韩国多用途卫星(KOMSAT-2)的系统组成及其数据应用

摘要：本文概述了KOMPSAT-2卫星的地面管理控制系统、图像接收和处理系统、卫星搭载的有效荷载、卫星数据总线和数据产品特性及其应用，并对KOMPSAT系列卫星的发展和数据产品的应用前景进行了展望。

Abstract: The paper gives an overview of KOMPSAT-2 of ground-based management control systems，image receiving and processing system，Equipment carried by a satellite，the satellite data bus and the characteristics and application of data and takes a look at the development and application prospect of KOMPSAT-2.

关键词：KOMPSAT-2；多用途卫星；多光谱相机；高分辨率数据

Key words: KOMPSAT-2；Multi-purpose satellite；MSC；high resolution data

中图分类号：TP73 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0174-02

0引言

遥感技术正得到越来越广泛的应用，随着一批高空间分辨率陆地卫星的发射，遥感图像的质量有了很大的提高。KOMPSAT-2是韩国KOMPSAT卫星系列的第2颗卫星，于2006年7月28日发射成功，在韩国称为阿里郎-2（Arirang-2）卫星。KOMPSAT-2拥有高精度空中姿态控制能力，有效荷载是一台多光谱相机（MSC），能获取分辨率为1米的全色波段和4米的多光谱波段影像，首要目的是获取韩国的高分辨率多波段遥感影像，为地理信息系统（GIS）提供数据源，从而实现大比例尺灾情的监测[2][16]。

1卫星概况

KOMPSAT-2从发射进入预定轨道开始，到2006年9月下旬期间完成了调试阶段，在2006年8月获取了第一批图像，于2006年10月进入正常运行阶段。到目前为止，KOMPSAT-2卫星和有效载荷都运行正常。KOMPSAT-2卫星搭载的多光谱相机（MSC）可实现地图地理信息的更新、地球观测、自然灾害监视、地球资源勘测等多种飞行任务，具有世界先进水平，表1给出了KOMPSAT-2的系统性能参数[2][15]。

2KOMPSAT-2卫星地面站系统

KMPSAT-2系统主要由空间，地面和发射服务三部分组成。KMPSAT-2共有两个地面接收站（KGS），其中一个设置在韩国大田市的航空航天研究所（KARI），另一个设置在韩国的电子和无线电通信研究所（ETRI）。每个接收站由任务控制组件（MCE）和图像接收与处理系统（IRPE）两部分组成。利用S波段和X波段实现地面和卫星直接的通信，其中S波段负责遥控数据的上行和下行，而X波段仅负责影像数据的下行传输[2][8]。

2.1 任务控制组件（MCE）

MCE由四个子系统组成（图1）。通过该系统操作人员能够方便监测和控制卫星并为卫星提供任务安排，同时能实现卫星运行中轨道测定与预报以及卫星精密轨道测定等功能。TTC通过一个S波段实现地面与卫星上传和下行的通信。SOS实现内业遥控数据的处理、卫星健康状态的监测、指令的产生和执行。MAPS结合用户的请求，配置卫星的运行参数，准备卫星运行计划，提供卫星的任务计划；同时也实现轨道预测，轨道定位，获取用于跟踪的天线定向数据等功能。SIM提供一些辅助功能，而非直接的操纵功能，比如异常情况的辅助决议和操作人员培训[8][10]。

2.2 图像接收和处理系统（IRPE）

IRPE系统分成三个子系统（图2），接收和存档子系统（RAS），查询和处理子系统（SPS）和高级产品生产设备（VPG）。以320Mbit/s的速度从卫星下行的原始数据通过RAS接收、展示和存档；SPS负责图像产品的生产、处理和；VPG在标准产品的基础上生产更高级别的产品。由于实时接收和存储的性能对该系统非常关键，安装在基于NT服务器架构的微型计算机上的RAS配置了热备用来改善系统的稳定性。SPS和VPG都安装在具有相同硬件配置和SGI服务器的计算机上，为用户提供稳定的服务。IRPE需要很少的操作人员进行交互集中处理，实现最大程度的自动化，并快速接收数据、生产图像产品，具有很高的安全性和稳定性[1][14]。

3KOMPSAT-2 空间系统

KMPSAT-2的空间部分是一个与太阳同步轨道飞行的卫星，包括一台多光谱相机（MSC）有效荷载和卫星公用舱[15][16]。

3.1 多光谱相机（MSC）

MSC由韩国与以色列光电工业公司（ELOP）联合研制，质量约为150kg，功耗为350W，主要由三个部分组成：光电子系统（EOS）、有效载荷数据传输子系统（PDTS）和有效载荷管理单元（PMU）。EOS为相机的光电成像部分；PDTS主要用于图像数据的处理和传输，处理由其数据压缩存储单元完成，传输由数据链路系统（通道编码单元、QPSK发射机和天线指向系统）完成；PMU通过MIL-STD-1553B总线与卫星相连，采用专用信道（RS～422）控制整个有效载荷。为了使图像数据准确，MSC提供了三个不同的校准功能：辐射校准、非均匀性校正（NUC）和聚焦校准功能[9]。

MSC的成像模式包括自动标称成像模式和立体成像模式2种。为了满足要求，MSC线速率能在（7100～22000）线/秒的范围内变化，以减少由卫星速度、滚动和俯仰机动引起失配造成的图像质量下降。卫星延时积分（TDI）最高能够达到32级，可显著提高信噪比，满足低光照条件下的成像要求[8][9]。

3.2 卫星公用舱

KOMPSAT- 2公共舱由五个模块组成：结构和机制子系统（SMS），热控制子系统（TCS），姿态和轨道控制子系统（AOCS），遥控指挥和测距子系统（TC&R），电力子系统（EPS），推进子系统（PS）和飞行软件（FSW）。AOCS配置了高精度滚动、俯仰和偏航指向，星相追踪器，陀螺参考组件，三轴磁力计，能够在滚动方向侧摆±56°，俯仰方向侧摆±30°；PS重复利用肼推进剂突然爆炸产生推进能量； FSW虽然不是一个实际存在的子系统，但是也是一个重要组成部分；TC&R子系统由S波段全向天线，一个射频设备和备用的异步接收机组成。此外，GPS接收机提供时间，卫星的位置和速度[8][15]。MIL-STD-1553B数据总线把有效荷载和卫星公用舱大部分组件连接到星载计算机上[8]。

4产品及其应用

4.1 数据产品及其特点

据统计，作为KMPSAT-1号对地观测卫星的一个补充，KOMPSAT-2卫星是目前世界上能达到1米级高分辨率的少数民用光学遥感卫星之一[12]。在波段范围分布上，和IKONOS，Quickbird等极高分辨率卫星非常接近，除全色黑白图像外，可同时获得近红外、红、绿、蓝四个波段的影像数据，可以满足各种应用[12][14]。KOMPSAS-2每天绕地飞行约14圈，每圈可以获取全色和多光谱图像共542景，即飞行一周可以扫描地面面积达60946km2，每景图像约225km2，如果KOMPSAT-2卫星一直处于影像数据采集状态，一天可以获取大于1700000km2地面面积对应的影像，而IKONOS和OrbView-3卫星的每轨扫描面积分别为44808km2、34641km2，每景影像面积分别约121km2和64km2 [14][15]。

KOMPSAS-2数据具有高水平的图像质量，云层覆盖默认不超过10％。按照图像预处理程度，KOMPSAT-2提供的数据产品可分为6个级别：原始数据，L0，L1A，L1R，L1G和数字正射影像，L1A和L1R产品是指经过初步辐射校正后的产品；L1G产品是进行了初步几何纠正和坐标投影变换（默认坐标UTM-WGS84），主要是针对相机、卫星平台和地球旋转和曲率引起变形的纠正。影像格式有多种，其中L1R产品采用TIFF，L1G采用GEOTIFF格式[7][15]。

KOMPSAT-2影像可通过一个网上系统（www.spacecapture.kr）获得，并可以直接在线购买。韩国的科学技术部门对于国内公共研究使用的影像，韩国航天研究所免费提供；而商业或其他用途则按一个市场价格销售[14][15]。

4.2 数据产品的应用

KOMPSAT-2数据在中国的应用几乎还未开始，但在韩国本土及一些国家已基本涵盖了所有的高分辨率遥感数据可应用的领域，并取得了丰硕的成果。KOMPSAT-2卫星能够探测和识别小于1平方米的物体，例如汽车，家具街，道路和灌木丛，满足1:5000至1:2000的地形测绘要求；可确定作物或树木疾病，监测大比例尺灾情和研究对策，侦要的军事目标，规划公路，铁路和石油管道走廊，从立体影像中提取高分辨率DEM模型，综合水资源的管理，城市规划和区域扩张监测[2][4][5]。

5结论和展望

韩国空间发展计划纲要（l995-2015）涵盖7颗多用途卫星，4颗科研卫星和2颗对地静止轨道卫星。从对地观测和监测来看，多用途卫星的是最有用的，将来KOMSAT系列卫星将对光学遥感领域和合成孔径雷达领域带来更深的改变[2][15]。KOMPSAT-2卫星不仅是韩国航天工业在遥感卫星技术发展上的重要一步，也是现有高分辨率卫星数据市场的一个重要的补充，在极大提高韩国的综合国力和推动韩国经济的发展的同时，将对整个世界人民都大有裨益。

参考文献：

[1]Moon-Gyu Kim，etc.Automated image reception，processing and distribution system for high resolution remote sensing satellites[A]. The 22nd Asian conference on RS. Singapore，2001.

[2]F. P. Kressler ，Y.S. Kim ，C. Schiller，K. Steinnocher.KOMPSAT-1 and KOMPSAT-2 from aEuropean perspective[A]. Proceedings of the 2nd International Workshop "The Future of remote sensing"，2006.

[3]In-Hoi Koo，Jihoon Kang，HeeJin Bae，Sang-ll Ahn. KOMPSAT-2 Terminal for Polar Station （K2PS） Development by KARI[J]. Korean Journal of Remote Sensing，2008，24（5）:409-416.

[4]Benz，U.，Hofmann，P.，Willhauck，G.，Lingenfelder，I.，& Heynen，M. Multiresolution，object-oriented fuzzy analysis of remote sensing data for GIS-ready information[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing，2004，58:239-258.

[5]Sakong，H.S，etc. Application Fields and Strategy of KOMPSAT-2 Imagery[J]. Korean Journal of Remote Sensing，2002，18（1）: 43-52.

[6]M. G.. Kim，T. Kim，S. O. Park，Y Lim，S. Park，J. Lee，J. Shin，M. Choi. Development of ground receiving system for KOMPSAT-2[J]. ISPRS，2002，34：217-221.

[7]Ji-Hyeon Shin，Moon-Gyp Kim，Sung-Og Park.Definition and Generation of Level 0 Product for KOMPSAT-2[A].Proceedings of International Symposium，2002.

[8]Sang-Ryool Lee ，Hak-Jung Kim ，Joo-Jin Lee，and Zeen-Chul Kim. System Design of the KOMPSAT-2.kaiimage.co.kr.

[9]WC Jung，，etc. Detailed Design of KOMPSAT-2 Mission Control Element System[R]. IEIC Technical Report，2002.

[10]YS Kim.System Design of the MSC for KOMPSAT-2[A]. Proceedings of the 2001 KSRS Spring Meeting，2001.

[11]Dae-Won Chung，Sang-Ryool Lee，Sang-Jeong Lee，Dae-Won Chung.KOMPSAT-2 Orbit Determination using GPS Signals[A]. The 2004 International Symposium on GNSS/GPS. Sydney，Australia，2004.

[12]W. E. Stoney. ASPRS Guide to Land Imaging Satellites――Key Trends and Challenges in the Global Marketplace[A]. Updated for the NOAA Commercial Remote Sensing Symposium，2006.

[13]Byoung-Sun Lee and Jae-Hoon Kim. Design and implementation of the mission planning functions for the KOMPSAT-2 mission control element[J].Korean Space Science society，2003，20（3）：227-238.

[14].

[15]www.kaiimage.co.kr.

[16]梁巍.韩国多用用途卫星-2顺利升空[J].国际太空，2006.