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国外微小SAR星座初步具备商业运营能力,我国目前的仍未拥有完整的SAR卫星星座

发布时间:2023-05-23  来源:立鼎产业研究网  点击量: 692 

卫星遥感是重要的获取遥感信息的渠道。遥感是指不直接接触物体,利用传感器对远距离目标辐射或反射的电磁波信息进行获取的方式。卫星遥感可突破领土领空限制,获取全球变化监测、区域监视等重要信息。卫星遥感技术包括被动式和主动式。被动式遥感技术通过遥感传感器对被探测物体自身发射的电磁波特征进行感知,可见光、红外、高光谱、微波辐射计是常用的被动遥感手段;主动式遥感技术通过遥感传感器发射电磁波到被探测物体表面,然后对物体的散射信号进行探测,常用的有合成孔径雷达、微波散射计等。目标对象发射或反射的电磁波信息记录并形成遥感数据,进而输出相应的遥感图像产品。

从种类来看型小型遥感卫星主要有小型光学遥感卫星,小型SAR卫星,不同种类的遥感卫星通常负责不同类型的监测任务。常用的卫星遥感技术,由普通的大卫星光学成像,发展出多光谱、SAR、红外、微波遥感卫星等。卫星遥感的全天时、全天候工作能力不断加强,时间、空间分辨率提高,对变化的监测、响应能力提高,给卫星遥感的应用带来了更多可能性。合成孔径雷达SAR技术相比光学卫星对于恶劣天气条件应对能力更强,且过境即拍摄、拍摄即有效、有效即可用,将会成为未来发展的重点,目前全球精度最高的测绘SAR卫星仍是2010年德国的TanDEM-X卫星,其产品是目前精度最高的全球DEM数据,我国的GF-3的分辨率可以达到1米,是世界上分辨率最高的C频段、多极化卫星。此外,商业航天的发展推动了微小SAR卫星星座的发展,其观测能力将逐渐发展成熟,将改变目前图像价格高、交付慢、数据少、持续性差的市场现状,技术能力甚至将赶超现役大型SAR卫星。

常用卫星遥感技术应用对比


资料来源:公开资料整理

小型SAR卫星是微小遥感卫星主要的发力点之一,其最大的优势在于其组网功能,具备全天时全天候成像,高精度数字高程模型,全球变化检测,快速响应服务等优点。SAR卫星可实现全天时全天候观测,除了在军事领域发挥重要作用外,在民用领域(如:地形测绘、洪水监测、地质灾害监测、农林管理、海洋渔业管理、城市规划建设等)也具有较大的应用能力;SAR卫星可实现高精度测绘,获取地形和地表特征的三维信息。SAR数据可制作数字高程模型(DEM),主要方法有雷达立体测量法(Radargrammetry)和雷达干涉测量法(InSAR)。微小SAR卫星星座所具有的高重访率可获取时间间隔极短的干涉像对,实现更强的重轨干涉测量能力。高精度的 DEM 数据可应用于众多领域,可检测沙子或者草丛中的新足迹。通过频繁的干涉测量,获取到同一区域长时间序列的数据,即可测量桥梁、管道、堤坝等关键基础设施的实时变化。

国外典型微小SAR卫星星座性能指标


来源:CNKI

总的来看,目前国外微小SAR星座领域正在从起步向初期发展阶段过渡,卫星系统和技术能力正在快速发展,部分公司率先构建业务星座,初步具备商业运营能力,为政府和商业用户提供服务。目前以美、欧、日、加为主,其他国家尚未启动,美国、芬兰、日本的首家公司提出时间较为相近,2016年成为发展商业微小SAR卫星星座的重要分割点。海外大部分初创公司选择构建X段的纯SAR卫星星座,只有少部分选择构建XS双频段的光学与SAR混合星座。在天线构型上,相控阵天线、可展开网状反射器天线、可展开抛物面天线均有采用;在极化方式上,以单极化或双极化居多;在成像模式上,具备凝视聚束、滑动聚束、条带、宽幅扫描、干涉测量等多种成像模式,每轨成像时间长达10Min,左右视均可,满足多样化应用需求。当前微小SAR卫星技术先进,以“冰眼”卫星为例,其质量为85kg、最高分辨率为0.25m、幅宽为5km,能力赶超当前传统大型SAR卫星。较典型的是,目前在轨运行的德国陆地合成孔径雷达-XTerraSARX)商业卫星质量为1230kg,最高分辨率为0.25m,幅宽为4km。微小SAR卫星星座将使InSAR重访能力从目前TerraSARX星座的47天缩短到数小时.但与传统大型SAR卫星相比,微小SAR卫星在超宽幅成像、噪声等效误差、极化方式、无控定位精度等方面还存在差距,特别是“冰眼”卫星的无控定位精度10m,远劣于TerraSARX卫星优于1m的精度。

我国目前的仍未拥有完整的SAR卫星星座,未来市场空间大,前景好。与海外市场的SAR卫星相比,我国目前民用SAR卫星体系处于相对空白的阶段。我国目前测绘技术手段数据获取速度慢,主要可用的SAR卫星包括:1)高分三号,我国“高分”专项唯一的SAR遥感卫星——高分三号为非商业化卫星,其数据实行专项共享。2)“海丝一号”主要为海洋灾害监测、洪水监测提供支持,应用范围较窄。3)齐鲁一号,齐鲁一号搭载国内首个Ku谱段SAR载荷,主要任务是技术验证,用户也局限于山东产业技术研究院。4)陆地探测01AB星,作为我国首组民用差分干涉SAR卫星,主要用户为自然资源部、国家林业和草原局等。5)巢湖一号,是国内首颗商业组网SAR遥感卫星,属于“天仙星座”计划。“天仙星座”计划发射96颗轻小型卫星,依靠在轨成像与AI技术实现6小时应急成像,将服务于海洋环境、灾害监测及土地利用等领域,目前全计划仅发射一颗卫星,其余卫星将在未来发射。

遥感卫星的主要商业模式为卫片的销售及相关数据的分析处理,卫星影像销售单位为景,即一张完整的卫片。遥感影像数据模式分为存档数据和编程数据两种,通常编程数据的价格是存档数据的一倍。

1)存档数据:是指先前卫星已经拍摄过的区域,已存档在卫星公司的数据库中,是现成品。该种图像的购买价格相对较低,订购时间较快。但是订购前需要对既定需求区域做出确认,即确认所需区域是否有卫星影像数据存档、卫星影像存档数据的拍摄时间、拍摄质量(包含了云量、拍摄倾角等因素)等。

2)编程数据:是指编程制定卫星对需求区域拍摄最新的影像,可以让用户得到需求区域最新的影像。但是编程影像的拍摄周期通常较长,订购初期需要先向卫星公司申请拍摄区域的拍摄周期,然后由卫星公司反馈计划拍摄周期。在这个拍摄周期中,并不能够保证拍摄成功,这与所拍摄地的天气情况、拍摄数据的优先级权重以及需求数据范围有关。

随着遥感卫星数量持续增长,但原始数据整体逐年下滑。由于大量遥感卫星投入市场,市场上的卫星遥感原始数据总量呈现出大幅增长的态势,这导致了卫星遥感数据价格在总体上出现下降的情况根据美国北方天空研究所(NSR)报告,2022年,超高分辨率光学数据价格预计将跌至20.8美元/km²,较上一年下降约5%。同期,雷达数据价格预计将跌至112.3美元/km²,较上一年下降约7%。高分辨率光学数据价格预计将跌至10.7美元/km²,较上一年下降约15%。同期,雷达数据价格预计将跌至57.1美元/km²,较上一年下降约12%。中分辨率光学数据价格将跌至2美元/km²,较上一年下降约13%。同期,雷达数据价格将跌至11.1美元/km²,较上一年下降约9%。但由于重点市场上存在对卫星遥感原始数据的大量需求,因此,原始数据整体市场规模总体上还处于持续上升阶段。

不同类型遥感卫星数据对比


资料来源:NSR

在全球卫星遥感市场中,政府和军队是主要用户,为整个遥感卫星运营市场贡献了约70%的收入。在各垂直市场上,防务与情报市场、政府用户一直是卫星遥感运营市场最重要的组成部分,两者贡献市场总收入的51%。其中,防务与情报市场占比为29%,是规模最大的单一垂直市场。不过我国由于是强政府国家,且军队信息化程度相比美军还存在一定差距,因此在我国最大的单一市场则为政府相关的数据采购。


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