【连载】葛大庆：致广大而尽精微：新方向与我国对地观测的发展 | 对地观测——认识另一个视角下的地球（4）

葛大庆，雷达遥感研究所所长

中国国土资源航空物探遥感中心

《 对地观测

——认识另一个视角下的地球 》系列

第 4 篇

4.致广大而尽精微：新方向与我国对地观测的发展

4.1. 新的方向

何以概括遥感的技术特点？可以借用《中庸》中的名句“致广大而尽精微”来表达。这里，“广大”侧重指遥感观测平台的高远与观测范围的广大；“精微”则是空间、时间、光谱、温度等分辨率和测量精准度的提高。

图22. 欧洲Copernicus计划与Earth Explorers计划

从全球范围来看，当前的遥感卫星的重复观测频率从月到小时，空间分辨率从公里到厘米，电磁波谱从可见光到微波，模式从被动到主动，观测角度从单一角度到多角度，从单极化到全极化等方向的全面发展。

卫星体制上，星座与编队（组网模式/快速重访/全球覆盖/快速响应），姿轨控与相位、极化测量以及新型SAR成像概念等得以广泛发展，遥感卫星将以有限任务目标为主，全面提升指标质量，兼顾多目标任务，形成光学、高光谱、SAR等业务化卫星长期监测，凝视、视频和夜视等新型科研卫星快速研发，全社会共同参与，面向多用户服务的开放式发展格局。而对于地球系统科学研究，则具备了长期的数据保障，以长时间序列的积累观测助力地表现象及其背后的规律探索。

以大科学计划为牵引是当前遥感卫星发展的新特点。由欧盟与欧空局启动的“哥白尼计划”是欧洲继“伽利略计划”之后又一个以著名科学家命名的重大科技发展计划。

支撑“哥白尼”计划得以实施的对地观测系统为“哨兵”（Sentinel）系列卫星，由6型12哨兵卫星组成，涉及雷达、多光谱、雷达高度计、大气化学成分监测仪等多种有效载荷，具备中高分辨率成像和中大尺度覆盖能力，用于地表形变、海洋活动、植被、土壤和水覆盖、内陆水道及海岸带、海面地形、海面和地表温度、海洋水色和土壤特性、海洋预报、大气状况、全球海面高度变化等领域观测，服务地球系统科学研究。

与哥白尼计划对应的Earth Explorers欧洲地球探测计划，由8个地球探测卫星组成，其根本目标是通过对地球重力、磁场、电场、风场的探测，研究地球系统及其变化过程，尤其是在全球变化的背景下在气候变化预测、水循环、极地保护发挥欧盟的作用，广泛开展国际合作，推动地球系统科学研究。

4.2. 我国的情况

与欧美等先进航天大国相比，我国遥感卫星的发展较晚，但历经30余年的发展，已成为空间对地观测大国，形成陆地、气象、海洋等遥感卫星序列，并同时发展了商业小卫星和空间站等对地观测系统，并在深空探测领域逐步开展月球和火星探测，构建了遥感、通讯、导航等全面的卫星系统。我国的遥感卫星起步于中巴合作，1999年首颗CBERS卫星发射，至今已有13颗国产陆地卫星，形成了资源、环境、实践、测绘、高分专项等系列。

图23. 我国卫星遥感对地观测系统建设状况

特别是高分专项，定位于构建我国自主的高分辨率（亚米级/米级）对地观测系统，包含7颗卫星与其他观测平台，覆盖了从全色、多光谱、高光谱到雷达，以太阳同步和地球同步等轨道观测，构成高空间、高时间和高光谱分辨能力的遥感卫星系统。

此外，《国家民用空间基础设施中长期发展规划》计划发展三大系列、七个星座、三类专题共88颗卫星，包含科研型和支撑陆地、海洋与大气等业务应用卫星。国土资源是这些卫星的主要应用领域，2013年提出的《国土资源陆海卫星业务发展规划》已纳入《国家民用空间基础设施发展规划》序列，标志着国土资源卫星业务应用进入新的历史阶段。

图24.国产高分卫星影像

4.3.公益与商业并存的发展模式

在业务化遥感发展领域最具代表性的是欧盟的“哥白尼（Copernicus）”计划，其前身是全球环境与安全监测（Global Monitoring of Environment and Security，GMES）对地观测计划，以陆地、海洋和气象应用的哨兵系列遥感卫星系列形成了对岩石圈、水圈、大气圈、冰川层和生物圈不同尺度的业务化监测，以此应对重大事件应急响应、人道主义危机等公共环境与安全需求，实现对全球及欧盟成员国及热点地区不同尺度上的公共服务，支撑政府决策和重大战略制定。

GEMS是欧盟与欧空局于2003年正式启动的一项重大航天发展计划，主要目标是通过对欧洲及非欧洲国家（第三方）现有和未来发射的卫星遥感数据及地面观测数据进行协调管理和集成，实现环境与安全的实时动态监测，保证欧洲的可持续发展和提升国际竞争力。

图25.由哨兵-2号卫星拍摄到的意大利Etna火山喷发（2017年3月16日，红黄色为了火山喷出口）

与公益性科学探索的业务化卫星不同，商业化的小卫星因技术含量高，应用优势显著和可持续发展的产业特征，逐渐得到世界各国政府和宇航技术开发机构的高度重视。

经过20多年的发展，当前已进入高速发展阶段。我国的商业遥感卫星从北京一号到吉林一号，再到去年发射的高景一好，标志着我国商业小卫星产业化的显著进步。得益于研制周期短、可批量生产、 组网灵活等特点，小卫星是未来卫星应用发展的方向。当前，以高端小卫星、皮纳卫星、商业化采购服务等为代表的细分市场正在加速形成，其技术理念、应用模式将更加开放和创新。

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