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轨道上的Sentinel- 2a:欧洲哨兵家族特征概述

通过马赛厄斯Lemmens • 2016年5月2日

2015年6月发射的Sentinel-2A标志着Sentinel-2双星时代的开始。这颗卫星已经由空中客车防务和航天公司为欧洲航天局(ESA)建造。Sentinels是一个正在进行的新任务家庭，也是欧洲哥白尼计划的主要资产，该计划致力于提供地球“健康”的全面画面。为了纪念发射的时刻，作者提供了任务的概述，机载传感器的特点和图像的应用。

英语单词sentinel起源于法语和意大利语，虽然在日常生活中很少使用，但它的意思是“看门人”。“哨兵”太空任务的目的是获取保护地球“健康”所需的大量地理数据。

哨兵的家庭

一旦完成，Sentinel将由六个星座组成，每个星座配有两颗地球观测卫星，以满足重访和覆盖需求。包括燃料在内重达1140公斤的Sentinel- 2a卫星发射后，第二颗Sentinel卫星进入了轨道。图1说明了卫星的尺寸。极地轨道Sentinel-1A于2014年4月3日发射，携带一个c波段合成孔径雷达(SAR)，专门设计用于与陆地和海洋环境相关的环境任务。这些应用包括测绘土地覆盖的变化;监测山体滑坡和洪水;检测和跟踪石油泄漏;监测海冰的运动。通过比较同一区域但在不同时间拍摄的SAR图像而得到的干涉图，可以以几毫米的精度确定形变，从而能够监测地震和火山活动。Sentinel-1B是1A的孪生卫星，于2016年4月25日发射，将重游时间从12天缩短至6天。 Sentinel-2B, the twin of 2A, will be launched in mid-2016. Sentinel-3 will carry a radiometer to measure global sea-surface temperatures with an accuracy better than 0.3K. The twins will also have on board a 21-band imaging spectrometer to measure ocean and land colour and a SAR altimeter to measure sea-surface topography. Launch of the Sentinel-3A spacecraft took place on 16 February 2016.

Sentinel-4和-5将由欧洲气象卫星组织(Eumetsat)运行的气象卫星携带，并将从地球静止轨道上观察地球，以监测大气的成分。预计将于2020年发射的“哨兵6号”的主要载荷将是用于精密测量全球海洋地形的雷达高度计。Sentinel系列是专门开发的，通过提供强大的EO图像和派生数据集来支持哥白尼计划的大量数据需求。

哥白尼计划

哥白尼是一位欧洲数学家和天文学家，他通过假设日心说模型将地球逐出了宇宙的中心。他还发展了货币数量理论。为了纪念这位有影响力的文艺复兴时期的人物，欧盟委员会以他的名字命名了一个全面的太空计划。欧洲哥白尼计划收集并提供监测陆地、海洋和大气的数据。数据由EO卫星、原位传感器、机载和海上传感器捕获。空间组成部分，哨兵组成部分，由欧空局指导，而就地组成部分由欧洲环境署和会员国指导。服务和数据是免费提供的。哥白尼计划，以前被称为全球环境和安全监测(GMES)，不仅依赖于它自己的任务收集的数据，因为欧洲和国际运营商提供由测高系统、光学传感器、辐射计、哥白尼对科学家研究气候和气候随时间的变化至关重要。该方案对于应急管理人员应对地震、洪水、森林火灾和其他自然灾害以及监测技术事故或人道主义危机是非常宝贵的。 It also contributes to security-related issues such as maritime surveillance and border control, and enforces EU policies on, for example, fishing quotas. Practitioners use the data for a wide range of applications including agriculture, fisheries, forestry, health, management of urban areas, regional and local planning, transport and tourism. Copernicus enables central planners to prepare national, European and international legislation on the emission of particulate matter and carbon and on many other environmental issues, and to examine the effectiveness of the execution of the relevant measures.

德牧[m]	波长(微米)		很大的带宽 (纳米)
10	0.490	65
	0.560	35
	0.665	30.
	0.842	115
20.	0.705	15
	0.740	15
	0.783	20.
	0.865	20.
	1.610	90
	2.190	180
60	0.443	20.
	0.945	20.
	1.380	20.

表1,Sentinel-2传感器的特点。

Sentinel-2

这两颗“哨兵-2”卫星是由包括法国航天局(CNES)和德国航空航天中心(DLR)在内的公司财团设计和建造的。188asia备用网址这项工作由空中客车防务航天公司领导。该星座将由两颗相同的极地轨道卫星组成，一旦完成，它们将在同一太阳同步轨道(倾角98.5°)的相反两侧运行，相距180°(图2)。这种配置优化了覆盖范围和全球重访时间。机载单台多光谱仪器重275公斤，是一台推扫式成像仪，同时捕获13个光谱波段，强度范围为12位(表1)。3个可见光(VIS)波段和1个近红外(NIR)波段的地面采样距离(GSD)为10m;4个近红外波段和2个短波红外(SWIR)波段的GSD为20m，而仪器捕获的3个波段的GSD为60m(图3)。后者主要用于大气校正和云屏蔽:气溶胶反演0.443微米，水汽反演0.945微米，卷云探测1.375微米。参考姿态为786km，允许每天旋转14.3圈。赤道将在10点30分穿过，选择这个时间是为了确保最小的云层覆盖和足够的太阳照明。它还使长期的时间序列与陆地卫星和SPOT的历史数据相结合，因为这些卫星也在相似的时间点穿过赤道。

报道

这两颗卫星将系统地覆盖南纬56°至北纬83°之间的所有大陆陆地表面;距海岸20公里以内的所有沿海水域;所有欧盟岛屿和所有超过100公里的岛屿²在地球的其他地方;地中海;以及里海和所有其他封闭海(图4)。视场为290公里，重复周期为10天。一旦Sentinel-2开始工作，赤道上空的同一地点将每5天被捕捉一次，在高纬度地区捕捉的频率更高。由于欧空局和美国宇航局的合作，2013年2月11日发射的Landsat-8卫星的图像可以与Sentinel-2卫星的图像相结合，因此在赤道上空的重访时间可以延长到3天。Landsat-8图像的gsd分别为15米、30米和100米，并捕获了全色、多光谱和热红外部分的电磁光谱。他们可以在获得24小时内免费下载。哨兵-2双胞胎对轨道有±20.6°的指向能力，这使其能够捕获大约6400公里长的狭长地带，这对应急响应是一个有益的特性。表2比较了Sentinel-2A与SPOT和Landsat的特征，图5显示了区域覆盖的差异。

	陆地卫星	现货	Sentinel-2
一生的使命	1972年至今	1986年至今	2015 - 2023^*）
起源	美国	法国	欧盟
光谱波段	7	4	13
德牧[m]	15,30,60,100	2.5 5 10 20	10年,20年,60
片宽度(公里)	185	2 x 60	290
重复的日子	16	26	5^{* *)}

表2,Sentinel-2与SPOT和Landsat卫星的比较*)设计寿命最短为7年，但预期寿命更长;**)，在双晶结构和无云条件下。

产品

与卫星图像一样，产品是在不同的后期处理阶段交付的。科学家可能更喜欢尽可能接近原始数据的数据，他们可能会使用自己的软件，把所有的处理步骤都掌握在自己手中。1b级最适合他们;在提供增强的物理几何模型时，只应用了辐射校正，但地理参考本身留给用户。1b级是面向公众开放的第一阶段;0级和1a级为系统产品。从业者可能更喜欢处理更高级阶段的数据。对他们来说，1c级是最合适的。原始数据使用数字高程模型(DEM)处理成正射影像。像素值为TOA (top-of-atmosphere)反射率。 The datasets are accompanied by all parameters for transforming the TOA values into Earth surface radiances. The images are resampled to the nominal GSDs of 10m, 20m and 60m and delivered as tiles covering 100 km by 100 km in UTM/WGS84 projection, one tile per spectral band. This level is also complemented by quality indicators on radiometry and image content.

应用程序

多光谱图像将为多个用户和涉及陆地和沿海地区的广泛应用提供服务。非限制性清单包括:

检测土地覆盖变化
通过观察世界各地作物的季节性生长距离来提高粮食安全
估算大面积陆地上的叶绿素浓度和碳质量
研究内陆水域健康状况的变化
检查海洋环境、湖泊和河流的水位升降情况
研究山区和北极地区冰层范围的变化
洪水和地震后的紧急反应。

最后的评论

全世界所有的公众、商业和科学用户都可以完全开放地获取Sentinel的数据。用户在登记及接受有关条款及条件后，在不受保安限制的情况下，便可免费取得牌照，并在网上查阅有关资料。额外的准入和专门的产品将通过定制的条件提供。Sentinel-2A于2015年6月23日发射。与此同时，这颗卫星已经绕地球运行了数百甚至数千圈。

网站

http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus

https://sentinel.esa.int/web/sentinel/toolboxes/sentinel-2

作者简介

Mathias Lemmens在荷兰代尔夫特理工大学获得博士学位，目前在那里讲授地理数据采集技术和地理数据质量。他所参与的188金宝搏特邀1997年至今，担任高级编辑。他是一名国际顾问，也是这本书的作者地理信息:技术、应用和环境2011年由施普林格出版。

电子邮件:m.j.p.m.lemmens@tudelft.nl

图标题

生病了,艺术家对在轨哨兵2a的印象(由ESA提供)。

2,在被织女星火箭整流罩封装后(左图)，哨兵2a被运送到发射区(由欧洲航天局提供)。

图1中,在德国奥托布伦为期六个月的项目中对Sentinel-2A进行了测试(由ESA提供)。

图2完成后，Sentinel-2A和2B将在相同的太阳同步轨道上运行，相距180°(由ESA提供)。

图3中,13个光谱波段以10m、20m和60m的空间分辨率被记录(由ESA提供，修改)。