SPOT
Na początku 1978 roku rząd francuski podjął decyzje o wdrożeniu programu Systeme Pour l'observation de la Terre (SPOT). Zaprojektowany we francuskim Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). SPOT (http://www.spotimage.fr/home/) rozrósł się do dużego projektu międzynarodowego ze stacjami kontroli naziemnej i centrami sprzedaży usytuowanymi w ponad 30 krajach.
Satelita SPOT-1 został umieszczony na orbicie 21 lutego 1986 roku i jako pierwszy został wyposażony w liniowy szereg sensorów oraz wykorzystujący technikę skanowania - pushbroom (wszystkie elementy skanera zamocowane są na stałe, a skanowanie odbywa się dzięki postępowemu ruchowi satelity). Sensory pracują w dwóch trybach: wielospektralnym (3000 sensorów) i panchromatycznym (6000 sensorów). Następcami wycofanego w grudniu 1990 roku satelity SPOT-1 są SPOT-2 i -3 wysłane na orbitę odpowiednio 22 stycznia 1990 i 26 września 1993 roku.
Nominalna orbita satelity SPOT 1, 2 i 3 znajduje się na wysokości 832 km. SPOT pozwala obserwować ten sam obszar na powierzchni Ziemi co 26 dni. Sensory SPOT składają się z dwóch identycznych systemów HVR (High Resolution Visable) oraz urządzeń do zapisu taśm magnetycznych. Każdy HVR został zaprojektowany do pracy w trybie panchronatycznym (rozdzielczość 10 m) i wielospektralnym (rozdzielczość 20 m). Skaner satelity generuje zazwyczaj zobrazowania nadirowe (obszar na powierzchni Ziemi znajdujący się pionowo pod detektorami skanera). System optyczny satelity pozwala także wykonywać zobrazowania pozanadirowe (odchylone od pionu), dzięki czemu możemy obserwować wybrane obszary Ziemi co kilka dni (w zależności od szerokości geograficznej).
Możliwość uzyskania zdjęć odchylonych od pionu pozwala na wykonywanie zobrazowań stereoskopowych (stereopary), czyli rejestracji dwóch pozanadirowych zobrazowań tego samego terenu obserwowanych z sąsiednich ścieżek satelity. Dla uzyskania obrazu stereoskopowego możliwe jest także wykorzystanie jednego zobrazowania nadirowego i drugiego odchylonego od nadiru. Stereopary służą do wykonania map wysokościowych (numeryczny model terenu). Szerokość ścieżki obserwacji wynosi od 60 km, dla zobrazowań nadirowych, do 80 km dla pozanadirowych.
Satelity z serii SPOT 1, 2 i 3 były wyposażone w skaner multispektralny, który pozwalał na wykonanie zdjęć w następujących kanałach:
0,50 ၭm - 0,59 ၭm (zielony) - zaprojektowany do pomiarów promieniowania zielonego odbitego od zdrowej roślinności
0,61 ၭm - 0,68 ၭm (czerwony) - czuły na absorpcje chlorofilu, użyteczny do rozróżniania roślinności
0,79 ၭm - 0,89 ၭm (bliska podczerwień) - może być zastosowany do oznaczania typów wegetacji, zawartości biomasy, występowania wód oraz rozróżniania wilgotności gleby
0,51 ၭm - 0,73 ၭm ( panchromatyczny) - obraz o większej rozdzielczości
24 marca 1998 roku z ośrodka badań kosmicznych Kourou w Gujanie Francuskiej, wysłany został na pokładzie rakiety ARIANE 4 satelita SPOT 4, który to powstał we współpracy ze Szwecją i Belgią. SPOT 4 porusza się na wysokości 822 km po orbicie quasi-polarnej, dzięki czemu satelita przekracza równik w tym samym lokalnym czasie, a co za tym się kryje kąt padania promieni słonecznych jest zawsze prawie identyczny dla obszarów na tej samej szerokości, inklinacja 98o, całkowite okrążenie Ziemi zajmuje SPOT 4 101,4 min. Czas pełnego pokrycia zdjęciami powierzchni Ziemi wynosi 26 dni. Minimalny czas użytkowania satelity przewiduje się na 5 lat.
SPOT 4 wyposażono w sensory typu HRVIR (High-Resolution Visable and InfraRed) oraz Vegetation (rozdzielczość 1,165 km). Skaner HRVIR został wyposażony w dodatkowy kanał ( średnia podczerwień ) o rozdzielczości terenowej 20 m, operujący w zakresie 1,58 ၭm - 1,75 ၭm, przeznaczony głownie do badania zawartości wilgoci w roślinach i wilgotności gleb, oraz do rozróżniania śniegu od chmur.
Natomiast skaner Vegetation jest instrumentem zaprojektowanym do monitorowania biosfery w skali światowej i regionalnej. Ma on zapewnić wysokiej jakości dane o pokryciu roślinnością kontynentów dla programów monitorujących środowisko i naturalne zasoby Ziemi. Całkowity kąt widzenia wynosi 50.5°, co daje szerokość sceny 2250 km. Codziennie obserwowane jest 90% obszarów międzyzwrotnikowych, pozostałe 10% następnego dnia. Obszary położone powyżej 35° (na północ i południe do równika) obserwowane są co najmniej raz dziennie. Skaner pracuje w następujących 4 kanałach:
1. 0,43 ၭm - 0,47 ၭm (niebieski) - zaprojektowany do penetracji wody, jest użyteczny w kartografii wybrzeży i rozróżniania gleby od wegetacji, a także w określaniu typów lasów;
2. 0,61 ၭm - 0,68 ၭm (czerwony) - czuły na absorpcje chlorofilu, użyteczny do rozróżniania roślinności;
3. 0,79 ၭm - 0,89 ၭm (bliska podczerwień) - wykorzystywany do oznaczanie typów wegetacji, zawartości biomasy, występowania wód oraz rozróżniania wilgotności gleby;
4. 1,58 ၭm - 1,75 ၭm (średnia podczerwień) - przeznaczony do rozróżniania typów skał i minerałów, także użyteczny do badania stanu wilgotności i wegetacji.
Dzięki temu, że obydwa instrumenty korzystają z identycznych kanałów spektralnych (czerwony i średnia podczerwień), możliwe jest połączenie obrazów z obu instrumentów, co pozwala prowadzić analizy w szerokim zakresie skal.
4 maja 2002 roku CNES z ośrodka w Gujanie francuskiej wystrzelono na orbitę okołoziemską kolejnego satelitę serii - SPOT 5. Orbita satelity i jej elementy są takie same jak SPOT 4, ale uległo zmianie jego wyposażenie. Został on zaopatrzony w skaner o wyższej rozdzielczości HRG (High Resolution Geometry) dzięki czemu ulegnie zwiększeniu rozdzielczość terenowa zdjęcia, i tak dla scen wielospektralnych będzie to wynosiło 10 m, natomiast dla zdjęć panchromatycznych 5 m lub 2,5 m.
Obraz ukazuje pierwsze ogólnodostępne panchromatyczne zdjęcie o rozdzielczości 2,5 m, które jest efektem opracowania 2 zdjęć zrobionych przez SPOT 5 w rozdzielczości 5 m. Zamierzeniem konstruktorów SPOT 5 było wykorzystanie zdjęć w takiej rozdzielczości przy produkcji map średnioskalowych z przedziału 1:25 000 do 1:10 000, a także w planowaniu przestrzennym terenów miejskich i podmiejskich oraz w szacowaniu strat po klęskach żywiołowych na tych obszarach.
Ikonos
Kolejnym amerykańskim satelitą wystrzelonym na orbitę okołoziemską jest Ikonos który został wyniesiony na orbitę 24 września 1999r z lotniczej bazy wojskowej w Vanderburg ( Kalifornia ) na pokładzie rakiety Atena II.
Właścicielem satelity IKONOS jest amerykańska firma Space Imaging. IKONOS jest pierwszym satelitą komercyjnym o rozdzielczości 1 metra, co stanowiło przełom w obserwacjach powierzchni Ziemi z kosmosu. Dotychczasowe dostępne dane satelitarne miały rozdzielczość 10 razy mniejszą. Satelita ten posiada możliwość rejestracji z rozdzielczością 1 metra w trybie panchromatycznym oraz 4 metrów w trybie wielospektralnym. Dokładność oraz możliwość przeprowadzania różnorodnych analiz powoduje, że dane z obrazów IKONOSA są idealne do tworzenia map i analiz przestrzennych. Space Imaging proponuje także technikę zwaną "Pan-Sharpening", polegającą na połączeniu przestrzennej precyzji danych 1-metrowych z informacjami spektralnymi zawartymi na obrazach 4-metrowych.
Dane techniczne dotyczące satelity IKONOS
Ikonos porusza się po heliosynchronicznej orbicie, na wysokości 681 km, natomiast inklinacja wynosi 98,1O. Satelita porusza się z szybkością 7 km / sek, dzięki czemu okrąża Ziemię w 98 min. Częstotliwość skanowania tego samego obszaru wynosi dla rozdzielczości skanowania 1 m - 2,9 dnia natomiast dla rozdzielczości 4 m - 1,5 dnia. Dokładność metryczna zdjęć jest zróżnicowana, dla zdjęć bez punktów kontrolnych wynosi ona 12 m w płaszczyźnie XY natomiast 10 m dla wysokości ( Z ), jeżeli natomiast będziemy mieli punkty kontrolne to wówczas dokładność wyniesie dla płaszczyzny XY - 2 m, natomiast dla wysokości 3 m. Szerokość pasa skanowania wynosi 11 km.
Ikonos został wyposażony w multispektralny skaner, który wykonuje zdjęcia w 5 następujących kanałach:
1) 0,45 ၭm - 0,52 ၭm (niebieski)
2) 0,52 ၭm - 0, 60 ၭm (zielony)
3) 0,63 ၭm - 0,69 ၭm (czerwony)
4) 0,76 ၭm - 0,90 ၭm (bliska podczerwień)
5) 0,45 ၭm - 0,90 ၭm (panchromatyczny)
Landsat 7
Landsat 7 został wyniesiony na orbitę okołoziemską w dniu 15 kwietnia 1999 przez rakietę Delta II z lotniczej bazy wojskowej w Vanderburg. Jest to 7 z kolei satelita wystrzelony zgodnie z programem Landsat powstałym w 1972r., którego inicjatorami są NASA (National Aeronautics and Space Administration), NOAA (Nationa Oceanic and Atmospheric Administration) oraz USGS (United States Geological Survey).
Przewidywany czas poprawnego działania tego satelity wynosi minimum 5 lat. Głównym jego zadaniem jest kontynuacja zadań Landsta 5 (Landsat 6 wystrzelony 10 maja 1993 nie osiągnął zamierzonej orbity i jego misja nie powiodła się) oraz rozpoczęcie nowych projektów na co składa się:
kontynuacja danych - 30 lat nie przerwanie satelity projektu Landsat dostarczają dane o powierzchni Ziemi;
misja nieprzerwanych pomiarów - system Landsat dostarcza cyklicznych (16 dni pełny cykl) odnawialnych zdjęć powierzchni Ziemi, co pozwala na pomiar zjawisk zachodzących w długim czasie a także uniezależnia nas od zachmurzenia i zbytniego nasłonecznienia;
łatwość w dostępie i obróbce danych - zdjęcia z satelity są łatwo dostępne za pośrednictwem EROS (The Earth Resources Observation Systems);
rozszerzona kalibracja - zdjęcia wykonane za pomocą skanera ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) są skalibrowane o około 5 % lepiej niż w skanerze TM z Landsata 5, co wyznacza nowy standard dokładności dla innych konkurencyjnych komercyjnych satelitów;
łatwość i szybkość w dostępie do danych cyfrowych - w przeciągu maksymalnie 48 godzin użytkownik może uzyskać przez Internet wymagane przez siebie aktualne zdjęcia dowolnego fragmentu powierzchni Ziemi.
Satelita Landsat 7 ma około 4,3 m długości oraz 2,8 m szerokości i waży około 2200 kg. Porusza się po orbicie heliosynchronicznej, na średniej wysokości 705 km nad powierzchnią Ziemi, średni czas okrążenia globu ziemskiego wynosi 98,8 min (7 km / sek.). Kąt nachylenia orbity do płaszczyzny równika (inklinacja) wynosi 98,2O, pas skanowania 185 km, zaś całkowity czas pokrycia globu ziemskiego zdjęciami między 81 równoleżnikiem południowym i 81 północnym wynosi 16 dni. Pokrycie globu ziemskiego uzyskujemy w wyniku 233 pasów składających się z 248 scen każdy. Co w sumie daje 57 784 zdjęcia o wymiarach 185 km x 170 km
Landsat 7 został wyposażony w skaner ETM+, za pomocą którego skanowany jest teren w paśmie panchromatycznym o rozdzielczości terenowej 15 m oraz 7 przedziałach pasma radiometrycznego o rozdzielczości terenowej 30m:
1) pasmo 0,45 ၭm - 0,52 ၭm
2) pasmo 0,52 ၭm - 0,60 ၭm
3) pasmo 0,63 ၭm - 0,69 ၭm
4) pasmo 0,76 ၭm - 0,90 ၭm
5) pasmo 1,55 ၭm - 1,75 ၭm
6) pasmo 10,4 ၭm - 12,5 ၭm (pasmo termalne o rozdzielczości terenowej 60 m)
7) pasmo 2,08 ၭm - 2,35 ၭm
QuickBird
Kolejnym amerykańskim projektem jest komercyjny produkt amerykańskiej firmy DigitalGlobe o nazwie Bird. Pierwszym satelitą tego przedsięwzięcia był EarlyBird wystrzelony na orbitę 24 grudnia 1997 roku, niestety po 4 dniach utracono łączność z satelitą.
EarlyBird wyposażony był panchromatyczny skaner o rozdzielczości terenowej 3 m, oraz trzykanałowy skaner o rozdzielczości 15 m, jego zdjęcia miały być wykorzystane w rolnictwie, poszukiwaniu rud minerałów, infrastrukturze oraz planowaniu przestrzennym miast.
Po niepowodzeniu misji EarlyBird 18 października 2001 roku wystrzelono na orbitę kolejnego satelitę projektu Bird o nazwie QuickBird. Satelita porusza się na wysokości 450 km, po heliosynchronicznej orbicie, a jej inklinacja wynosi 98O, okres obiegu wokół Ziemi wynosi 93,4 min. Przewidywany czas działania satelity wynosi 7 lat. Dzięki zastosowaniu m in. techniki GPS do ustalenia trajektorii orbity satelita może wykonywać zdjęcia terenu bez potrzeby wykorzystywania naziemnych punktów kontrolnych, a dokładność terenowa takich zdjęć wynosi 23 m. Zdjęcia wykonywane są nadirowo natomiast wielkość sceny wynosi 11 km x 11 km, QuickBird został wyposażony w skaner o rozdzielczości 0,61 m dla zdjęć panchromatycznych oraz 2,4 m dla zdjęć multispektralnych. Tak wysoka rozdzielczość pozwala na dokładną analizę obszaru praktyczne porównywalną już ze zdjęciami lotniczymi, co może być użyteczne m in. w aktualizacji map tematycznych, a także jest najlepszym produktem handlowym na rynku zdjęć satelitarnych.
Szczegółowy wykaz zakresów spektralnych skanerów zainstalowanych na satelicie QuickBird przedstawia poniższe zestawienie:
0,45 ၭm - 0,52 ၭm (niebieski)
0,52 ၭm - 0,60 ၭm (zielony)
0,63 ၭm - 0,69 ၭm (czerwony)
0,76 ၭm - 0,90 ၭm (podczerwony)
0,45 ၭm - 0,90 ၭm (panchromatyczny)