國外商業遙感衛星發展啟示

● 文|錢學森空間技術實驗室　李帥　侯宇葵　滿益云　汪夏

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國外商業遙感衛星發展啟示

● 文|錢學森空間技術實驗室李帥侯宇葵滿益云汪夏

引言

自從1999年美國IKONOS-2衛星成功商業運作以來，世界上發射了多顆商業遙感衛星，這些衛星兼有軍民兩用的用途，在全球范圍或局部區域進行市場化運營。商業遙感衛星在帶來巨大市場空間的同時，也大幅促進了整個遙感衛星系統的飛速進步，帶動整個產業鏈健康穩步發展。本文總結國外商業遙感衛星及相關公司的特點，應用經濟學五力模型對世界商業遙感市場進行分析，并在此基礎上提出我國遙感衛星商業化發展的建議。

一、國外商業遙感衛星公司發展分析

1．DigitalGlobe

數字地球（DigitalGlobe）公司在2012年合并GeoEye公司后，占據了世界銷售份額的30%～40%，理所當然成為遙感衛星數據市場的龍頭企業。其運營模式成功之處在于：

（1）完善公司治理結構，登陸資本市場取得融資

一方面，便于接受公眾尤其是投資者監督；另一方面，研制和發射高分辨率遙感衛星耗資巨大，從資本市場融資有利于減輕政府負擔，政府還可以通過購買衛星圖像來扶植相關產業的發展，實現衛星資產最優配置的作用。

（2）橫向一體化產業鏈戰略

由于衛星遙感圖像市場是一個產品差別化較小、規模經濟較為明顯的新興產業，因此在經歷了產業初期的多公司階段后，必然會進入不斷兼并形成寡頭格局的階段。而兼并重組后形成大企業，一方面有利于避免惡性價格競爭，另一方面也有利于形成規模經濟、降低成本、提高服務質量，集中力量進行新的高精度遙感技術和圖像處理技術的研發。此外，更有利于政府根據法律對商業化衛星圖像進行管控。

（3）衛星資產的管控方式及銷售策略

衛星的測控和遙感數據接收由公司自行完成，因此能夠快速滿足客戶的個性化需求。

（4）不同發展期融資渠道

在早期培育、中期并購重組并擴大規模，直到穩定期的三個階段，其資金來源如表1所示。可以看出，DigitalGlobe公司對于政府采購的依賴程度非常大。尤其在發展的早中期，衛星研制、業務擴張以及企業兼并收購的資金主要來源于政府的預付賬款所帶來的現金流。

表 1　DigitalGlobe公司發展的資金來源

（5）行業核心競爭力——高精度的數據指標

由于遙感衛星圖像公司所提供的產品結構不具有太大的差異性，因此構成其核心競爭力的關鍵因素是其所能提供的圖像分辨率和定位精度。WorldView-3衛星最高分辨率可達0.25m，這樣的數據精度是其他國家暫時達不到的。

2．Terra Bella（原名Skybox Imaging）

該公司不論從戰略定位、自身技術、盈利模式還是客戶組成、融資方式都與傳統的遙感衛星圖像公司完全不同，其商業模式也值得學習和借鑒。

（1）橫跨產業鏈上中下游的戰略，形成獨特的“Skybox生態”

由低價、高性價比的小衛星星座，高重訪速度、動態視頻組成的圖像數據，開放式衛星圖像開發平臺和遙感衛星數據云計算服務器，共同構成太空盒子（Skybox）公司獨特的生態模式（見圖1）。可以預見，這種顛覆式的互聯網“玩法”，很有可能在未來大幅拉低衛星遙感數據的價格，擠壓現有衛星遙感圖像巨頭的利潤空間，并在此基礎上改變整個行業的盈利模式。

圖 1　Skybox產業鏈“生態”示意圖

（2）完全不同的融資方式和客戶組成

Skybox將希望寄托在政府和軍隊這兩大傳統用戶以外的對最新衛星成像有需求的市場。其客戶組成更是讓人“眼花繚亂”，有需要對地觀測數據的公司，也有熱衷于應用開發的互聯網“極客”，還有高校、科研院所等，更有如Google之類的互聯網巨頭。

3．國外商業遙感衛星公司特點

（1）商業遙感衛星商業化發展的三種形態

1）政府扶持啟動研制衛星系統，商業化公司全面負責運營管理，提供圖像產品和信息服務，除了滿足國內政府和軍隊的需求，還在政策限定允許的條件下進行全球范圍的商業化運營（以美國、法國、解釋為什么其利潤率較低，并容易虧損。要改變此局面，需要加強本環節的議價能力。這也是為什么美國的遙感衛星商業公司會通過兼并收購，因為需要形成一定的壟斷性以及規模經濟，增強話語權。

2）替代產品威脅較高。需要行業不斷提高技術，加大研發投入，提高分辨率和定位精度，減少圖像成本等，減小替代品的威脅程度。

3）行業內價格、性能競爭大。一方面需要通過兼并收購不斷擴大規模經濟，并通過往產業鏈下游擴張實現產品差異化，避免惡性價格競爭；另一方面需要加強成本控制。

4）行業新進入者可能顛覆現有的市場格局，需要主動適應互聯網時代的思維模式，及時根據形勢對盈利方式和商業模式做出調整。印度、以色列為代表）。

圖 2　世界范圍商業遙感領域的五力模型

2）政府投資與國外的公司合作研制衛星系統，除了滿足國內政府和軍隊需求，在一定條件下，指定國外公司提供全球范圍的商業化圖像銷售服務（以韓國和中國臺灣為代表）。

3）公司自主投資研制衛星系統，并負責提供全球范圍內圖像產品和信息的商業化銷售服務（以法國SPOT-6/7為代表）。

其中第一種形態是當前的主流。

（2）主要依賴政府、軍隊采購

政府、軍隊對數據產品的采購超過全部市場銷售收入的70%，大眾消費市場依然沒有啟動。

（3）從數據產品提供商向服務商轉變

近年來全球衛星影像資料大幅增加，使得衛星標準產品售價逐步降低，因此各公司通過增值產品和服務提升其在國際市場的競爭力。

（4）基于互聯網思維的商業模式正在發展

Skybox等新興的公司將網絡化時代的云計算、大數據引入商業遙感領域，面向服務，為普通用戶提供快速、個性化定制服務，催生全新的商業模式。

4．國外商業遙感市場特點分析

根據世界范圍商業遙感領域的五力模型（如圖2所示），可以看出：

1）供應商與購買商議價能力都很強。由此可以

二、國外商業遙感衛星特點分析

1．國外商業光學遙感衛星技術特點

（1）光學遙感器與衛星平臺一體化設計，凸顯遙感器在衛星研制中的核心作用

這種系統頂層的優化設計方法在降低衛星質量和慣量，增加載荷在整星質量中所占比例的同時，提高了遙感衛星的輻射和幾何質量。如Pleiades衛星采用此類設計，功能和性能得到了革命性提高，而相比SPOT-5整體質量減小了2/3。

（2）工作模式增多，敏捷能力極大增強，時間分辨率提高

從SPOT系列光學遙感器信息獲取方式的演變可以看出，首先是以平面獲取方式為主，中間以不同的光學遙感器實現平面+立體同時獲取，再發展到單臺光學遙感器敏捷多種工作模式有選擇性地平面和立體獲取。

（3）新型結構材料的廣泛應用，實現光學遙感器輕量化和高穩定

新型結構材料的使用，使得光學遙感器輕小型化，結構穩定可靠，如Pleiades在口徑優化的前提下，0.7m/2.8m的光學遙感器質量僅為221kg。

（4）電子系統集成度提高，帶來光學遙感器的輕小型化和低功耗，并提高可靠性

如Pleiades的光學遙感器，分辨率0.7m/2.8m、幅寬20km，其電子系統質量僅為17kg。

（5）采用多種手段，不斷提高成像質量

一是定位精度不斷提高，通過高精度星敏、高精度陀螺、太陽敏感器、磁力矩器以及GPS接收機等協同工作，大幅提高無控點定位精度。二是使用地面、在軌定標手段，實現高頻次定標。三是綜合考慮采樣、重構和復原3個過程，提高整個遙感成像系統的MTF（不單獨追求靜態MTF），從全鏈路的角度提高成像質量。

（6）光學遙感衛星長壽命在軌可靠運行，前后接替順暢，充分發揮效能

IKONOS-2衛星在軌運行近15年多，QuickBird-2在軌運行14年多，長期在軌可靠運行，一方面很好使各個衛星之間前后接替比較順暢；另一方面提高衛星的效益，使衛星效能得到充分發揮。

（7）高分辨率遙感數據應以用戶需求為導向

美國商業高分辨率遙感衛星，除了能保證軍方使用要求，環境監測能力也逐漸增強，擴大了高分辨率遙感衛星在民用領域的市場。如WorldView-3衛星增加了8個短波紅外譜段，12個30m分辨率大氣校正譜段，大幅度提高定量化遙感應用能力。

2．國外商業SAR遙感衛星技術特點

（1）星載SAR分辨率不斷提高、測繪帶寬不斷增大

星載SAR的分辨率和測繪帶寬與系統的工作帶寬、脈沖重復頻率、天線尺寸、波束指向以及精度、模糊度等之間存在復雜的制約關系，需要通過精密的系統設計論證完成。

（2）觀測參數不斷增多，獲得的地物目標信息量逐漸豐富

第1顆SAR衛星SEASAT采用固定工作頻率（L頻段）、單一極化方式（HH）和固定視角成像，此后，各國爭相發展多極化、多頻段、多視角的高分辨率衛星SAR系統。

（3）小型化的SAR衛星星座是星載SAR的發展趨勢

SAR衛星星座由多顆衛星構成，可以提高星載SAR遙感的時效性，縮短重訪周期，提高對地觀測和監視能力（如意大利的COSMO-SkyMed星座）。

（4）InSAR以及PolInSAR逐漸成為星載SAR的發展重點

InSAR技術解決了對地物目標第三維信息（高程信息或速度信息）的提取問題。PolInSAR可以同時提取觀測對象的空間三維結構信息和散射信息，有利于微波定量遙感的發展，以及高精度數字高程信息和觀測對象細微形變信息的提取。

3．國外新興商業小衛星研制特點

（1）非宇航級供應鏈

如星球實驗室（Planet Labs）公司的“鴿群”衛星沒有任何元件直接來自傳統的宇航產業，而是通過商業級組件（COTS）獲取。

（2）從電子消費產業中吸取衛星制造的經驗

資源共享：如Planet Labs的“鴿群”衛星效仿新一代電腦Surface Pro 3，不再提供任何服務組件的設計方法，不再進行任何封裝，所有器件都共享，包括電源、FPGA等在內的資源。

效仿軟件的研制方法：軟件產品講究“早發布，勤發布”，對于商業小衛星來說，即快速發射衛星。這不僅可以避免產品功能的退化，還可以在后續產品中應用最新的技術。

三、我國遙感衛星商業化發展的建議

1．管理及政策方面的建議

（1）加強宏觀管理

建立一個有權威的高分辨率遙感商業化運營的政府協調機構，統籌協調利益相關部門的職責和義務，著手制定我國高分辨率遙感衛星商業化運營法規和發展規劃，研究高分辨率對地觀測衛星系統商業化運營后的管理體制。

（2）制定遙感衛星產業化數據政策

明確商業遙感衛星及數據開放范圍；制定國產遙感衛星數據使用、管理、共享、分發服務和銷售政策，制定高分辨率數據的降解密政策，實施高分辨率商業遙感衛星的快門全控制；制定國產遙感衛星數據與產品出口政策，在保證國家信息安全的前提下，利用政府間合作機制，擴大我國遙感數據的國際影響力，鼓勵遙感衛星產品及數據的出口，建立良好的服務體系，全面提升國產衛星數據與產品在國際市場的競爭力。

（3）建立商業遙感衛星制造及運營許可證制度

從衛星的規劃、立項、研制、運行等方面進行有效管理，明確研制、運行衛星的主體資格，明確研制及運行衛星的權利和義務以及其他相關許可要求，促進我國具有國際競爭力的企業的發展。

（4）循序漸進推動遙感衛星商業化發展

在推進遙感衛星商業化發展過程中需充分考慮核心數據自主可控，提高國產衛星的市場競爭力。

2．技術方面的建議

（1）商業光學遙感衛星技術發展建議

1）星座組網運行。從用戶及時獲取有效信息的角度出發，按照0.25m、0.5m、1m、2m分辨率標準提供標準化的數據產品。星座組網運行，優化軌道設計、成像模式，提高成像效率、快速響應能力和數據利用效率，滿足商業化發展多任務觀測需求。

2）星地結合高精度高頻次定標。要實現遙感衛星的產業化和商業化，并具有國際競爭力，需突破長期以來制約定量化遙感應用發展的重大瓶頸問題，星地結合，系統性地發展高精度高頻次定標方法。

3）長壽命高可靠。從整星角度，充分考慮系統、分系統、單機可靠性，實現整星壽命超過8年，滿足市場化發展需求。

4）全鏈路提高成像質量。把光學遙感器的成像質量與預估融到整個遙感成像系統中考慮，從遙感成像系統全鏈路優化角度出發，對成像質量進行系統級優化。

5）以載荷為中心的敏捷衛星總體設計。敏捷衛星的設計強調系統性，設計中的每個部分都圍繞“敏捷機動”實現高分辨率多模式成像開展。

6）高定位精度。發展甚高精度星敏感器、高精度導航接收機、高穩定載荷適配結構等核心單機，并結合微振動抑制技術、在軌定標技術、地面處理技術等共同提高定位精度。

7）先進的空間數據系統。空間網絡和星載數據網絡標準化分層構建，通過應用層向用戶提供直接面向任務的控制操作接口，為構建星地一體化空間互聯網提供基礎能力。

8）廣泛使用新型結構材料，實現光學遙感器輕量化和高穩定。加大新型復合材料的使用力度，聯合國內材料研制優勢單位，廣泛應用成熟的材料。

（2）商業SAR遙感衛星技術發展建議

1）多頻多極化多模式。發展多頻多極化多模式SAR，頻段涵蓋P、L、S、C、X等全部頻段，且單/ 雙/全極化可選。

2）高分辨率。發展高分辨率SAR衛星（國外在軌SAR衛星最高分辨率達0.25m）。

3）輕小型化。發展小衛星輕型SAR，并實現組網運行。

4）編隊干涉/極化干涉。國外在軌衛星大多都可進行單星重軌干涉，并且已實現雙星編隊干涉和極化干涉。

5）地面動目標監測（GMTI）。國外已完成了單星GMTI在軌試驗和雙星編隊GMTI在軌試驗。國內只完成了機載試驗，星載GMTI還處于預研階段。

參考文獻

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