuration of CartoSat－2C/2D/2Etelescope

4．3．4 CartoSat－3系列

印度ISRO正在研制甚高分辨率多光谱/高光谱地球观测卫星CartoSat－3/3A/3B，预计2018～2020年发射，进入高度为450km的太阳同步轨道。卫星采用IRS－2平台结构，设计寿命5年。卫星设计地面分辨率为全色0．25m，多光谱（4谱段）1m，高光谱（200谱段）12m。相机主镜直径1．2m，光学器件质量比Cartosat－2减少60%。CartoSat－3系列卫星示意见图34［34－36］。

图34 CartoSat－3系列卫星示意图Fig．34 Illustration of CartoSat－3satellites

4．4 HySIS高光谱成像卫星

高光谱成像卫星（Hyper Spectral Imaging Satellite，HySIS）预计2016年12月发射，进入高630km的太阳同步轨道，在可见光/近红外和短波红外成像，地面分辨率为30m。卫星采用IMS－2平台，质量为400kg，设计寿命5年。卫星载有高光谱成像仪（Hyper Spectral Imager，HYSI），采用面阵探测器进行推扫成像。HYSI设计指标见表22，HySIS卫星示意见图35［35］。

4．5 GISAT地球静止轨道成像卫星

GISAT于2012年由ISRO开始研制，预计2017年初发射，进入93°E赤道上空同步高度［37－38］。卫星在轨可提供实时图像，用于国土边境监视，自然灾害、洪水和火灾监测。卫星具有两种成像模式，即多光谱与“多光谱＋高光谱”，每5min卫星可对所选择的区域拍照一次，每30min可对印度大陆地区拍照一次。多光谱地面分辨率可达50m。

GISAT设计特点：①改进型I－1K（I－1000）平台，平台质量约为1000kg；②通过平台扫描生成图像；③载有地球静止轨道成像仪（GEO Imager），为印度CartoSat－2所载相机的改进版本，孔径直径均为0．7m；④4个有效载荷共用同一光学器件；⑤高光谱分光装置采用凸面光栅分光仪；⑥小型14－bit和16－bit相机电子器件［34，39］。

GISAT卫星相机GEO Imager设计参数见表23，卫星示意见图36，光学系统结构见图37［35］。

图37 GISAT光学系统结构Fig．37 Configuration of GISAT optical system

5 以色列

5．1 Ofeq系列侦察卫星

以色列侦察卫星Ofeq系列又称为地平线（Horizon），于20世纪80年代初开始研制［39］。第一颗星于1988年发射，至今已发射10颗（包括Ofeq－4与Ofeq－6两颗失败的光学星）。其中，Ofeq－1和Ofeq－2为技术验证星，从Ofeq－3开始为实用侦察卫星，Ofeq－3/5/7/9为光学星，Ofeq－8/10为雷达星。受限于以色列的地理位置，在地中海上空有一条发射路径，Ofeq系列卫星一般采用逆行椭圆轨道，轨道倾角约为142°～143°［40－44］。

Ofeq系列卫星所载相机由以色列光电工业部门（ElOp）研制。其中，Ofeq－9所载高分辨率相机是最新型Neptune相机（即EROS－B所载PIC－2）。ElOp研制的下一代相机为Jupiter相机，可在600km轨道高度获取分辨率为全色0．5m、多光谱2m的图像。Ofeq－3/5/7/9卫星参数见表24，卫星示意见图38［41－44］。

图38 Ofeq系列卫星示意图Fig．38 Illustration of Ofeq satellites

5．2 EROS系列地球遥感卫星

以色列地球遥感观测系统（Earth Remote Observation System，EROS）目前包括3颗卫星，即EROS－A/B/C。EROS－A和EROS－B分别于2000年12月5日和2006年4月25日发射［45］。EROSC预计2016年发射，进入高520km的太阳同步轨道，地面分辨率0．5m，幅宽12km，设计寿命10年［46］。

EROS－A/B所载相机分别为全色成像相机（Panchromatic Imaging Camera，PIC）和全色成像相机2型（PIC－2），由ElOp研发，均采用Cassegrain型望远镜。PIC相机采用CCD推扫技术，PIC－2在PIC相机基础上结合延时积分（TDI）技术提高图像品质，且地面分辨率（全色）提高至0．7m。

EROS－A/B卫星参数和所载相机性能指标见表25和表26。EROS－B卫星及部件分布见图39，EROS－B于2010年2月27日拍摄智利8．8级地震震后照片见图40［45－47］。

表25 EROS－A/B卫星参数比较Table 25 Parameters comparision of EROS－A/B spacecrafts

表26 PIC/PIC－2相机性能指标Table 26 Specifications of PIC and PIC－2

图39 EROS－B卫星及部件分布Fig．39 EROS－B spacecraft and the accommodation of its components

图40 EROS－B拍摄的智利8．8级震后照片Fig．40 Image of Chile after 8．8magnitute earthquake acquired by EROS－B

6 韩国

6．1 KOMPSAT系列光学/雷达多用途卫星

韩国的对地观测项目称为阿里郎（Arirang），卫星代号为KOMPSAT（Korea Multi－Purpose Satellite），由韩国宇航研究机构（Korea Aerospace Research Institute，KARI）于1995年开始研发。目前已发射5颗对地观测卫星，KOMPSAT－1/2/3/3A为光学星，KOMPSAT－5为雷达星。KOMPSAT－1于2007年12月30日与地面失去联系，KOMPSAT－2/3/3A仍在轨运行［48－52］。

（1）KOMPSAT－1。卫星载有光电相机（Electro Optical Camera，EOC），目标是获取韩国测绘影像，地面分辨率（全色）为6．6m［49］。

（2）KOMPSAT－2。卫星采用与KOMPSAT－1相同的轨道，两颗星在轨相位成180°。所载多光谱相机（Multi－Spectral Camera，MSC）由KARI和以色列光电工业（ElOp）以及德国OHB系统公司合作研制，采用TDI CCD成像，地面分辨率为全色1m、多光谱4m［50］。

（3）KOMPSAT－3。卫星由KARI和韩国SI公司共同研制。卫星所载先进地球成像敏感器系统（Advanced Earth Image Sensor System，AEISS）由KARI和空客防务与航天公司下属的Astrium部门联合研制。德国航空航天署（Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt，DLR）负责焦平面组件和数字电子单元的研制。地面分辨率为全色0．7m、多光谱2．8m［51］。

（4）KOMPSAT－3A。卫星采用与KOMPSAT－3相似的平台结构，并载有两个光学成像系统：①先进地球成像敏感器系统－A（Advanced Earth Imaging Sensor System－A，AEISS－A），由空客防务与航天公司和DLR提供技术支持，KARI研制，地面分辨率为全色0．5m、多光谱2m；②红外成像系统（Infrared Imaging System，IIS），地面分辨率5．5m［52］。

KOMPSAT－1/2/3/3A卫星参数见表27，相机性能指标见表28和表29。KOMPSAT－1卫星设计构型和结构见图41。KOMPSAT－2卫星结构见图42，MSC相机结构见图43。KOMPSAT－3卫星示意见图44，AEISS相机结构见图45。KOMPSAT－3A卫星结构见图46，KOMPSAT－3A于2015年4月1日在轨测试时拍摄的迪拜帆船酒店照片见图47（分辨率为0．55m）［4952］。

表27 KOMPSAT－1/2/3/3A卫星参数比较Table 27 Parameters comparision of KOMPSAT－1/2/3/3Aspacecraft

表28 MSC性能指标Table 28 Specifications of MSC

图41 KOMPSAT－1设计构型图Fig．41 Overview of KOMPSAT－1design architecture

图43 MSC相机结构Fig．43 Illustration of MSC

图44 KOMPSAT－3卫星示意图Fig．44 Illustration of KOMPSAT－3spacecraft

图45 AEISS相机结构及光学系统Fig．45 Configuration and alternative view of AEISS optical system

图47 KOMPSAT－3A拍摄的迪拜帆船酒店照片Fig．47 Image of Burj Al acquired by KOMPSAT－3A

6．2 COMS/GOCI多用途地球静止轨道卫星/海洋彩色成像仪

韩国“通信海洋与气象卫星”（Communication，Ocean and Meteorological Satellite－1，COMS）于2010年6月26日发射，是韩国用于通信、海洋、气象等任务的地球静止轨道多用途对地观测卫星，也是首个载有海洋彩色成像仪的地球静止轨道卫星。

COMS采用欧洲原Astrium公司研制的Eurostar－3000平台。卫星所载地球静止海洋彩色成像仪（Geostationary Ocean Color Imager，GOCI），采用“凝视－步进”成像模式，16次成像可覆盖2500km×2500km的区域。GOCI对目标区域（130°E－36°N）成像的地面分辨率为500m（赤道星下点地面分辨率360m）［53］。COMS卫星参数和GOCI相机性能指标见表30和表31，COMS卫星构型见图48，相机结构和光学系统见图49，GOCI相机于2010年7月15日拍摄的照片见图50［53－55］。

表30 COMS卫星技术参数Table 30 Parameters of COMS

表31 GOCI相机性能指标Table 31 Specifications of GOCI

图48 COMS卫星构型Fig．48 Configuration of COMS

图50 COMS海洋彩色成像仪拍摄的照片Fig．50 Image from Geostationary Ocean Color Imager

6．3 GEO－KOMPSAT－2地球静止轨道双星计划

GEO－KOMPSAT－2计划由GEO－KOMPSAT－2A/2B（简记为GK－2A和GK－2B）两颗地球静止轨道卫星组成，预计分别于2018年5月和2019年3月由Ariane－5（阿里安－5）火箭发射［56］。

GK－2A载有先进气象成像仪（Advandced Meteorological Imager，AMI）和韩国空间环境监测仪（Korean Space Environment Monitor，KSEM），使命为气象观测和空间环境监测；GK－2B载有地球静止海洋彩色成像仪II型（Geostationary Ocean Color Imager－II，GOCI－II）和环境监测敏感器（Environmental monitoring sensor，GEMS），使命为海洋和地球环境监测。其中，GOCI－II于2013年由韩国委托法国Astrium研制，在COMS所载GOCI基础上改进：①目标区域地面分辨率提高至250m；②增加全色谱段（370～885nm）；③可见光/近红外谱段由8个增加至12个［55－57］。GK－2B卫星性能参数见表32，GK－2B卫星结构见图51。GOCI－II相机构型见图52［57－58］。

7 俄罗斯

俄罗斯胶片回收型侦察卫星已于2015年退役。最后一颗（Kobalt－M系列第10颗星）于2015年6月5日发射，同年9月17日主载荷舱返回地面。卫星质量约6600kg，由服务舱、仪器舱和载荷舱组成，胶片可分时由两个副返回舱与一个主返回舱返回地面。望远镜估计孔径直径0．6m，焦距3～4m，地面分辨率可达到0．3m［59－60］。俄罗斯传输型侦察卫星Persona－3地面分辨率达0．5m，资源卫星Resurs系列地面分辨率（全色）优于1m，测绘卫星Bars－M1地面分辨率可达1．1m，下一代光学遥感卫星星座Obzor－O处于研制之中。此外，俄罗斯正在构建新型预警卫星星座。

7．1 Persona系列侦察卫星

Persona系列卫星在苏联Yantar侦察卫星基础上研发，卫星平台由俄罗斯进步国家航天研究与火箭生产中心（Progress State Research ＆Space Rocket Production Center，TsSKB Progress）研制。卫星质量为6500kg，设计寿命3～5年。相机采用改进型Korsch望远镜，主镜直径1．5m，焦距20m，地面分辨率为0．5m［61］。Persona卫星示意见图53，LOMO望远镜光学系统见图54［62－63］。

（1）Persona－1（Kosmos－2441）于2008年7月26日发射，进入高720km的太阳同步轨道。2009年2月，卫星星上电子设备和控制系统出现故障，已无法向地面传输照片［64］。

（2）Persona－2（Kosmos－2486）于2013年6月7日发射，进入太阳同步轨道，近地点高703km，远地点高721km。2013年11月4日，卫星推进器多次点火导致近地点高度小幅度（2km）震荡，由于地面站存在观测误差，无法捕捉卫星。2014年6月，地面站将新的程序上载到Persona－2星载主控计算机中，执行轨道机动修正轨道，恢复了地面和卫星通信［64］。

（3）Persona－3于2015年6月23日发射，进入太阳同步轨道，近地点高714km，远地点高732km。Persona－3载有激光数传系统，通过地球静止轨道上的中继卫星传输图片，实现下行数据高速数传［64］。

图53 Persona系列卫星示意图Fig．53 Illustration of Persona satellite

7．2 EKS系统预警卫星

苏联/俄罗斯天基导弹预警系统最初于1965年提出并开始研制，包含3个阶段：①OKO系统（1972～1997年）；②OKO－1系统（1991～2012年）；③EKS系统（2015年至今）。各系统均由大椭圆轨道和地球静止轨道卫星组成。其中，OKO系统由早期的USK（73D6）卫星和US－KS（74Kh6）卫星组成，OKO－1系统由后期US－K（73D6）卫星和US－KMO（71Kh6）组成。

2011年，俄罗斯开展新型预警系统即探查、作战指挥和控制集成空间系统（Edinaya Kosmicheskaya Sistema Obnaruzheniya i Boevogo Upravleniya，integrated space system for detection，battle command and control，EKS）的研制，系统内卫星为Tundra。EKS系统不仅可探测并定位弹道导弹和巡航导弹的发射，还可全程追踪导弹飞行，一次导弹发射可在25s内被探测到。卫星相机具有侧视扫描功能，可在紫外、自然光以及三种红外谱段成像。此外，EKS系统具备通信功能，卫星可通过抗干扰频段传递大量信息。卫星还可接替原先要在地面进行的数据处理工作。Tundra卫星示意见图55，Tundra卫星光学系统见图56［65］。

EKS星座包含大椭圆轨道和地球静止轨道上的多颗卫星，至少由8颗卫星组成。计划至2018年发射10颗卫星（含备份星）。第一颗星EKS－1于2015年11月17日发射，进入大椭圆轨道，轨道高度为近地点1626km、远地点38 552km，倾角63．79°，轨道周期12h［66］。第二颗星预计2016年发射。4颗与EKS－1相同轨道的卫星理论上可一天24h监测北美大陆；2～3颗地球静止轨道卫星可提供全球覆盖，2颗地球静止轨道卫星可追踪来自太平洋和大西洋的弹道导弹发射［67］。俄罗斯预警卫星系统拟用构型见图57［68］。

图56 Tundra卫星光学系统Fig．56 An optical system for Tundra

7．3 Resurs系列资源卫星

7．3．1 Resurs－DK1

Resurs－DK1为俄罗斯高分辨率（1m）民用资源卫星，第一颗于2006年6月15日发射，进入倾角70．4°的椭圆轨道［69］。

Resurs－DK1卫星采用原侦察卫星Yantar平台结构［70］。卫星所载的光电推扫式成像仪Geoton－1的敏感器由4个TDI CCD阵列构成，第一个阵列生成全色图像，其余三个分别生成绿色、红色和近红外图像。每个阵列由36个独立的Kruiz CCD芯片组成［71］。Resurs系列卫星的相机采用长焦距摄远透镜望远镜，由7个透镜元件组成，孔径直径500mm，焦距4m［72］。

Resurs－DK1卫星参数和Geoton－1相机性能指标分别见表33和表34。Resurs－DK1卫星结构见图58，星上图像信息采集、处理及传输流程见图59，卫星拍摄的照片见图60（分辨率为1m）［6973］。

表33 Resurs－DK1卫星技术参数Table 33 Parameters of Resurs－DK1

7．3．2 Resurs－P星座

Resurs－P是资源卫星Resurs－DK1的后继卫星星座。Resurs－P1/P2/P3分别于2013年6月25日、2014年12月26日和2016年3月13日发射，Resurs－P4/P5预计分别于2017年和2018年发射。

Resurs－P1卫星载有：①Geoton－L1成像仪，地面分辨率全色0．9m、多光谱3～4m，幅宽38km；②广角相机ShMSA由高分辨率和中分辨率光学系统组成，地面分辨率分别为全色12m和59m、多光谱23．8m和118m，幅宽分别为97．2km和441．7km；③高光谱拍摄设备（Hyperspectral Shooting Apparatus，HSA），地面分辨率30m，幅宽30km。Resurs－P2卫星平台和载荷与Resurs－P1相近，仅附加高能粒子探测仪Nuklon。

Resurs－P1/P2卫星参数见表35，Geoton－L1、ShMSA和HSA性能指标分别见表36、表37和表38［74－75］。Resurs－P2卫星结构见图61，HSA光学系统结构与相机示意见图62，卫星于2013年拍摄的全色和高光谱图像见图63和图64［76－78］。

表37 ShMSA性能指标Table 37 Specifications of ShMSA multispectral spectrometer

图64 Resurs－P1拍摄的都柏林的高光谱图像Fig．64 Hyperspectral image of Dublin acquired by Resurs－P1

7．4 Bars－M系列测绘卫星

Bars－M是俄罗斯的空间测绘计划，该计划于2007年提出。Bars－M系列卫星原计划2014、2016和2018年各发射一颗卫星，但第一颗星Bars－M1（军事测绘）推迟至2015年2月27日发射。2011年，俄罗斯提出Kartograph－OE卫星计划，预计2017年和2018年各发射一颗光学星［79］。

Bars－M1卫星由有效载荷舱，服务舱和推进系统组成。推进系统由4台轨道修正主推力器、12台姿态控制推力器和4个推进剂贮箱组成。有效载荷舱内主要仪器为Karat相机，采用三透镜光学系统。卫星还载有激光发射器，校准和引导激光测距仪和激光反射镜。Bars－M1卫星参数见表39，Karat相机性能指标见表40。卫星关键结构及望远镜系统见图65和图66［79］。

7．5 Obzor－O星座民用遥感卫星

2012年10月，俄罗斯联邦航天局提出研制Obzor－O光学遥感卫星星座（4颗）计划，为民用部门提供地球表面图像，卫星预计运行在700km太阳同步轨道上。Obzor－O将在光学和红外等8个谱段成像，光学仪器地面分辨率5m，红外敏感器可探测尺寸为20m的细节。2颗星可在30天内实现全部俄罗斯领土成像；4颗星可在7天内覆盖全俄罗斯。卫星原计划于2015年、2017年和2019年发射，后被推迟。此外，Obzor－R雷达星星座（两颗）将于2018年前发射，与Obzor－O协同观测。Obzor－O卫星示意见图67［80］。

图67 Obzor－O卫星示意图Fig．67 Illustration of Obzor－O

8 结束语

日本、以色列、中国、印度、韩国等亚洲国家均已研制并应用地面分辨率（全色）优于1m的低轨光学星，目前地面分辨率最高优于0．5m（全色）。韩国已发射并应用地球静止轨道多用途（通信/海洋/气象）卫星，海洋彩色成像仪地面分辨率达500m；并正在研制地球静止双星星座，分辨率提高至250m。中国高分四号是目前地面分辨率最高的地球静止光学星（多光谱50m）。印度地球静止光学星GISAT尚未发射，地面分辨率与中国高分四号相当。随着胶片回收型侦察卫星退役，俄罗斯正在加紧研制与发射传输型侦察卫星、资源卫星、测绘卫星，以及多光谱星座，最高分辨率（全色）已达0．5m。此外，俄罗斯已开始构建新一代预警卫星星座。在高分光学星技术与应用领域，总体上，美国处于领先地位，欧洲随后，亚洲与俄罗斯不及美欧。高分光学星性能的提高主要取决于空间相机的革新与创新。

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［63］ОПТИКО－ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГОЗОНДИРОВАНИЯЗЕМЛИ．LOMO［EB/OL］．［2015－03－23］．http：//lomo－tech．ru/photos/lomo＿kosm＿otkr．pdf

［64］Persona［EB/OL］．［2015－03－23］．http：//www．russianspaceweb．com/persona．html

［65］EKS（Tundra）satellite．［EB/OL］．［2016－02－18］．http：//www．russianspaceweb．com/eks－tundra．html

［66］Launch of the first EKS（Tundra）satellite［EB/OL］．［2016－02－18］．http：//www．russianspaceweb．com/eks－tundra－kosmos2510．html

［67］EKS network design［EB/OL］．［2016－02－18］．http：//www．russianspaceweb．com/eks－network．html

［68］Development of the EKS network［EB/OL］．［2016－02－18］．http：//www．russianspaceweb．com/eks－origin．html

［69］EoPortal Directory．Resurs－DK1［EB/OL］．［2015－02－26］．https：//directory．eoportal．org/web/eoportal/satellite－missions/r/resurs－dk1

［70］Petrie G．An alternative source of very high－resolution imagery：The Resurs－DK1satellite［J］．Geoinformatics，2010，13（3）：30

［71］Resurs＿DK［EB/OL］．［2015－02－26］．http：//www．russianspaceweb．com/resurs＿dk．html

［72］Anshakov G P，Skirmunt V K．The Russian project of“resurs－DK 1”space complex development．Status，prospects，new opportunities for the consumers of space snapshots［J］．Acta Astronautica，2000，47：347－353

［73］КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ РЕСУРС－П ［EB/OL］．［2015－03－23］．http：//www．mcc．rsa．ru/resurs＿p．htm

［74］Anatoly Zak．Resurs－P1［EB/OL］．［2015－02－26］．http：//www．russianspaceweb．com/resurs＿p．html

［75］Arkhipov S A，Baklanov A I，Linko V M．Hyperspectral shooting apparatus for the Resurs－P spacecraft［J］．Izvestiya Atmospheric ＆Oceanic Physics，2015，50（9）：978－988

［76］A Peshkun Resurs－P Capabilities．Standard products［EB/OL］．［2015－04－07］．http：//conf．racurs．ru/images/abstracts/eng/Peshkun．pdf

［77］EoPortal Directory．Resurs－P［EB/OL］．［2015－02－26］．https：//directory．eoportal．org/web/eoportal/satellite－missions/r/resurs－p

［78］Anatoly Zak．Resurs－P2［EB/OL］．［2015－02－26］．http：//www．russianspaceweb．com/resurs＿p2．html

［79］Bars－M：Russia＇s first digital cartographer［EB/OL］．［2015－04－06］．http：//www．russianspaceweb．com/bars－m．html

［80］Russia to develop new remote－sensing satellite constellation Obzor－O［EB/OL］．［2016－02－18］．http：//www．russianspaceweb．com/obzor＿o．html

（编辑：李多）

Global High－resolution Optical Satellite Overview（3）：Asia and Russia

ZHU Renzhang1CONG Yuntian1，3WANG Hongfang2BAI Zhaoguang2
（1Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China）
（2DFH Satellite Co．，Ltd．，Beijing 100094，China）
（3China Academy of Space Technology，Beijing 100094，China）

Asian countries and Russia are making efforts to improve the performance of military and civilian remote sensing satellites in low earth orbit and geostationary earth orbit．Japan，Israel，China，India，Korea，Russia etc．have already launched sub－meter resolution satellites in low earth orbit，among which the highest resolution reaches 0．5meter or better．Among the geostationary optical satellites，Gaofen－4can achieve 50－meter resolution．Russia has been constructing new－generation constellation of early warning satellites in both highly elliptical orbit and geostationary earth orbit．In this paper，Asian and Russian high－resolution optical satellites are introduced，including their operations，technologies and trends．

Asian satellite；Russian satellite；high－resolution optical satellite

V474．2

A

10．3969/j．issn．1673－8748．2016．02．012

2015－06－23；

2016－02－26

朱仁璋，男，慕尼黑工业大学博士，北京航空航天大学教授。Email：renzhang．zhu@tom．com。