主题：聊聊传输型遥感卫星 -- 温雅颂
这些天因为马航班机失联事件，使用遥感卫星图像搜索马航班机引起了很多人的关注，同时也暴露出很多人对遥感卫星知识的缺乏，因为不知道它的工作原理，也就不知道它的局限，从而过高地估计它的能力。
这几天因为迷途笨狼的一篇特意注明允许免费转载的文章--《笨狼认为——可以利用霉菌卫星轨迹判断坠海位置》，在与其讨论的过程中涉及到许多遥感卫星的知识，引起了本人的兴趣，打算另开一题，相对集中地聊聊遥感卫星的有关知识。
需要强调一下：本人的目的只是聊聊遥感卫星，绝非系统完整的科普，也没有时间和精力大量查阅资料，因此错漏在所难免，望大家谅解。另外，我现在人在海外，并没从事航天遥感工作，但依然有一些在这个领域的朋友，所以对这个领域的发展还是基本了解的。以我现在的情况，谈原理还可以，但一些具体的技术参数就不是很清楚了，所以请大家也别问我具体的技术参数。中国航天遥感的现状和涉及到的技术参数，我虽然知道一些，但除非是公开媒体上披露过的，我还是不谈为好。虽然中国卫星的有些参数米国完全有能力推算出来，但业内人士如果说出来，就等于证实了米国的推算，因此也是一种泄密。我虽不再是业内人士，也不愿意惹上麻烦，还是回避为好。
遥感卫星涉及到很多空间内容，单凭文字很难描述明白，最好有示意图辅助。但示意图有些可以网上找，有些就得自己动手画。西西河不提供图床是个大问题，希望大家帮忙推荐个好用的图床。
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我不太清楚这行业的术语，不过看你在笨狼的帖子里说的应该是这个意思。
传输型遥感卫星是相对于返回式遥感卫星而言。
https://www.ccthere.com/upload/
社区快捷里有
首先，所谓“遥感”，指的是对目标或地区实施远距离监测，采用的手段一般包括可见光照相、多光谱照相、和雷达成像。早期的遥感卫星，使用的还是胶片作为图像记录介质，通过回收卫星的手段获得遥感信息，也就是人们常说的“返回式”卫星。
使用胶片记录遥感图像，卫星的寿命一般都很短。一方面因为所携带的胶卷长度有限，一旦照满后，卫星继续留在轨道就没有意义；另一方面，人们也希望尽早收到对目标地区的遥感图像，尽早使用。
中国的遥感卫星都是军民两用，基本上所有的遥感卫星，都有一个军事代号，称为“尖兵”系列。这不是军方公开承认的信息，但网上到处都可以搜到，这里就列出了全部尖兵系列的一部分参数。
其中的一号、二号、和四号都是返回式，三号是传输型。返回式的寿命最短3天，最长27天。传输型的三号寿命则是两年。
所谓的返回式卫星，真正返回地面的并不是卫星的全部，而是其中必须要回收的那部分。对于遥感卫星来说，回收的只是胶卷和保护胶卷的容器。卫星的太阳能电池、姿控火箭、星地通讯装置等设备，都不可能在重返大气层完整地保存下来。因此，即使是返回式卫星，返回后也就寿终正寝了。
一般来说，卫星的制造费用要一亿多美元，发射费用约几千万美元。显然，使用回收卫星的方式实施遥感侦察，成本是非常昂贵的。因此，当数字成像和星地数据通讯技术成熟后，传输型遥感卫星大量取代返回式遥感卫星就是一个必然的趋势。
世界上第一颗传输型遥感卫星，最初称为“地球资源卫星”，后来改称“陆地卫星”。陆地卫星1号发射于1972年，1978年停止工作，寿命5年半。陆地卫星5号发射于1984年，2011年出现了一些问题，但现在依然在轨工作。7号发射于1999年，03年扫描器出现问题，也依然在轨工作。
某人说我不知道什么叫“寿命对比”，我无需分辨，只把这两种卫星的寿命列在这里，大家自然可以看出来，返回式寿命以天计，传输型以年计，二者差了至少两个数量级。
传输型遥感卫星要想常年在轨，轨道就要比较高，这样受到空气的阻力小，需要保持轨道高度的燃料就少。显然，使用同样的照相机，轨道高的卫星分辨率就低，轨道低的分辨率高。陆地卫星作为传输型遥感卫星的先驱，其地面分辨率有几十米，用来做资源调查够用，用来做军用侦察显然远远不能满足需要。所以，在传输型遥感卫星出现以后，返回式遥感卫星依然有很大的需要。但随着传输型遥感卫星的分辨率逐步提高，目前已经超过了以前的返回式侦察卫星，完全可以满足军用侦察的需要，返回式遥感卫星也就越来越少使用了。
那么返回式遥感卫星是否完全没有用武之地了呢？也不尽然。返回式在以下几种情况下还会使用：
一，所侦察的目标需要更高分辨率的图像，传输型不能满足要求
二，所侦察的目标需要更及时的图像，等不及传输型变轨
三，所侦察的目标地区无法使用侦察机（有人或无人）
显然，以米国现在的国力，对一般国家和地区，做一般高分辨率侦察可以用传输型遥感卫星（比如锁眼卫星），临时超高分辨率侦察可以用长航时远程无人侦察机，所以都不需要返回式侦察卫星。只有对中俄两国做紧急侦察时，无人机可能被打下来，传输型变轨来不及，才有可能需要临时发射返回式侦察卫星。
（待续）
所谓“传输型”遥感卫星，指的是遥感图像不是通过感光存储在感光胶卷上，而是通过光电耦合的技术，以数码图像的方式存储。数字图像通过星地数据传输通道由卫星地面接收站接收。
由于卫星与地面站进行数据传输只能是直线传输，因此一个地面站能接收到卫星信号的范围只能是以地面站为圆心，方圆几百上千公里的一个圆形空域。卫星飞入这个空域后开始下传数据，飞出后下传就自动停止，等到再飞入这个空域或另一个地面站接收空域时再继续下传。
以“高分一号”的高分辨率相机为例，其照片覆盖60x60公里范围。地球周长近似40000公里。如果相邻的卫星相片有10公里的重叠，卫星绕地球一圈就需要拍摄800幅相片，才能保证在轨道飞行方向上的图像彼此连续，没有空白区。同理，卫星需要围绕地球转800圈，才能保证轨道与轨道之间图像有不少于10公里的重叠。由此可以得出结论：高分一号如果想拍摄整个地球，总拍摄量将是64万张图像。
根据已知信息，高分一号的高分辨率图像，幅宽60公里，全色，分辨率2米。这样的分辨率，这样的幅宽，其图像的数据量就是3万X3万X3，等于2,700,000,000字节，即每幅图像的数据量约为2GB。要想把全球图像全部存储，卫星上的存储容量需要达到1280TB。
假设中国只有一个地面接收站，假设它的接收范围是1千公里为半径的圆型空域。因为卫星轨道间隔是50公里，这就意味着有40条卫星轨道在这个范围内，卫星有40次机会下传数据。但这40次机会是不等的，经过接收站正上方的轨道在这个圆形区域内的时间最长，两边的轨道按照余弦函数递减。
根据第一宇宙速度，卫星绕地球一圈大约需要85分钟。从接收站头顶穿越这个圆形区域飞行2千公里大约需要4分钟。如果这是一个2千公里乘2千公里的矩形区域，40条轨道总共可以有160分钟下传时间，因为是圆形区域，总共下传时间则只有126分钟。
总之，在卫星上存储64万福图像，每幅图像两兆字节，这需要相当大的星上存储空间。而另一个瓶颈则是下传通道，在126分钟里下传所有的图像显然是不可能的。多建一些接收站理论上可以解决问题，但实际则未必。原因在于：卫星对这样一个圆形区域进行拍摄，会得到1256幅图像。即使地面接收站很多，彼此空域严丝合缝，每个地面接收站只接收自己空域的图像，也需要每分钟下传10幅图像，总共20GB的数据量。对数据无线通讯我是外行，不敢下断言，但我估计现阶段恐怕还做不到。即使能做到，地球表面大部分是海洋，根本没法建接收站。
由于以上的限制，现在所有的传输型遥感卫星，都不可能连续拍摄地球上的所有地区，事实上也没必要。只能根据地面的指令，拍摄一些特殊关注的地区，然后在飞经接收站上空时把数据下传。
因为卫星总的拍摄和下传能力有限，卫星能同时执行的对地拍摄面积也就有限。比如，假设高分一号原计划拍摄东北的林区，监测森林是否发生大面积病虫害，同时拍摄长江地区，监测农作物的生长形势。如果这两个地区已经占用了高分一号的全部拍摄容量，而此时发生了马航事件，需要用它拍摄南印度洋搜索海域。地面控制人员就需要给卫星发指令，立刻停止拍摄东北林区或长江地区。如有机会的话下传已经拍摄的图像，然后清理出足够的存储空间用来拍摄南印度洋。这就是我们新闻中所听到的“调用”卫星。应对马航事件，一般情况下应该不需要进行卫星变轨，因为遥感卫星轨道都是除了两极之外全球覆盖的，早晚会经过那个地区。在准备调用卫星的那一个时刻，中国的遥感卫星肯定都分布在全球不同地区，有的卫星离搜索地区近，可能几小时后就会经过这里。有的卫星离得远，也许需要几天时间才飞经那里。很自然地，地面控制中心会先“调用”离得近的那颗。根据这些卫星经过该地区的时间顺序，依次调用这些卫星。每颗卫星一旦飞过该地区，下次再重新飞经该地区就是很多天以后了，这也是为什么中国需要“先后共调用20多颗卫星”的原因，其实就是用20多颗卫星“接力”的方式，让卫星排着队依次拍照，尽量缩短该地区的拍摄间隔。
（待续）
这样一来，虽然比不上高轨道低分辨的寿命长，但至少比返回式的要长而且及时便利。
或者说，是因为高分辨传输有带宽限制？
你的图像数据量没有考虑压缩
降低轨道而缩短寿命，跟返回式比就没优势了。其实传输型遥感卫星的轨道也属于在能长期维持轨道的条件下的低轨道卫星，只有几百公里。也就是说，这个高度的卫星，因空气阻力而需要抬升轨道的燃料消耗可以接受，卫星预期寿命能有几年时间。轨道再低，空气阻力过大，需要频繁抬升轨道，火箭燃料会消耗太快而难以持久。轨道再高，虽然卫星寿命会更长，但因为分辨率降低而降低了卫星的使用价值。
传输型遥感卫星轨道高度的选择，说白了就是一个争取卫星使用价值和卫星寿命之间的一个折中，一个“舍命”还是“舍财”的问题，看卫星主管部门更追求哪一个了。追求高分辨率的军事侦察卫星只好舍命而选更低的轨道，而资源普查型卫星就会选更高的轨道以便长期使用。
传输式的下传时间受地面接收站的限制，只能在飞入接收区才能下传。而绝大多数时间，卫星在接收区之外。所以从“及时”的角度，除非用中继卫星，否则传输式不占优势。
返回式只要轨道设计得好，拍摄完就可以立刻回收。返回式因为需要在轨时间短，轨道可以更低，因此分辨率可以更高，也不需要携带抬高轨道的火箭和燃料。但“一次性”的返回式卫星除了耗资巨大外还有一个风险是：万一拍摄失败（比如拍摄地区云层很厚，什么都看不见）或者胶卷冲洗失败，那就抓瞎了，除非再发卫星，没有任何补救办法。而传输式这次下传的数据不行，还有再拍摄的机会。
传输带宽肯定有影响，但影响的是传输总量，也就是单位时间里下传的字节数。卫星拍摄的照片，每幅的数据量差别不会太大，比如都是三万乘三万个像素点。以高分一号为例，高分辨图像每个像素点表示地面四平方米，低分辨率图像每个像素点表示地面256平方米。所以，一定时间内能下传的图像张数是一样的，但覆盖的地面范围不一样。假如一分钟下传10幅图像，高分辨图像就是覆盖地面60公里宽，5百公里长的一个条带。而低分辨图像就是8百公里宽，将近8千公里长的条带。
所谓高分辨图像和低分辨图像，跟我们平时玩数码相机，长焦镜头和广角镜头拍的照片类似。长焦拍出的照片可以看到远处的细节，看到的范围小；广角拍出的范围大，看不清细节。可是两种镜头拍出的照片尺寸和文件大小都是一样的。如果你把相机里的照片转到计算机里，就相当于卫星往地面站传送数据，因为文件大小一样，拷贝两种照片所需要的时间也基本是一样的。
实际情况必然要使用压缩技术，这样可以增加单位时间内的下传量。但这只是量变，不是质变，不会因为使用了压缩技术就能实现全球的全区域拍摄。
拿到星上的数据和地面测的光谱数据做校准...