技术差距很大?卫星拍摄俄乌战区曝光:中国是黑白,美国是彩照?

2022年2月24日,俄罗斯与乌克兰战争正式爆发,俄军迅速占领乌克兰首都基辅,战况激烈,多国卫星均拍摄到两军交战的场面。

技不如人?卫星拍摄俄乌战区曝光:中国是黑白,美国是彩照?

2月26日,《环球日报》记者从中国天仪研究院拿到了一米分辨率的“海丝一号”SAR遥感卫星捕捉到的画面;报道发出后,不少人将注意力集中在了图片的色彩上,称美国发布的为彩色照片而中国“海丝一号”却是黑白的,甚至得出“中国技不如人”这样的结论,事实果真如此吗?

“无图无真相”,首先上样张看看,这几张是美国公司Maxar Technologies最新得到的卫星照片:

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俄车队赴往乌克兰境内

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以下则是由《环球日报》报道发布的中国“海丝一号”SAR卫星样张:

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直观上来看,貌似确实是美国卫星拍摄到的画面更为“讨喜”——不仅纹路清晰,并且是彩色的,很容易看出地面特征:俄乌战争状况仍旧比较紧张,好在乌克兰许多民用设施没有受到过大的损坏。来到中国这边,“海丝一号”拍到的画面不仅是“黑白色”,连画质好像也很模糊,莫非真的是我们技术太落后,才会有这样的结果?

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同年2月4日日本经济新闻网发出的美国卫星图片,俄军队演习

先别急着下结论,首先要注意的是,前文已经交代,中国卫星的图片是报社记者从卫星研究院获取的,由于发布和排版等问题,报社不得不裁剪图片、降低分辨率才能发出,因此画面会看起来比较“糊”,就像老照片一样。

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清晰度的疑问解决了,那么色彩呢?为何美国公司放出了彩照,而中国还是黑白色,难道我们还在用早已淘汰掉的“胶卷”拍照吗?

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胶卷

不要觉得可笑,因为早期卫星成像,的确是采用拍摄后将胶卷携带在回收舱或者返回式卫星发射回地面,地面工作人员再对其进行分析处理;可是这样一来要耗费大量的时间,时效性非常差,做不到实时监控和处理。因此,后来的卫星改为将图像信号转化为二进制信号直接发给地面,地面控制站接收并还原,十分方便快捷。

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目前主流卫星的观测手段无非是那几种,但是最常见的,也是美国公司此次所采用的,便是可见光波段拍摄了,它能够最大限度地还原卫星“见到”的景象。并且成像清晰、信息准确。只不过,它致命的缺点便是“怕黑”——一到了夜晚就什么都看不到。因此,为了补足这个缺憾,红外成像技术应运而生,它是通过红外线扫描不同温度的区域并显示在图像上,从而达到观测的效果。只不过,一旦有外界干扰,如爆炸、车辆飞机的发动释放红外辐射,这种技术也就基本“歇菜”了。

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最后剩下的,便只有雷达成像了。用这种方法如果想得到高分辨率、高精度的照片,目前最先进的办法就是SAR(Synthetic Aperture Radar),即合成孔径雷达,也是此次“海丝一号”所采用的方案。

合成孔径雷达成像的原理,其实也很简单:天上的卫星在运行时不断发出电磁波脉冲,这些信号会在沿途“碰到”观测物体时弹射回来,反馈给监测站,再对其进行处理,那么这一大段距离的信号就相当于是一个巨大尺寸的雷达天线发射出来的,简而言之就像是模拟合成了一个大雷达,这也是SAR名称的来源。

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这种方法的好处是什么呢?不难看出,首先就是观测者可以大面积观察地面情况,如果有必要,装载在卫星上的SAR甚至可以“拍下来”整个地球的画面。再加上电磁波具有穿透性,因此如果想看,基本没有什么可以阻挡观测者的视野,穿透云层、烟雾、辐射干扰更是不在话下;当然,这并不代表SAR卫星会忽略这些信息,如果想观测云层,取消屏蔽就可以了,可以说十分便捷。

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但是由于采用SAR得到的画面不是直接拍摄到的图像信息,而是卫星发给地面,再由电脑编译处理出来的“信号信息”,它唯一的缺憾便是无法还原观测物的色彩,才给人“黑白照”的感觉;可它并不是传统意义上的黑白色,或者说,用SAR获取的图片就没有颜色这一概念。

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一开始,这种技术是应用在飞机上,以便实时观测地面状态,后来随着技术的成熟,越来越多国家将其装载在卫星上,以便地面分析观察。甚至可以说,一个国家在合成孔径雷达上的造诣,决定了它能否不受任何干扰地及时获取有用的信息;另一个方面来说,也代表了这个国家的科技水平的高低。

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我国“海丝一号”是国内首颗基于有源相控天线的百公斤级别、一米分辨率、全天时、全天候的二维高分辨率SAR遥感卫星,更为重要的是,这仅仅是我国的商业卫星,且已经分析出很多有用的信息:2022年1月15日汤加火山爆发时,海丝一号卫星就抓拍到了清晰的雷达成像图,并为救灾提供了必要的帮助。

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同年1月16日海丝一号拍摄汤加火山样张

然而可笑的是,由于“拍摄”到的图片是“黑白”的,那次事件,也有很多人跳出来说中国“技不如人”,可事实上,中国的大部分卫星都不在汤加上空周围区域,而海丝一号合成的这些“黑白”图片已经能够观测到汤加海底火山爆发的详细过程。

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诚然,中国对航天、卫星的研究起步相较于发达国家较晚,但这不代表我们会和它们拉开过大的差距,早在几年前,我国民用卫星“吉林一号”就可以做到米级别的动态视频实时同步直播,高精度彩色照片自然是小菜一碟,不信可以看下图吉林一号拍到的日本福井石油基地样张。

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近几年,我国科学技术水平大幅提高,早已不是那个“只能造板凳书桌、造不出飞机大炮”襁褓里的新中国。中国公民应该充分相信自己的国家,有不足和差距我们当然承认,但是没有经过仔细了解和分析就急着下定论,实在不可取。

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1970年4月24日我国首颗卫星“东方红一号”

其实不管有没有色彩,能得到有用的信息才是王道,不是有句老话叫,“甭管黑猫白猫,能捉老鼠就是好猫”吗?当然,可见光拍摄和SAR也无法做到互相取代,它们更多的是互补;也祝愿我国在航天和卫星技术上再创新高,中国更加繁荣富强。

最后,还是希望俄乌能够早日达成和解,避免更多人因战争伤亡。

参考资料:

[1]雷俊杰,杨武年,李红,王芳,杨鑫.哨兵光学及SAR卫星影像协同分类研究[J].现代电子技术,2022,45(02)
:135-139.DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2022.02.026.

[2]张永强,王赟,刘德庆,陈筠力,于迎军,吴敬玉.敏捷SAR卫星平台载荷一体化控制方法研究[J].上海航天(中英文),2021,38(05):67-73+
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[3]李涛,唐新明,高小明,陈乾福,张祥.SAR卫星业务化地形测绘能力分析与展望[J].测绘学报,2021,50(07):891-904.

[4]“海丝一号”中国首颗轻小型SAR卫星[J].雷达科学与技术,2021,19(01):2.

[5]吴长锋. 我国“海丝一号”卫星助力汤加救灾[N]. 科技日报,2022-01-20(002)
.DOI:10.28502/n.cnki.nkjrb.2022.000311.

作者:许墨元 校稿编辑:小宛

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作者: baikepai

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