美国甚高分辨率商业光学成像卫星的发展情况和数据服务模式

· 文 |中国航天科技集团公司 周润松

美国甚高分辨率商业光学成像卫星的发展情况和数据服务模式

· 文 |中国航天科技集团公司 周润松

美国世界观测（WorldView）和地球眼（Geoeye）等亚米级分辨率光学成像卫星是目前世界上性能最强的在轨商业光学成像卫星，这些卫星的发展有浓厚的军方背景，其业务应用的一半以上服务于美国军方。本文首先简要介绍这类卫星的发展背景，并介绍近年曝光的该类商业光学成像卫星的军事应用模式。

一、美国甚高分辨率商业光学成像卫星的军事背景

2003年10月，美国国家地理空间情报局（NGA）在“下一代视景”（NextView）计划下，以预付图像采购费的方式资助数字全球公司（DigitalGlobe）发展WorldView系列卫星，用于取代当时0.6m分辨率快鸟-2（QuickBird-2）卫星。WorldView-1和WorldView-2卫星分别于2007年和2009年成功发射入轨。2004年9月，NGA在NextView计划下，以相同方式资助当时的“轨道图像”（Orbimage）公司发展轨道观测-5 （OrbView-5）卫星，2006年Orbimage公司重组为“地球眼”（Geoeye）公司，OrbView-5也改名为Geoeye-1，该星于2008年成功发射，空间分辨率达到0.41m。

2010年，NGA与数字全球公司和“地球眼”公司分别签订了为期10年的遥感卫星数据采购合同—增强视景（EnhancedView）计划合同，合同数额分别高达35.5亿美元和38亿美元，支持这两家公司发展更高分辨率的Geoeye-2和WorldView-3等卫星。由于2012年美国航天预算紧缩，NGA消减了EnhancedView合同额，导致“地球眼”公司被数字全球公司兼并，Geoeye-2卫星也改名为WorldView-4卫星。WorldView-3卫星于2014年成功发射，全色分辨率高达0.31m。分辨率0.25m的Geoeye-2卫星也完成了研制，计划于2016年后发射。

可以看到，当前在轨的甚高分辨率商业光学成像卫星的幕后推手均是NGA。NGA原名国家图像与测绘局（NIMA），1996年由中央情报局国家图像判读中心（NPIC）、国防部情报局办公室、国防部情报局图像分析处、中央图像局和国防情报分发计划局等五个机构组建而成，隶属于美国国防部，主要任务是及时准确地向军事决策者和行动部门提供战略、战术图像情报支援的同时，满足国家决策层及其他非军事部门对图像情报的各类需要。此外，国家图像与测绘局还执行国防情报局、国家侦察局和国防航空侦察局等机构的某些职能。随着美国《2004财年国防授权法案》的签署，国家图像与测绘局正式更名为NGA。NGA是美国情报界的一个要害部门，也是重要的作战保障机构，它接受中央情报局和国防部的双重领导，其主要任务是研究美国通过军事侦察卫星、高分辨率商业遥感卫星或其他途径得到的各种图像数据，绘制出相应的地图产品，提供地理空间情报，包括地球自然特征和地理基准的分析与描绘，以支持国家安全行动。

二、美国甚高分辨率商业光学成像卫星的军事应用模式

作为Geoeye、WorldView系列卫星的运营商，近年曝光了服务NGA的应用模式，值得我们高度关注。

美国数字全球公司的“全球增强地理空间情报交付（G-EGD）项目”（如图1所示）向NGA及其用户提供最新、非密的高分辨率图像，以支持作战决策、突发事件和态势感知。在NextView计划授权下，G-EGD的正射校正和正射镶嵌产品在线上和线下均可获取，包括近无云基础图像底层产品、全球图像条带连续交付产品、高优先级地理位置的“快速响应”图像产品等。任何连接互联网的设备均可按需访问。凭借世界最先进的商业成像卫星星座，数字全球公司每天增加近1百万平方千米的新图像，使G-EGD项目的多数产品可当天交付，保证向客户提供最新的数据。

图1　全球增强地理空间情报交付项目

增强视景计划虚拟主机服务（EV WHS）是G-EGD项目的核心，EV WHS向业界用户提供最全面、基于互联网/非安全互联网协议路由网络（NIPRNET）/安全互联网协议路由网络（SIPRNET）的高分辨率正射影像在线接入服务，相关数据包括多层图像和多种数据源。EV WHS访问方式包括以下3种：

（1）通过“开放地理空间联盟”（OGC）服务访问。该服务与OGC相符的政府或商业应用兼容，在线门户例如FalconView、ArcGIS、SA和Gaia。开放地理空间联盟服务项目见表1。

（2）通过“我的数字全球”访问。该产品是一个直观的、基于浏览器的工具，用户可根据位置、观看内容等需求进行搜索，具有多样化的输出形式，用户可获得虚拟镶嵌的“混搭”产品，可输出并保存为多种格式文件。图2 所示是“我的数字全球”工具界面。

（3）通过“数字全球地球服务”访问。该产品是基于浏览器的图像选择工具，与基于“锁眼标记语言”（KML）的浏览器兼容，如Google Earth、ArcGIS Explorer、World Wind浏览器。用户可以分割并按照多种文件格式下载图像。

EV WHS可交付的产品包括3类：

表1　开放地理空间联盟服务

（1）基础地理空间情报（FG）层：目前是由0.25°地理区域构成的无缝、近无云或正射镶嵌底层，当前可满足6个月到3年间隔的需求。

（2）图像条带（IS）层：线上提供的、及时的正射校正的图像条带，可在24小时内交付。

（3）快速响应正射（RRO）层：按需的、正射校正/正射镶嵌的图像，以用户申请提供，从订单确认到图像可交付的时间为单条带24小时内，大于1500km2图像的交付时间需72小时以上。

数字全球公司实施了下列措施以保证敏感数据的安全性：

（1）采用128位加密套接字协议层（SSL）加密；

（2）实施用户访问限制。构建了全球独一验证（GUID）用户验证模型，通过基于图像层级的授权访问和地理限制，控制个人账户访问；

（3）使用非安全互联网协议路由网络和安全互联网协议路由网络。

三、总结

通过公开的有限资料可以看出，美国数字全球公司在下一代视景和增强视景计划下，发展了天基、空基多数据源，光学、雷达多探测手段的地理空间情报数据收集系统，结合自有甚高分辨率光学卫星星座和第三方的固定翼飞机、直升飞机、卫星平台，每日可大量获取图像数据，经过数据自动处理，向NGA及其用户提供及时的地理空间情报数据；建立了严格的用户身份验证系统，确保敏感图像数据的安全传输；利用非加密的互联网和加密的军用通信网络快速有效地按需分发数据，服务于战略决策者和战场作战指挥人员。

图2　“我的数字全球”工具界面