中国测绘卫星发展策略研究(2)
1.3 重力测量卫星
按照测量区域、波段的不同,重力测量卫星分为海洋测高卫星和全球中长波重力场测量卫星,海洋测高卫星也可以被称为海洋短波重力场测量卫星。
(1)海洋测高卫星
海洋测高卫星的发展历史较长,基本情况如表4所示[17]:应用领域 地球动力学、海洋测量海洋测量 环境探测 军事测绘 海洋测量
表3 典型微波卫星的基本情况Tab.3 Basic information of typical microwave satellites国家 卫星型号 发射年份 卫星数量 波段 极化方式 分辨率/m 质量/kg美 国 Lacross 5 2005 1 L/X 双极化 0.3 加拿大RadarSat-2 2007 1 C 四极化 3 2200 RadarSat星座 2018 3 C 四极化 1~100 1560欧 洲 ENVISAT 2002 1 C 双极化 30~1000 8211 Sentinel-1 2014 2 C 双极化 5-40 2300德 国TerraSAR-X 2007 1 X 双极化 1 1230 TanDEM-X 2010 1 X 四极化 1230 TanDEM-L 2020 2 L 四极化 5~500 -SAR-Lupe 2006 5 X 四极化 1 770意大利 COS-Skymed 2006 4 X 四极化 0.7 1700二代COS-Skymed - 2 四极化 0.35~40 -以色列 TecSAR 2008 1 X 四极化 1 300 Ofeq-10 2014 1 X 四极化 1 400日 本 ALOS-2 2014 1 L 四极化 3 2200印 度 RISAT-1 2012 1 C 四极化 1 1858韩 国 KompSat 2013 1 X 双极化 1~20 1400芬 兰 ICEYE 2018-2020 18 X - 1 <100
表4 世界各国主要测高卫星情况Tab. 4 Main altimetry satellites in the world国家 卫星型号 发射年份 轨道高度/m 频段 测高精度/cm 测地卫星-3 1975 830 Ku 20 美 国SeaSat 1978 800 Ku 10美 国法 国GeoSat/GFO 1985/1998 785 Ku 7/3.5 TOPEX/Poseidon 1992 1336 Ku、C 2.4 Jason-1/2/3 2001 1336 Ku、C 1.5 ERS-1/2 1991/1995 785 Ku 10欧 洲EnviSat 2002 800 Ku、S 2 CryoSat-2 2010 717 Ku 0.7俄罗斯 Geo-IK-2-02 2016 1000 Ku、C - 印 度法 国 SARAL 2013 800 Ka 理论精度更高
可以看到,卫星测高的精度不断提高,已达厘米级。从应用看,测高卫星的应用领域逐渐从地球物理场测量扩展到海洋环境测量,利用测高数据不仅可以反演大地水准面和海洋短波重力场,还可以监测洋流变化。
(2)中长波重力场测量卫星
中长波重力场测量卫星本世纪迎来了发展的热潮,先后发射了CHAMP、GRACE和GOCE等型号,具体情况见表5[18]。其发展趋势是分辨率、测量精度越来越高、轨道越来越低。
表5 全球中长波重力场测量卫星Tab.5 Global medium and long wave gravity field metric satellites测量精度/mgal 应用领域2 中长波重力场2 中长波重力场和气候1 中短波重力场1 中长波重力场、重力场动态变化
1.4 磁力测量卫星
自1958年前苏联发射世界首颗磁力探测卫星开始,包括美国、俄罗斯(前苏联)、法国、德国、澳大利亚、日本、阿根廷、丹麦等国累计发射了24颗各种类型的磁力卫星,具体情况见表6。
表6 世界各国代表性磁力卫星的情况Tab.6 Representative magnetic satellites in the world国家 卫星型号 发射年份 数量 轨道高度/m 磁测载荷 测量精度(标量/矢量)前苏联 SPUTNIK 1958 1 250 磁通门磁力仪 约100nT COSMOS 1964 1 261~288 质子磁力仪 约22nT POGO 2、4、6 1960s 1 910~1510 铷光泵磁力仪 6nT美 国MAGSAT 1979 1 200~550 铯光泵磁力仪 1.5nT磁通门磁力仪 3.0nT丹 麦 Oersted 1999 1 638~849 Overhauser 0.5nT磁通门磁力仪 1.0nT德 国 CHAMP 2000 1 455~300 Overhauser 0.5nT磁通门磁力仪 1.0nT美 国 SAC-C 2000 1 702 氦光泵磁力仪 1.0nT阿根廷磁通门磁力仪 2.0nT美 国 空间技术-5 2006 3 300/4500 磁通门磁力仪 -欧 洲 Swarm 2013 3 450/550 Overhauser 0.15nT磁通门磁力仪 0.5nT
磁力卫星的发展趋势可以归结为两点,一是探测能力不断提高,从Swarm卫星的发展看,矢量和标量的测量精度均较上一代卫星提高了一大步,同时卫星的动态监测能力不断提高;二是磁力卫星星座具有明显的优势,从空间技术-5和Swarm的发展看,磁力星座组网不仅有利于提高时间分辨率,还有利于确定磁力变化的原因,分离不同的磁力变化量。
2 发展趋势的预测
2.1 框架测绘基本完成,城市测绘成为关注重点
自工业革命以来,全球城市化率逐年提高,2015年全球已有52%的人口生活在城市,预计2030年比例可能提高到60%,尽管城市面积仅占全球陆地面积的0.6%,但绝大部分与人类有关的变化都发生在城市。从发展看,美国、俄罗斯、欧洲、印度、日本、中国已经掌握全球框架测绘技术,城市地区会成为后续卫星测绘关注的重点。
2.2 提升精度难度增大,星座组网实现精细化、高动态测绘成为发展方向
定位精度高一直是测绘卫星区别于其他遥感卫星的重要特征,不断提升精度也是测绘卫星一贯追求的目标。表7~9以可见光测绘为例,仿真分析了平面精度、高程精度随分辨率、测速精度、姿态确定精度变化的情况[19-21]。
文章来源:《光学与光电技术》 网址: http://www.gxygdjs.cn/qikandaodu/2021/0708/617.html
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