Skybox公司高分辨率小微衛(wèi)星星座開啟商業(yè)遙感2.0時代

· 文|北京空間科技信息研究所 劉韜

一家美國創(chuàng)業(yè)公司正在通過低成本高分辨率小微衛(wèi)星星座改變天基商業(yè)遙感的應(yīng)用模式。

人類自開始探索空間以來，目前國外僅50余顆衛(wèi)星能夠拍攝高分辨率照片，即便是航天實力最強的美國僅有12顆高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星在軌正常運行。除軍用光學(xué)偵察衛(wèi)星外，進入天基商業(yè)成像市場的僅?！耙量酥Z斯”-2（Ikonos-2）、“快鳥”-2（QuickBird-2）、“地球眼”-1（Geoeye-1）和“世界觀測”（WorldView-1/2）共5顆衛(wèi)星。更糟糕的是，該市場約80%被美國政府控制，他們比其他購買者擁有優(yōu)先權(quán)。當政府機構(gòu)需要衛(wèi)星時，提出要求即可。由于衛(wèi)星數(shù)量不足和政府對衛(wèi)星經(jīng)營權(quán)的控制，訂購地球某地方的圖像可能要花上數(shù)天、數(shù)周、甚至數(shù)月。

來自硅谷的名為天空盒子成像公司（Skybox imaging，以下簡稱Skybox）的創(chuàng)業(yè)公司正在發(fā)展由24顆小微衛(wèi)星組成的天空衛(wèi)星（Skysat）星座。該星座將使衛(wèi)星應(yīng)用從靜態(tài)圖像的應(yīng)用向基于時序圖像的應(yīng)用轉(zhuǎn)變。其時序圖像、視頻產(chǎn)品和大數(shù)據(jù)應(yīng)用等創(chuàng)新點與低成本結(jié)合讓航天技術(shù)工程師和風(fēng)投者心跳。Skybox公司是一家提供高時效性高分辨率圖像、高保真影像和影像分析的企業(yè)。通過將互聯(lián)網(wǎng)與高分辨率衛(wèi)星星座結(jié)合在一起，Skybox創(chuàng)造了一個獨特的數(shù)據(jù)來源，它是由時間分辨率較高的亞米級彩色影像和地球高清視頻組成的，可反映目標每日的變化情況。

★ 天空衛(wèi)星（Skysat）星座

Skysat是小型、廉價和高效的小微衛(wèi)星。其質(zhì)量約90～120kg，單星成本為5千萬美元，而一顆傳統(tǒng)的甚高分辨率衛(wèi)星，如WorldView-2的成本約4億美元。24星Skysat星座具備對目標每天8次的重訪能力，即便是具備高敏捷性的傳統(tǒng)高分辨率衛(wèi)星星座，如法國昴宿星（Pleiades）雙星星座也望塵莫及。

★ Skysat-1與WorldView-2的體積對比

Skybox公司的天空一號（Skysat-1）衛(wèi)星于2013年11月21日利用俄羅斯“第聶伯”（Dnepr）運載火箭從亞斯內(nèi)發(fā)射場成功發(fā)射，Skybox公司于12月11日對外公布了Skysat-1獲取的首幅圖像。2014年2月10日，美國勞拉空間系統(tǒng)(SSL)公司與Skybox公司簽訂合同，SSL公司將為Skybox公司建造13顆小衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星的尺寸約為60cm×60cm×95cm，質(zhì)量約120kg，計劃于2015年和2016年發(fā)射。這些衛(wèi)星的設(shè)計由Skybox公司完成。Skysat-1衛(wèi)星在黑白成像模式的星下點空間分辨率為0.9m，彩色模式下分辨率為2m。而SSL將要制造的衛(wèi)星，其彩色模式下的分辨率將提高到1m，并可錄制每秒30幀、時間長度90秒的高清視頻，幅寬為8km。這13顆衛(wèi)星一經(jīng)發(fā)射，Skybox公司將具備每天3次對地球任一地點的重訪能力。伴隨著2013年11月SkySat-1衛(wèi)星的成功發(fā)射，Skybox公司證明了Skysat衛(wèi)星性能好、衛(wèi)星設(shè)計合理并且經(jīng)濟實惠。通過與SSL合作，該公司以大規(guī)模生產(chǎn)方式進一步節(jié)約了成本，同時使公司可以專注于下一代系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)，以更好地服務(wù)于客戶。

★ Skysat-1衛(wèi)星于2014年1月15日拍攝的中國深圳市大梅沙海灘

在衛(wèi)星技術(shù)上，Skybox公司也進行了很多創(chuàng)新。Skysat-1是首個使用CMOS面陣傳感器的1m級分辨率對地觀測衛(wèi)星。Skysat-1的有效載荷是里奇-克萊琴（R-C）反射式望遠鏡，反射鏡由碳化硅材料制造，采用了低噪音、高幀速率的550萬像素2維CMOS圖像傳感器。與線陣推掃成像方式不同，Skysat采用框架式推掃結(jié)構(gòu)，獲取多幅具有重疊部分的2維圖像，星上進行圖像校正，采用實時JPEG 2000圖像壓縮算法，然后利用合成時間延遲積分（TDI）技術(shù)在地面對圖像進行處理，采用這種方法可以提高圖像信噪比和分辨率，同時降低星上處理的技術(shù)困難。

★ 圖像疊加成像示意圖

Skybox公司不但采用了新的成像技術(shù)，在衛(wèi)星應(yīng)用上也做出了巨大創(chuàng)新?；诨ヂ?lián)網(wǎng)平臺的大數(shù)據(jù)應(yīng)用是這一項目的核心，定期分析和數(shù)據(jù)流是Skysat星座應(yīng)用的特點。Skybox公司提供基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平臺，允許用戶建立自己的算法，發(fā)現(xiàn)適于自己的應(yīng)用。例如，用戶可以基于衛(wèi)星圖像將關(guān)注點放在礦山、工廠、港口和零售店等感興趣的內(nèi)容上，具體地說，用戶可以通過礦區(qū)周圍的井坑和礦渣規(guī)模圖估算礦區(qū)的生產(chǎn)力；保險公司可利用衛(wèi)星查看受損的房屋來核實索賠并標記潛在詐騙；零售商可以追蹤停車場的車輛數(shù)量以預(yù)測商品零售量；用戶可以發(fā)現(xiàn)中國三個發(fā)展最快的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)道路上行駛的油罐車的數(shù)量；從某地區(qū)照明亮度的增長速度判斷經(jīng)濟增長速度等等。

★ Skysat星座的應(yīng)用設(shè)想圖

每天許多對經(jīng)濟和環(huán)境產(chǎn)生重大影響的個人、企業(yè)或國家行為都通過各種方式記錄在從太空拍攝的圖片里，某些重要信息很難從靜態(tài)圖片中獲得，但從時序圖像中可以發(fā)現(xiàn)一個企業(yè)、產(chǎn)業(yè)或國家的經(jīng)濟健康狀態(tài)。Skysat星座將獲取比靜態(tài)圖像豐富得多的有用價值,挖掘到更多商機。Skybox公司的業(yè)務(wù)將比其他任何公司都廣闊，商業(yè)遙感2.0時代即將到來。

從Skybox公司Skysat衛(wèi)星的發(fā)展可以看出，在滿足圖像商業(yè)應(yīng)用的前提下，盡可能采用小衛(wèi)星平臺、低成本的望遠鏡，利用最新的圖像處理硬件和算法，不但可使未來數(shù)年內(nèi)美國的高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星數(shù)量翻2倍，還可使獲取的圖像數(shù)量大幅度增加，以此為數(shù)據(jù)源建立大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺的基礎(chǔ)。其次，基于互聯(lián)網(wǎng)允許客戶二次開發(fā)利用，使衛(wèi)星圖像應(yīng)用從靜態(tài)應(yīng)用向動態(tài)應(yīng)用分析轉(zhuǎn)變。這種數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用模式將帶來前所未有的商機。我們在發(fā)展高分辨率衛(wèi)星時，應(yīng)該與時俱進，不但要繼續(xù)發(fā)展傳統(tǒng)的高敏捷衛(wèi)星平臺和大口徑望遠鏡，縮短與美國的技術(shù)差距，還要重視新型CMOS探測器技術(shù)、地面數(shù)據(jù)處理和開發(fā)利用技術(shù)，使衛(wèi)星應(yīng)用跟上國際商業(yè)市場的發(fā)展節(jié)奏。