最近几年上百颗的光学和雷达商业遥感卫星发射升空，空间分辨率更高，性能更强，竞争也越来越激烈。除了光学和雷达遥感卫星之外，也出现了不少多样化传感器的商业遥感卫星，高光谱、热红外、无线电掩星等。不同的传感器获取的地表信息不一样，各有特色，带来了更丰富的对地观测数据，也带来了解决新老问题的更多可能。2023年10月，英国的一颗新型热红外卫星HotSat-1发布了第一批对地热成像数据，空间分辨率为3.5米，是当前空间分辨率最高的民商热红外图像。这个相对较小的航天器被恰当地称为“HotSat-1 ”; 将由总部位于伦敦的初创公司Satellite Vu运营。它的红外传感器是在英国和欧洲航天局的资助下开发的。HotSat-1将于太平洋时间14:19(英国夏令时22:19)在加州范登堡太空部队基地由SpaceX猎鹰9号火箭发射。在500公里(311英里)的高度飞行时，它将具有看到单个屋顶和墙壁的辨别率。该公司计划发射8颗卫星，组成一群“空中温度计”。HotSat-1由位于吉尔福德的萨里卫星技术有限公司制造。
当物体的温度超过绝对零度时，都会对外发射红外辐射，常温的地表物体发射的红外辐射主要在波长大于3微米的中远红外区，又称热辐射。人眼感知不了热辐射，不能形成图像，但是利用卫星携带的热红外传感器(星载)可以收集、记录地物的热辐射，获得的热红外成像数据可用于识别地物和反演地表参数(如温度、湿度和热惯量等)，在民用和军用领域有广泛的用途。
一、3.5米分辨率的第一批商业热红外图像
HotSat-1卫星2023年6月发射升空，运行在离地面500千米高的近地轨道，它搭载了当前分辨率最高的商用热红外传感器，使其理论上可以追踪直径为3.5米大小的冷热特征。以下5张图是其发布的第一批热红外图像(颜色越红表面温度就越高，颜色越蓝，就越低)，图1可以看到美国芝加哥的火车机车在夜间行驶。
图1 HotSat-1在夜间检测到芝加哥火车机车的热量图(来自SatVu)▼
图2是美国内华达州拉斯维加斯，道路和停车区的柏油路面及混凝土温度高于周围区域。
图2 美国内华达州拉斯维加斯图(来自SatVu)▼
图3是美国新墨西哥州阿尔伯克基，夜晚的机场，可以计数航站楼周围的飞机数；光学卫星无法在夜晚成像。
图3 美国新墨西哥州阿尔伯克基图(来自SatVu)▼
图4是美国俄克拉何马州库欣，可以分析油罐区的石油库存。
图4 美国俄克拉何马州库欣图(来自SatVu)▼
图5是加拿大西北地区，这张7月27日拍摄的照片显示了野火的活跃前沿，可以用来帮助预测火灾的发展速度和潜在的路径。
图5 加拿大西北地区图(来自SatVu)▼
二、SatVu热红外卫星星座及参数
Hotsat-1卫星是SatVu公司的第一颗热红外卫星(见图6)，其携带的中波红外传感器星下点空间分辨率为3.5米，相比于之前的民用的测量地表温度的载荷，分辨率至少高出一个数量级。
图6 SatVu的Hotsat-1卫星太空示意图(来自SSTL)▼
SatVu热红外卫星星座设计总共是8颗，2颗极地轨道，6颗中倾角轨道，成像模式包括单景、条带和视频，一天可以拍摄同一目标10-20次，星座及图像参数见表1。
表1 SatVu的热红外卫星星座参数 (来自SatVu)▼
三、星载测温热红外传感器
热辐射是自然界中存在最为广泛的辐射，红外热成像技术可以获取目标表面的热辐射分布图像并得到目标表面温度分布，星载的测温热红外传感器使我们可以获取全球地表温度，而且在完全无光的晚上也可以进行测量。图7显示了不同温度的黑体辐射能量按波长分布图，可以看到太阳(表面温度6000K)辐射的峰值波长在可见光范围内，地球(表面温度300K)辐射的峰值波长约在10μm，森林火点(约1000K)辐射的峰值波长约在5μm。
图7 不同温度的黑体辐射能量按波长分布图(来自NASA)▼
我们一般把红外波段(3-15μm)称为热红外波段，由图7我们可以看到地表物体(包括人造热源)辐射的峰值波长就在3-15μm区间，考虑到大气窗口(见图8)，卫星遥感的热红外探测波段一般都选择在3-5μm(中波红外)和8-14μm(长波红外)两个区间内。
图8 大气窗口图▼
热红外波段中3-5μm的中红外波段，对火灾、活火山、工厂热源等高温目标敏感，常用于识别分析高温目标。热红外波段中的8-14μm长波红外波段，一般用于地表常温目标的调查分析，如海面和地面温度制图，对于高于长波红外传感器温度上限的目标，则区分不了。国内外有很多携带热红外传感器的遥感卫星，表2列出了部分星载热红外卫星传感器参数，一般热红外图像的空间分辨率在数十米到千米，韩国的KOMPSAT-3A商业卫星中波红外相机拍摄的图像空间分辨率高达5.5米， 而中国的民星资源一号02E星携带的长波红外相机空间分辨率则达到了15米(见图9)。
表2 部分星载测温热红外传感器及其参数▼
图9 ZY-1 02E星热红外与可见光图像对比图(来自中国陆地观测卫星数据中心公众号)▼
四、总结
热红外遥感探测的是目标的热辐射特性，获取物体的表面温度分布，相较于可见光近红外光学遥感，其获取的物体信息不一样，还具有在夜间和恶劣天气下也能工作的优势；卫星热红外遥感在城市规划、农业生产、环境监测、森林草原火灾监测、气候变化、地质调查和军事侦查等领域有广泛的应用，HotSat-1商业卫星显著提高了卫星热红外图像的空间分辨率，将大大提升应用能力和扩展应用领域。但是HotSat-1数据的准确性还有待评估，尤其是在白天，由于太阳光反射的干扰，中红外波段测得的温度会高于实际温度；此外随着时间的推移，HotSat-1卫星能进行稳定的测量也是其成功的关键。
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