主题：聊聊传输型遥感卫星 -- 温雅颂

RGB？不加色深吗？否则X3不够吧。

给大家扒一扒吗？我对天链的传输能力没有概念，不知道传输型卫星是否可以用它们实现全时段通信。

我前面说了，这里只聊原理，尽量不涉及具体参数，一来有些参数可能涉密，二来多年不用，我也不确定了。

不过，从理论上讲，天链卫星所起的应该就是数据中继卫星的作用。天链大概就是一系列中继卫星组成一个星座，确保数据共享和同步，这样遥感卫星把数据发给一颗天链卫星，就等于发给了所有的天链卫星。而地面站也就可以从任何一颗天链卫星那里接收到遥感卫星发的数据。

天链卫星大概跟互联网的路由器工作性质差不多。

这只是我的猜测，不一定对。

颜色变化用灰度表示，原理上一个字节表达256级灰度，二个字节64K灰度，比彩色要省空间，下传速度也快得多。

人眼可见光的光谱范围是大约 380nm 到 760nm。

对光电器件而言，每个象素上接收到的光子数，并且能够有效转换成电能量的光子数，分布在这个光谱范围上。

在整个可见光范围内如果不加区分其波长，那么就只有光子数量信息，由此而得一幅全色单通道图像。

如果要区分其波长，有各种不同的方法。最常用的是按照人感知色彩的方式，分别感知红绿蓝三原色的强度成分，那么就得到了RGB彩色图像。

也有多光谱成像，那么就是个光谱段分别感知，那么可以得到完全不同的信息。这个时候一般就不再对应为白光成像了，而是多光谱的分别成像。

不管是三原色成像，还是多光谱成像，在相机那一头一般都采用光谱滤波的方式。这样也简单实效。但是可能空间分辨率会降低 ---- 取决于sensor前面的光学设计。

1，数据的实时高效压缩是个技术难题。技术上实时解压是没问题的，但是实时高效压缩压缩是很难的。

2，高效压缩所带来的数据失真问题。这在以目标侦查为目的应用里边是不可容忍的。

转一圈才有一个传递窗口呢。进入窗口以前压缩，窗口期内传递。

压缩失真是个问题。可以用无损压缩，但压缩比就小了。这个问题最终归结到真实度和数据量的妥协。

搞电子的，以及搞计算机的，一般都倾向于后期的数据处理，恢复什么的。

但是从光学的角度来说，如果没有先验的知识辅助的话，任何后期的数学处理，都是在一步步地减少信息。

而原始信息的来源，是由光学系统提供的 ---> 看一个好的光学镜头/光学系统，对比不那么好的光学系统，真的是有天壤之别。

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回到你的说法上去。这已经不是压缩的问题了。这是系统设计的问题。比如，数据采集的速率，数据存储的容量，数据传输的窗口期，数据压缩的质量/压缩比，数据传输的冗余率，等等等等。

这不是一个压缩不压缩能够回答的问题。正如你所说的，无损压缩的压缩比不大。但是你要是理解，这个压缩比与有损压缩比起来可以忽略不计的话，就明白了为什么我要强调实时压缩的难度了：

实时有损压缩不光难在时间上，还难在高效率压缩算法的运行时间不可预测上，或者是时间固定，但是压缩质量不可预测上。

而无损压缩的比率，一般而言：能到1/2就不错了。

传输型遥感卫星中的光学遥感卫星，所使用的轨道与一般其它卫星有明显区别。虽然因为没有统计而不敢百分之百确定，但基本上所有的传输型光学遥感卫星都使用太阳同步轨道。

那么，什么是“太阳同步”轨道呢？

地球同步轨道大家可能都比较清楚，就是位于地球赤道上方，卫星围绕地球的公转时间与地球自转时间相同，因此从地球上看，卫星好似在赤道上空静止不动一般。卫星“静止”在赤道上空的好处很多，所以地球同步轨道卫星也非常多，一般主要是通讯卫星和气象卫星。

所谓的太阳同步轨道，指的是卫星飞经地球某地时，总是在同一个时刻，比如某颗遥感卫星，每次飞经北京上空的时间总是上午十点。显然，这个时间对拍摄照片非常有利，地形地物会有一定量的阴影，有利于目视判读，而阴影面积又不是太大。试想：如果卫星飞经某地的时间不固定，有清晨，有中午，有黄昏，有黑夜，拍摄出的照片彼此差异太大，显然对判读是很不利的。

那么让卫星轨道保持与太阳同步又是怎么实现的呢？

我们都知道地球一年围绕太阳绕一圈，同时地球自身还有自转，24小时一个昼夜。需要注意到是，地球上的一个昼夜，并不是地球自转360度，而是地球自转360度再加上365分之一度。因为地球在24小时内绕着太阳转了365分之一度，所以地球也需要多自转这么多才能使太阳达到与前一天相同的方位角。

我们都知道陀螺仪旋转起来后，其旋转平面会在空间中保持稳定。地球的自转轴始终指向北极星，不会因着地球绕太阳公转而改变。那么对卫星来说，卫星绕地球旋转的轨道平面，在宇宙空间中也应该保持它的稳定性，它的法线也应该指向宇宙中的某个特定方向。

在这张图中，品红色的轨道为非太阳同步轨道，青绿色的轨道为太阳同步轨道。品红色轨道平面法线始终朝向左上方，而青绿色轨道平面法线则始终朝向太阳。

让卫星的轨道平面不停地旋转，显然需要对卫星施加一定的侧向的外力，使卫星在飞行过程中发生偏转。但这个外力的方向又不能是恒定的，因为如果这个外力始终来自卫星飞行方向的一侧，卫星轨迹就不会是一个圆周，而变成了一条像弹簧一样的螺旋线。

显然，这个外力需要不断变换方向，当卫星在北半球时，让卫星飞行轨道向左偏转，当卫星在南半球时，让卫星轨道向右偏转。这样一来，卫星每次经过赤道时，都会发生向东的偏移。为了方便描述和理解，我们这里暂且假设地球没有自转。那么假如卫星的起始点为经度零度，飞越北半球时向左偏转，那么当卫星再次经过赤道时，其经度就不是180度，而可能是西经179.5度。这时卫星开始在南半球飞行并向右偏转，再次回到赤道时的经度就会是东经1度。这样就实现了卫星轨道平面的旋转，在专业术语中，我们称之为轨道的“进动”。

下面紧接着的一个问题就是：这个外力从哪来？用卫星姿控火箭侧推肯定是可以的，但如果卫星每圈都要这么推两次，用不了多久卫星燃料就会耗尽，所以显然不能这么办。事实上，卫星工程师们想出了一个绝妙的办法：利用地球自身的引力。

由于地球本身并不是一个理想的球体，而是一个近似的椭球体。地球由于自转，离心力导致地球的赤道地区比两极地区要高。根据目前广泛使用的地球椭球体数学模型，地球的长半径为6378137米，短半径为6356752米，两者相差20多公里。赤道地区隆起，就意味着赤道地区的质量比两极大，也就意味着引力大。当卫星在北半球飞行时，离赤道近的一侧就会受到更大的引力，就会导致卫星朝赤道偏移。如果卫星沿经线飞行，也就是所谓的“极轨卫星”，卫星在北半球向北飞时，赤道地区的引力大于北极，卫星就会越飞越慢。经过北极开始向南飞时，就会越飞越快。如果卫星进入北半球时的方向是西北方向，卫星在北半球时因为左边距离赤道更近，就会不断向左偏移。

这里需要提醒一下：卫星围绕地球飞行的方向是在不断变化的。经过赤道进入北半球时，如果方向是西北，在卫星到达北纬最高纬度的时候，卫星就是在自东向西飞，然后转成自东北向西南飞。经过赤道进入南半球时，飞行方向依然是自东北向西南飞，直到达到南纬最高纬度时，方向就又变成了自东向西。

在这张图里，地球被展开成一个平面，这在地图学上称之为圆柱投影或墨卡托投影。在这样的地图上，一般的卫星飞行轨迹就近似一种正弦曲线。如果卫星顺着地球自转飞，在北半球时右侧离赤道近，卫星就会向右偏转；在南半球飞时，左侧离赤道近，就会向左偏转。一圈下来，卫星的轨道平面就会朝西“进动”。因为地球绕太阳公转的方向与地球自转方向相同，卫星轨道需要朝东“进动”才能保持与太阳同步，所以太阳同步轨道必然是一个逆地球自转的轨道，也就是卫星轨道与赤道的夹角要大于90度。

对于普通卫星来说，发射时都会尽量利用地球的自转，所以发射场离赤道越近越合算。而传输型遥感卫星则相反，不仅不能利用地球的自转，反而还要额外付出来抵消地球的自转。所以就有一个非常有趣的现象：传输型光学遥感卫星的发射，要尽可能选择高纬度发射场。我们知道：中国的卫星发射场有西昌、酒泉、太原，还有在建的海南。中国的传输型光学遥感卫星，全部是从太原发射场（实际位置在太原北边的五寨县）发射的。为什么不从酒泉发射我不知道，但我可以肯定不会从西昌和海南发射。如果哪天大家从新闻里看到听到国家又发射了一颗“科学实验卫星”，是从太原发射场发射的，那基本就可以肯定是一颗传输型光学遥感卫星。又因为只笼统地称为“科学实验卫星”，则十有八九是军事侦察卫星。

雷达遥感卫星不受日照影响，因此没必要采用太阳同步轨道。

就是忽悠

因为要拍云图。

一种是太阳同步轨道，一种是地球同步轨道。太阳同步轨道比较低，一般在七八百公里，这种气象卫星拍摄范围小，分辨率高。地球同步轨道有三万多公里高，所以拍摄的云图范围大，分辨率低。

地球同步轨道气象卫星可以对观测地区进行全天时观测，而太阳同步轨道卫星则不行。二者互为补充。

我在上一个帖子里谈了太阳同步轨道的“进动”原理，这里就聊聊轨道设计中各种参数的考虑。

首先我们知道的一个限制参数是轨道的“进动”幅度，它必须是每天向东偏移365分之一度。在地球赤道，长度大约为110公里。

赤道引力对卫星的影响是个常量，能决定轨道每天向东偏移110公里的变量有两个：一个是轨道与赤道的夹角，一个是卫星的速度。

如果卫星轨道与赤道夹角为90度，卫星左右方向受到的引力是平衡的，不会偏移。如果赤道夹角为0度，引力也是平衡的，也不会偏移。如果我们假设在纬度45度时卫星左右受到的引力差最大，显然，轨道与赤道的夹角从90度到135度之间，夹角越大，轨道进动越大。从卫星速度来看，卫星越慢，受引力偏移的时间越多，偏移量也就越大。

那么，夹角和速度，哪个可以先确定呢？速度，因为速度受全球拍摄这个任务的限制。

遥感卫星的轨道必须尽可能接近圆形轨道，近地点和远地点相差不能太大，这样才能保证相片的比例尺基本一致。卫星的速度跟轨道高度有关，卫星单位时间内飞过的圆弧与地球中心所组成的扇形面积是一个常量，所以，轨道越高，扇形越窄，也就意味着卫星速度越慢。

我们都知道，由于地球在不停地自转，卫星绕地球一圈，地球已经朝东旋转了一定的角度，因此卫星每一圈都会飞经一个新的条带。我们可以很容易地选择一个卫星速度，使其在一定的时间后重新回到原点。比如，如果卫星90分钟绕地球一圈，24小时后，卫星绕地球16圈，就会重新回到原点。

但是我们并不希望卫星精确地重复前一天的路径，因为如果这样的话，卫星将永远在这16圈经过的地方重复飞行，而不能拍摄到其它区域。为了让卫星能覆盖全球，我们希望一天后卫星从前一天飞过的路径左侧飞过，这样两天拍摄的照片就能彼此衔接起来。第三天再从第二天的路径左侧飞过，这样一条一条的卫星图像就可以覆盖全球了。

如何实现这一目标呢？很简单，让卫星飞得稍微慢一点，用多于24小时的时间飞完这16圈。这样地球就多自转了一定的角度，卫星就会从前一天的轨迹旁边飞过了。

那么慢多少呢？在这里我们需要一些假定条件。如果卫星照片的幅宽为60公里，考虑到照片之间要有一定量的重叠，我们可以假设相片中心点与相邻相片的中心点距离为50公里。地球90分钟自转22.5度，赤道上22.5度内卫星要飞过50趟才能保证照片的重叠率。因此，我们需要地球多自转22.5度的50分之一。从时间上讲，也就是卫星要晚90分钟的50分之一，为108秒，也就是要用24小时1分48秒飞完16圈。

当然，实际数据不会这么整，但基本是这个思路。

速度有了，轨道高度和赤道夹角也就都可以确定了。

通过以上分析可以看出，太阳同步轨道是一个非常精致、要求苛刻、限制条件很多的轨道。因此，所有太阳同步轨道的卫星，其轨道参数差别都不会太大。一般高度都在800公里上下，绕地球一圈一般都在100分钟左右，与赤道夹角一般都在110度左右。

由于与赤道夹角都在90度以上，所以所有的传输型遥感卫星都不能覆盖南北两极。两极的卫星图像只能由特殊的卫星拍摄。

记得当年被土鳖自己炮轰的风云气象卫星，轨道高度就是八百多公里，显然也是一颗太阳同步轨道卫星。世界上绝大多数的军事侦察卫星，轨道高度都在这个高度甚至更低，所以全都在土鳖的射程之内。

但这会极大地消耗卫星燃料，除非是临时发生了极端重要的情况，比如萨达姆入侵科威特。记得有人说海湾战争期间美帝的卫星进行了这样的变轨。通常一次卫星变轨会消耗相当于2－3个月寿命的燃料，高低变轨的消耗更大，估计可以用年来计算，一般轻易是不会这么做的。

不过临时变轨也有其好处。一般卫星的轨道都是固定已知的，被观察的一方可以通过临时隐蔽措施来反侦察，甚至可以在卫星经过的时候故意显示假目标来达到欺骗的目的。朝鲜在一次发射火箭之前，便是用假装的发射塔状态欺骗了美国的侦察卫星。而临时变轨则可以起到突击检查的效果，也就是反反侦察。