Китайская система дистанционного зондирования с высоким разрешением: гражданские спутники Gaofen-1~7

В рамках китайской программы наблюдения Земли с высоким разрешением (CHEOS) с 2010 года было успешно запущено 7 гражданских спутников. Эти спутники названы Gaofen (что означает высокое разрешение на китайском языке, далее обозначается как GF). Чтобы объединить преимущества высокого временного и сравнительно высокого пространственного разрешения, на каждом спутнике размещаются различные датчики. GF-1 и GF-6 оснащены камерами высокого разрешения (панхроматическая с разрешением 2 м и мультиспектральная с разрешением 8 м), обеспечивающими высокое пространственное изображение для мониторинга землепользования; GF-3 оснащен мультиполяризационным радаром с синтезированной апертурой C-диапазона с пространственным разрешением до 1 метра, в основном осуществляющим наблюдение за морскими целями; GF-5 имеет 6 датчиков, включая гиперспектральную камеру и камеру направленной поляризации, предназначенные для дистанционного зондирования окружающей среды и исследований климата, таких как мониторинг аэрозолей, облаков и парниковых газов; а полезная нагрузка системы лазерного альтиметра GF-7 позволяет проводить трехмерную съемку и картирование природных ресурсов и топографическую съемку, облегчая накопление базовой географической информации. В этом исследовании представлен обзор гражданских спутников серии GF, особенно их задач, датчиков и приложений.

1. Введение

Китайская система наблюдения Земли с высоким разрешением (CHEOS) была впервые предложена в 2006 г., а в мае 2010 г. она была официально введена в эксплуатацию в качестве одного из крупных национальных научно-технических проектов Китая. Китайское национальное космическое управление (CNSA) и система наблюдения Земли и Центр обработки данных CNSA (EOSDC-CNSA) отвечают за построение и организацию CHEOS соответственно. CHEOS образует интегрированную систему, включающую три основные части (т. е. космические, наземные и прикладные системы). CHEOS с характеристиками высокого пространственного, временного и спектрального разрешения нацелен на новое установление круглогодичного, вседневного наблюдения за погодой для удовлетворения потребностей социального развития.

Серия Gaofen (что означает высокое разрешение на китайском языке, далее именуемая GF) является космической частью всего проекта CHEOS. Спутники GF обладают возможностями для многократных наблюдений с высоким пространственным, спектральным и временным разрешением и высокой точностью, включая лазерные высотомеры и пассивные датчики, измеряющие видимый свет, инфракрасный и микроволновый спектр в нескольких диапазонах или с гиперспектральным разрешением. В настоящее время в рамках проекта CHEOS успешно запущены три мультиспектральных спутника с высоким пространственным разрешением (GF-1, GF-2 и GF-6), один радиолокационный спутник высокого разрешения (GF-3), один оптический геостационарный спутник (GF -4), один высокоспектральный и атмосферный спутник наблюдения (GF-5) и один спутник трехмерного картографирования (GF-7). Все вышеперечисленные спутники были запущены и введены в эксплуатацию до 2020 года. Информационная продукция спутников серии GF успешно и эффективно поддерживает приложения в области планирования землепользования, экологического мониторинга, экологии, атмосферы, воды и т. д. CHEOS продвигает трансформацию и модернизацию спутниковых систем от «сосредоточения внимания на исследованиях и испытаниях» до «баланса между испытанием и эксплуатацией», разрабатывает спутниковые продукты и системы приложений в соответствии с требованиями китайских пользователей и постепенно предоставляет глобальные услуги.

В этом обзоре представлены китайская система наблюдения Земли с высоким разрешением и спутники Gaofen с акцентом на их орбиты и конфигурации датчиков, информационные продукты и соответствующие приложения. В разделе 2 представлены спутниковые платформы миссии, датчики и способы их использования. Раздел 3 описывает типичные информационные продукты и их применение в охране окружающей среды, мониторинге местности и сельского хозяйства. В разделе 4 обсуждается текущее использование спутников серии GF и планы по ее расширению или улучшению в будущем.

2. Полезная нагрузка спутников GF

Научная полезная нагрузка на борту гражданских спутников GF-1 ~ 7 охватывает различные технологии ДЗЗ, от радаров и панхроматических камер до поляризационных и гиперспектральных формирователей изображений. Орбитальное положение части спутников как солнечно-синхронное, части - геосинхронное. В этом разделе будут подробно описаны датчики и их конкретные диапазоны и конфигурации. Из-за сходства между GF-1/2 и GF-6 эти три спутника сгруппированы вместе.

2.1. Датчики спутников GF-1~GF-7 и цели их наблюдения.

Таблица 1: Характеристики спутников Gaofen

Все спутники являются солнечно-синхронными, кроме GF-4 (геосинхронный спутник).

26 апреля 2013 г. был запущен спутник GF-1, на котором были установлены две панхроматические камеры и четыре мультиспектральные широкополосные камеры с разрешением 16 метров. Спутниковые продукты GF-1 включают две категории: PMS и WFV. Данные PMS включают продукты изображений уровня 1 и уровня 2. Тип растра WFV поддерживает стандартные продукты уровня 1A и уровня 1C, распространяемые Центром приложений (Resource Satellite Application Center), и имеет множество встроенных шаблонов обработки для упрощения использования данных и управления ими. Пользователи могут авторизоваться на ресурсной платформе распространения спутниковых данных в центре запроса и заказа (http://36.112.130.153:7777/DSSPlatform/index.html).

Спутник GF-1 в основном используется в сфере общественной безопасности, защиты от стихийных бедствий, мониторинга дрейфа льдов, исследования городских земель и других областях. Широкий спектр данных наблюдений GF-1 в основном служит потребностям отраслей управления земельными ресурсами и сельскохозяйственной метеорологии. Мультиспектральный датчик, загруженный в GF-1, состоит из двух типов камер, а именно камеры высокого разрешения (PMS) и широкоугольной камеры (WFV).

19 августа 2014 г. был запущен спутник GF-2 с двумя камерами с разрешением 1 метр (панхроматическая камера) и 4 метра (мультиспектральная камера). Пространственное разрешение в надир достигало 0,8 метра. Спутниковые данные GF-2 обеспечивают продукты относительных радиометрических поправок уровня 1 и продукты данных PMS (панхроматические 0,8 м и мультиспектральные 3,2 м). Разрешение сенсора спутника GF-2 выше, чем у спутника GF-1, разрешение которого достигает панхроматического 1 м/мультиспектрального 4 м, а камера реализует функцию амплитудного картирования. Спутник GF-2 предоставляет сервисы для высокоточной съемки для целей землепользования.

10 августа 2016 года был запущен спутник GF-3, на котором был установлен радар с синтезированной апертурой C-диапазона с множественной поляризацией, который может работать в любых погодных условиях независимо от дня и ночи и может проникать сквозь облака, поверхностную растительность, рыхлый песок, лед и снег.

Спутник GF-5, первая спутниковая миссия в Китае, предназначенная специально для мониторинга качества воздуха, была запущена 9 мая 2018 года. Шесть датчиков на борту GF-5 включают камеру направленной поляризации (DPC) для аэрозолей и облаков (рис. 1). Система продуктов спутниковых данных GF-5 содержит прикладные продукты от 4 до 6 уровней. Инструмент мониторинга газовых примесей в окружающей среде (EMI) предназначен для мониторинга газовых примесей в атмосфере для понимания процессов в глобальной атмосфере.

Основной целью полезной нагрузки прибора мониторинга парниковых газов (GMI) является изучение источника и стока тропосферных парниковых газов (например, CO2 и CH4) [7] с помощью интерферометра пространственной гетеродинной спектроскопии (SHS) для получения интерференционных данных. Атмосферный инфракрасный ультраспектральный зонд (AIUS), представляет собой инфракрасный спектрометр с преобразованием Фурье для измерения O3 и других веществ в стратосфере и верхней тропосфере над Антарктикой, видимый/коротковолновый инфракрасный гиперспектральный спектрометр и спектральный формирователь изображений. Помимо использования параметров атмосферы, спутник GF-5 также может использоваться для мониторинга других факторов окружающей среды.

Спутник GF-6 был запущен 2 июня 2018 г. Он оснащен панхроматическим формирователем изображения с разрешением 2 м, мультиспектральной камерой высокого разрешения с разрешением 8 м и мультиспектральной широкополосной камерой среднего разрешения с разрешением 16 м. похож на GF-1. Он получает широкий спектр данных наблюдения Земли через связь со спутником GF-1. Система продуктов спутниковых данных GF-6 включает стандартные продукты данных уровня 1 и 2, базовые продукты уровня 3, общие продукты уровня 4 и 5 и тематические продукты уровня 6 (сельское хозяйство, лесное хозяйство и уменьшение опасности стихийных бедствий). Спутник GF-7, запущенный 3 ноября 2019 г., несет первую космическую систему лазерного альтиметра, разработанную в Китае. Двухлинейная стереоскопическая камера, установленная на GF-7, может эффективно получать панхроматические стереоскопические изображения шириной 20 км и разрешением лучше 0,8 м, а также мультиспектральные изображения с разрешением 3,2 м. С помощью комбинированного режима картографирования стереоскопической камеры и лазерного альтиметра можно получить стереоскопическое картографирование в масштабе 1:10 000. В настоящее время доступные данные о спутниках серии GF в основном включают от GF-1 до GF-7. Спутниковые данные высокого разрешения можно найти на сайтах. Спутник GF-1~GF-7 имеет 39 общих продуктов, включая два геометрических продукта, а именно: ортофотопродукт DOM и продукт местности DSM. Существует 6 основных продуктов излучения, включая коэффициент отражения поверхности, коэффициент излучения без воды, коэффициент обратного радиолокационного рассеяния, облачную маску, оптическую толщину атмосферного аэрозоля и содержание водяного пара в атмосфере. Два типа продукции земельного покрова — это тип земельного покрова и тип землепользования, соответственно. Девять видов продуктов энергетического баланса включают альбедо поверхности, коэффициент излучения поверхности, температуру поверхности земли, температуру поверхности моря, температуру почвы, фотосинтетическое активное излучение, нисходящее коротковолновое излучение, длинноволновое излучение и чистые продукты излучения. Существует 10 видов сервисов по определению параметров растительности, включая вегетационный индекс, индекс площади листьев, покрытие растительностью, коэффициент поглощения фотосинтетически активного излучения, чистую первичную продуктивность, фенологию растительности, содержание хлорофилла в пологе, флуоресценцию хлорофилла, лесную биомассу и высоту деревьев.


Существует еще 10 видов сервисов по определению параметров, связанных с влагой, включая влажность почвы, эвапотранспирацию, индекс засухи, индекс поверхностных вод, ледниковый покров, снежный покров, индекс снежного покрова, концентрация взвеси в воде, концентрация хлорофилла в воде и прозрачность воды. Доступ к конкретной информации можно получить на всеобъемлющей платформе обмена информацией об услугах (http://gaofenplatform.com/channels/61.html).

2.2. Внедрение датчиков на GF-1/2/6. Спутник GF-1 получает многоспектральные изображения и изображения земли с высоким пространственно-временным разрешением за счет взаимодействия с двумя панхроматическими, мультиспектральными камерами и четырьмя мультиспектральными камерами с разрешением 2 м, 8 м и 16 м соответственно. Это также улучшает ширину полосы обзора спутниковых изображений. Информация об изображении от этих датчиков может напрямую предоставлять пользователям совместные изображения высокой четкости с помощью технологии слияния изображений и технологии стабильного управления ориентацией спутниковых платформ. Срок службы GF-1 составляет от 5 до 8 лет. Спутник GF-2 дополнительно улучшает свое пространственное разрешение на основе GF-1 и несет две камеры высокого разрешения (панхроматическая камера с разрешением 1 м и мультиспектральная камера с разрешением 4 м) (таблица 2). GF-2 имеет возможность получать спутниковые наблюдения субметрового пространственного разрешения. Спутник GF-6 является первым в Китае инженерным спутником дистанционного зондирования, который эффективно сочетает в себе возможность получения изображений с высоким разрешением и широким охватом. Благодаря камере с высоким разрешением (панхроматическая 2 м, мультиспектральная 8 м) и камере с широким спектром (мультиспектральная 16 м) добавление GF-6 еще больше обогащает применение такого рода данных в точном земледелии. Спутники GF-6 и спутники GF-1 в основном имеют одинаковую настройку разрешения, поскольку к спектру добавляются новые фиолетовая полоса, желтая полоса, красная полоса 1 и красная полоса 2 (таблица 3). Ширина полосы обзора изображения со спутника GF-6 больше, чем у спутника GF-1, и достигает 1000 км.

2.3. Радар с синтезированной апертурой (SAR) GF-3. Спутник GF-3 является первым в Китае спутником для получения изображений многополяризационным радаром с синтезированной апертурой (C-SAR) в C-диапазоне и разрешением в один метр. Это важная основа для серии проектов с высоким разрешением для достижения цели пространственно-временной координации и всепогодного наблюдения Земли. Спутник имеет до 12 режимов визуализации, что делает его одним из спутников SAR с наибольшим количеством режимов визуализации в мире (таблица 4). На рис. 2 показаны различные режимы работы C-SAR на борту GF-3. В сочетании с преимуществами высокого пространственного разрешения спутниковая съемка позволяет проводить не только крупномасштабную съемку, но и детальное обследование конкретных территорий, что может удовлетворить потребности разных пользователей в различных объектах съемки.

Разрешение и ширина изображения имеют хороший баланс 1-500 м и 10-650 км соответственно. Эквивалентный шуму коэффициент обратного рассеяния лучше -19 дБ при разрешении изображения 1–10 м и лучше -21 дБ при разрешении 25–500 м. Спутник рассчитан на срок службы на орбите 8 лет, а его абсолютная радиометрическая точность достигает 1,5 дБ (одна сцена) и 2 дБ (долговременная). Управление ориентацией спутника может осуществлять непрерывное двухмерное движение ориентации благодаря высокой точности и стабильности.

2.4. Датчики на GF-4. Геостационарный спутник GF-4 вращается вокруг Земли на высоте около 36 000 км и может вести непрерывные наблюдения с фиксированной точкой со стационарным положением 105,6° в.д. Временное разрешение достигает 20 с. Пространственное разрешение составляет 50 м для видимого и ближнего инфракрасного диапазонов и 400 м для средневолнового инфракрасного диапазона. GF-4 может обеспечивать четыре режима наблюдения, в том числе режимы записи, наблюдения, наблюдения за территорией и автоматического обзора. GF-4 оснащен оптической камерой и тремя звездными датчиками. В оптической камере установлены датчик ближнего инфракрасного диапазона и датчик промежуточного инфракрасного диапазона. В них используется один и тот же набор оптических линз и фильтр разделения цветов для различения сигналов в разных диапазонах (табл. 5).

2.5. Датчики на GF-5.

GF-5 рассчитан на солнечно-синхронную орбиту (наклонение орбиты 98,218°). Он обращается вокруг Земли каждые 98,805 минут, таким образом совершая 14,57 проходов в день, с восходящим узлом в 13:30. GF-5 — первый китайский спутник высокого разрешения для наблюдения за загрязнением атмосферы. Его 6 датчиков включают спутник гиперспектральной визуализации, разработанный Китаем. Мы представили шесть датчиков по порядку следующим образом.

(1) AHSI: AHSI — это гиперспектральный датчик VIS и SWIR, который также является первым космическим гиперспектральным спектрометром Китая со спектрофотометрией на выпуклой решетке и улучшенной конфигурацией с тремя концентрическими зеркалами (Оффнера). Спектр AHSI находится в диапазоне от 400 до 2500 нм со спектральным разрешением 5-10 нм и числом полос 330 (табл. 6).

(2) VIMS: с высоким пространственным разрешением VIMS может использоваться для мониторинга окружающей среды, городского тепла

остров, водное хозяйство, геологоразведка и стихийные бедствия. Ширина полосы обзора составляет 60 км, а спектр из 12 полос охватывает диапазон от 0,45 до 12,5 мкм. Пространственное разрешение составляет 20 м для изображений в видимом, ближнем инфракрасном и коротковолновом диапазонах и 40 м для изображений в среднем инфракрасном (MIR) и тепловом инфракрасном (TIR) диапазонах. Четыре полосы ПВО VIMS сосредоточены на 8,20 (8,01–8,39 мкм), 8,63 (8,42–8,83 мкм), 10,80 (10,30–11,30 мкм) и 11,95 мкм (11,40–12,50 мкм) соответственно (таблица 7).

(3) EMI: EMI можно использовать для мониторинга столбов загрязняющих газов путем измерения уникальных и узких структур поглощения различных газовых примесей в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях спектра. Пространственное разрешение в надир достигает 12 × 13 км2 (рис. 3, табл. 8). Спектр обнаружения EMI охватывает 2 УФ-диапазона и 2 VIS-диапазона.

(4) GMI: два режима наблюдения, надир и солнечный блик, участвуют в GMI (рис. 4). Он регистрирует солнечный свет, включая один диапазон NIR (полоса кислорода, 0,76 мкм) и три диапазона SWIR (1,58, 1,65 и 2,0 мкм) (таблица 9). Полосы 1,58 и 1,65 мкм представляют собой слабые полосы поглощения СО2 и СН4, которые очень чувствительны к приповерхностным концентрациям СО2 и СН4. Как полоса сильного поглощения CO2, полоса 2,0 мкм содержит дополнительную информацию о CO2. Кислородный диапазон NIR может предоставить информацию о приземном давлении, а также параметры облаков и аэрозолей для извлечения CO2 и CH4.

AIUS: прибор AIUS представляет собой космический интерферометр Майкельсона для измерения спектров пропускания в средних и верхних слоях атмосферы (рис. 5). AIUS измеряет эмиссионные спектры атмосферного лимба от 750 см-1 до 4100 см-1 со спектральным разрешением 0,03 см-1 (таблица 10). Он состоит из полос КРТ (теллурид ртути-кадмия, 750–1850 см–1) и InSb (1850–4160 см–1). Прибор работает на высоте от 8 до 100 км над уровнем моря с полем зрения (FOV) 1,25 мрад.

(6) DPC может измерять до 11 углов обзора на пиксель, в то время как количество действительных наблюдений опирается на относительное соотношение между зенитным углом Солнца и зенитным углом спутника. Всего существует 8 длин волн, и 3 из них (490, 670 и 865 нм) обеспечивают как полное, так и поляризованное излучение. Канал 763 и 765 нм позволяет получать информацию о давлении в верхней части облаков, а канал 910 нм позволяет получать информацию о водяном паре. ЦОД оснащен прибором с зарядовой связью (ПЗС) с эффективными пикселями (512 × 512) из полезных пикселей (544 × 512), реализующим пространственное разрешение 3,3 км при ширине полосы обзора 1850 км. Двухдневный период повторного посещения позволяет эффективно отслеживать тенденцию загрязнения атмосферы. Технические характеристики DPC перечислены в таблице 11.

2.6. Принцип работы и параметры GF-7. Спутник GF-7 представляет собой систему лазерного альтиметра с углом между каждым лучом и надиром 0,7° на солнечно-синхронной орбите на высоте 505 км (рис. 6). Диаметр пятна, освещаемого лазерным импульсом, составляет 17,5 м. Расстояния между двумя последовательными точками составляют примерно 12,25 и 2,4 км в поперечном направлении и вдоль пути соответственно. Обратный импульс может быть преобразован в аналоговый сигнал на основе режима линейного детектирования лавинного фотодиода [15]. Лазерная камера наблюдения за оптической осью (LOASC) анализирует стабильность наведения лазера, захватывая два лазерных луча без особенностей поверхности (таблицы 12 и 13).

3. Применение данных

Ряд продуктов и сервисов предлагаются CHEOS, они могут быть представлены следующим образом.

3.1. Мониторинг лесных пожаров по снимкам GF-1/2/4/6. Датчики на борту спутников GF-1, GF-2 и GF-6 могут обеспечивать изображения с высоким пространственным разрешением и низким временным разрешением.

Хотя спутник GF-4 может получать изображения с минутной частотой, его индивидуальная сцена покрывает только область размером 400 × 400 км2. Здесь мониторинг лесных пожаров был взят в качестве примера, чтобы показать необходимость синергии спутников Gaofen с несколькими источниками.

Около 16:00 30 мая 2020 г. (по местному времени) в поселке Цзинцзю провинции Сичан произошел сильный лесной пожар (102°12′7′′ в.д., 27°52′24′′ северной широты), в результате которого погибли 18 пожарных и один человек - местный гид, ожоги получили еще трое пожарных. Во время тушения лесного пожара «3·30» Сичан 1 апреля 2020 г. в 11:57 GF-1/PMS зафиксировал след от возгорания и большой шлейф дыма, вызванный сильным ветром (рис. 7(а)). Между тем, спутник GF-4 был настроен для отслеживания в реальном времени распространения лесного пожара Сичан. Изображение GF-4/PMI в искусственных цветах (рис. 7(b)), состоящее из полос GF-4/PMI MWIR, NIR и R, характеризовалось активными пожарами, показанными ярко-красным цветом, выгоревшей областью, показанной более темным красным цветом, и область, покрытая растительностью, показана зеленым цветом. 2 апреля 2020 г. этот лесной пожар был потушен за четыре дня. Изображение GF-2/MSS от 18 января 2020 г. (до пожара) и изображение GF-6/WFI от 10 мая 2020 г. (после пожара) были получены для доступа к выжженному участку от лесного пожара Сичан. А площадь окончательного выгорания составила около 2700 га.

Кроме того, спутниковые данные GF-2 позволят создать интегрированную систему с высоким разрешением для планирования дорожной сети, мониторинга дорожной сети и предоставления транспортных услуг в Синьцзяне, бассейне реки Янцзы, Пекине и других районах.

3.2. Принцип работы и особенности GF-3. Спутник может наблюдать Землю в 12 рабочих режимах (таблица 4) от одинарной поляризации до двойной поляризации и полной поляризации с разрешением от 1 до 500 метров и шириной полосы от 5 до 650 км для удовлетворения различных требований. GF-3 повторно посещает одну и ту же точку на Земле в среднем за 3,5 дня. Эта особенность делает GF-3 подходящим для мониторинга ресурсов. По мере объединения субапертурных изображений разрешение увеличивается до тех пор, пока не будет получено полное разрешение. Это создает конвейер потоков субапертурных данных, через которые данные записываются и накапливаются для постепенного получения окончательного результата визуализации. С помощью высокоточной радиолокационной карты GF-3 местных районов в Китае мы могли видеть карту распределения сельских деревень в районе Чжоукоу провинции Хэнань, озера Поянху в провинции Цзянси, Чунцинской складки в Чунцине и судов водного транспорта Тунлин провинции Аньхой. Провинция (рис. 8).

3.3. Продукты и приложения на базе данных GF-5. DPC предоставляет свойства облаков и аэрозолей, связанные с мониторингом атмосферных условий и сбором наборов климатических данных, что необходимо для оценки поверхностной радиации. Бортовой спутник POLDER PARASOL продемонстрировал эффективность поляризованных измерений и их уникальные преимущества в получении свойств облаков (например, распределение облачных капель по размерам). Точность поиска облаков была также продемонстрирована датчиками APS, разработанными НАСА. Ожидается, что точность продуктов обнаружения облачности, фазы облачности и давления в верхней части облачности должна быть выше 85 % (рис. 9).

Ожидается, что ряд продуктов будет получен со спутника GF-5. Для электромагнитных помех количество общего или тропосферного NO2, O3, SO2, BrO и HCHO в вертикальном столбце будет получено с точностью лучше 20 %. На рисунке 10 показаны глобальные средние значения концентрации NO2 в столбце EMI и TROPOMI в январе 2019 г. с коэффициентом корреляции до 0,93, где низкие значения находятся в тропиках, а ситуация с высоким уровнем загрязнения NO2 наблюдается в Северном Китае [5].

Основная задача GMI — обеспечить глобальный охват усредненной по столбцу доли продуктов CO2 и CH4 в сухом воздухе. AIUS предназначен для обнаружения профилей O3, H2O, CO, HNO3, NO, NO2, N2O, HCl и HF в средних и верхних слоях атмосферы. Полученные профили O3, HCl и N2O из AIUS показаны на рисунке 11. При сравнении с соответствующими продуктами уровня 2 Aura MLS и ACE-FTS относительное отклонение полученных AIUS профилей O3, HCl и N2O составляет менее 50% , 20% и 20% ниже высоты 30 км соответственно.

3.4. Применение данных GF-7 в 3D-мониторинге ландшафта.

GF-7 предназначен для получения высококачественных ортоизображений и стереоизображений. Стереокамера с высоким разрешением и двухлучевой лазерный высотомер поддерживают функции полной выборки и записи сигналов. Двухлинейная панхроматическая камера с пространственным разрешением 0,65 м состоит из камер переднего и заднего обзора, которые могут создавать пары стереоизображений на одной орбите. Он может достигать точности стереокартографирования в масштабе 1:10000 за счет объединения данных с лазерным высотомером. Эмиссия и эхосигналы лазерного высотомера GF-7 дискретизируются с интервалом 0,5 нс, и в каждой лазерной точке записывается 400 и 800 значений дискретизации.

Рисунок 12 представляет трехмерные здания в районе Фаншань в Пекине со стереоданными GF-7. Цифровая модель поверхности, созданная с помощью трехмерного спутника дистанционного зондирования, и трехмерная информация об отдельном здании точно отражают топографические особенности и трехмерный ландшафт города. В будущем технология спутникового дистанционного зондирования будет использоваться для регулярного крупномасштабного обновления городских 3D-сцен и 3D-данных о зданиях.

4. Вывод

Запуск программы CHEOS знаменует вступление китайского дистанционного зондирования Земли в «эру высокого разрешения». На сегодняшний день существует три многоспектральных спутника высокого пространственного разрешения, а именно GF-1, GF-2 и GF-6, один радиолокационный спутник высокого разрешения (GF-3), один оптический геостационарный спутник (GF-4), один гиперспектральный

спутник наблюдения за атмосферой (GF-5) и один спутник для трехмерного картографирования (GF-7).

GF-1 имеет преимущества при крупномасштабных наземных наблюдениях, включая мониторинг окружающей среды. Спутниковая система GF-2 является китайским оптическим спутником наблюдения Земли с самым высоким разрешением, и ее пространственное разрешение впервые составляет 1 метр. GF-1 может использоваться для широкого спектра задач; GF-2 можно использовать для детальной съемки точечных объектов. Два спутника имеют свои характеристики и могут использоваться вместе. Спутник GF-6 несет 2-метровую панхроматическую камеру с 8-метровой мультиспектральной камерой высокого разрешения и 16-метровую мультиспектральную широкополосную камеру среднего разрешения, аналогичную GF-1. Он может получать крупномасштабные данные наблюдения Земли через сеть со спутником GF-1. Кроме того, планируется, что последующие спутники, такие как GF-1 02-04 и GF-5 02 увеличат интенсивность наблюдения.

GF-4 находится на орбите более четырех лет, предоставив около 600 000 данных изображений для различных областей и внося большой вклад в строительство и развитие различных отраслей промышленности. Он предоставляет новые технологии для раннего предупреждения и предсказания стихийных бедствий, обнаружения засухи на больших территориях, обнаружения региональных наводнений, обнаружения и раннего предупреждения о тайфунах, а также сбора тектонической информации для сейсмоопасных регионов. Спутник GF-5 является спутником с самым высоким спектральным разрешением в Китае, который может эффективно обнаруживать атмосферную среду и глобальное изменение климата. Следовательно, спутник может точно определять распределение, изменение и процесс переноса основных атмосферных загрязнителей, таких как дымка, озон, двуокись азота и двуокись серы. Например, во время Международной импортной выставки в Китае, которая состоялась в ноябре 2018 года в Шанхае, прибор для мониторинга следовых газов в окружающей среде на спутнике GF-5 использовался для обнаружения загрязняющих газов в районе дельты реки Янцзы, что обеспечило техническую поддержка обеспечения качества воздуха на ЭКСПО.





Сокращения:

CHEOS: Китайская система наблюдения Земли с высоким разрешением

CNSA: Китайское национальное космическое управление EOSDC-CNSA: Система наблюдения Земли и центр данных

CNSA

TROPOMI: Инструмент мониторинга ТРОПОСФЕРЫ

ГФ: Гаофэнь = высокое разрешение

OMI: прибор для мониторинга озона

C-SAR: Синтетическая апертура мультиполяризации C-диапазона

тур радар

AHSI: усовершенствованный гиперспектральный сканер

VIMS: визуальный и инфракрасный мультиспектральный датчик AIUS: атмосферный инфракрасный ультраспектральный датчик EMI: прибор для мониторинга окружающей среды GMI: прибор для мониторинга парниковых газов DPC: направленная поляриметрическая камера

SHS: Пространственная гетеродинная спектроскопия MWIR: Средневолновой инфракрасный диапазон

VNIR: видимый/ближний инфракрасный диапазон

NIR: ближний инфракрасный диапазон

SWIR: коротковолновый инфракрасный

МДП: тепловизионный инфракрасный

UF: Ультрафиолет

VIS: видимый спектр

ПЗС: устройство с зарядовой связью

APD: лавинный фотодиод

LFC: Лазерная камера следа

LOASC: Лазерная камера наблюдения с оптической осью