國外商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展啟示

● 文|錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室　李帥　侯宇葵　滿益云　汪夏

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國外商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展啟示

● 文|錢學(xué)森空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)室李帥侯宇葵滿益云汪夏

引言

自從1999年美國IKONOS-2衛(wèi)星成功商業(yè)運(yùn)作以來，世界上發(fā)射了多顆商業(yè)遙感衛(wèi)星，這些衛(wèi)星兼有軍民兩用的用途，在全球范圍或局部區(qū)域進(jìn)行市場化運(yùn)營。商業(yè)遙感衛(wèi)星在帶來巨大市場空間的同時(shí)，也大幅促進(jìn)了整個(gè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)的飛速進(jìn)步，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈健康穩(wěn)步發(fā)展。本文總結(jié)國外商業(yè)遙感衛(wèi)星及相關(guān)公司的特點(diǎn)，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)五力模型對世界商業(yè)遙感市場進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出我國遙感衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展的建議。

一、國外商業(yè)遙感衛(wèi)星公司發(fā)展分析

1．DigitalGlobe

數(shù)字地球（DigitalGlobe）公司在2012年合并GeoEye公司后，占據(jù)了世界銷售份額的30%～40%，理所當(dāng)然成為遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)市場的龍頭企業(yè)。其運(yùn)營模式成功之處在于：

（1）完善公司治理結(jié)構(gòu)，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(jiān)督；另一方面，研制和發(fā)射高分辨率遙感衛(wèi)星耗資巨大，從資本市場融資有利于減輕政府負(fù)擔(dān)，政府還可以通過購買衛(wèi)星圖像來扶植相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星資產(chǎn)最優(yōu)配置的作用。

（2）橫向一體化產(chǎn)業(yè)鏈戰(zhàn)略

由于衛(wèi)星遙感圖像市場是一個(gè)產(chǎn)品差別化較小、規(guī)模經(jīng)濟(jì)較為明顯的新興產(chǎn)業(yè)，因此在經(jīng)歷了產(chǎn)業(yè)初期的多公司階段后，必然會(huì)進(jìn)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(yè)，一方面有利于避免惡性價(jià)格競爭，另一方面也有利于形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)、降低成本、提高服務(wù)質(zhì)量，集中力量進(jìn)行新的高精度遙感技術(shù)和圖像處理技術(shù)的研發(fā)。此外，更有利于政府根據(jù)法律對商業(yè)化衛(wèi)星圖像進(jìn)行管控。

（3）衛(wèi)星資產(chǎn)的管控方式及銷售策略

衛(wèi)星的測控和遙感數(shù)據(jù)接收由公司自行完成，因此能夠快速滿足客戶的個(gè)性化需求。

（4）不同發(fā)展期融資渠道

在早期培育、中期并購重組并擴(kuò)大規(guī)模，直到穩(wěn)定期的三個(gè)階段，其資金來源如表1所示?？梢钥闯觯珼igitalGlobe公司對于政府采購的依賴程度非常大。尤其在發(fā)展的早中期，衛(wèi)星研制、業(yè)務(wù)擴(kuò)張以及企業(yè)兼并收購的資金主要來源于政府的預(yù)付賬款所帶來的現(xiàn)金流。

表 1　DigitalGlobe公司發(fā)展的資金來源

（5）行業(yè)核心競爭力——高精度的數(shù)據(jù)指標(biāo)

由于遙感衛(wèi)星圖像公司所提供的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不具有太大的差異性，因此構(gòu)成其核心競爭力的關(guān)鍵因素是其所能提供的圖像分辨率和定位精度。WorldView-3衛(wèi)星最高分辨率可達(dá)0.25m，這樣的數(shù)據(jù)精度是其他國家暫時(shí)達(dá)不到的。

2．Terra Bella（原名Skybox Imaging）

該公司不論從戰(zhàn)略定位、自身技術(shù)、盈利模式還是客戶組成、融資方式都與傳統(tǒng)的遙感衛(wèi)星圖像公司完全不同，其商業(yè)模式也值得學(xué)習(xí)和借鑒。

（1）橫跨產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的戰(zhàn)略，形成獨(dú)特的“Skybox生態(tài)”

由低價(jià)、高性價(jià)比的小衛(wèi)星星座，高重訪速度、動(dòng)態(tài)視頻組成的圖像數(shù)據(jù)，開放式衛(wèi)星圖像開發(fā)平臺(tái)和遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)云計(jì)算服務(wù)器，共同構(gòu)成太空盒子（Skybox）公司獨(dú)特的生態(tài)模式（見圖1）?？梢灶A(yù)見，這種顛覆式的互聯(lián)網(wǎng)“玩法”，很有可能在未來大幅拉低衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的價(jià)格，擠壓現(xiàn)有衛(wèi)星遙感圖像巨頭的利潤空間，并在此基礎(chǔ)上改變整個(gè)行業(yè)的盈利模式。

圖 1　Skybox產(chǎn)業(yè)鏈“生態(tài)”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(duì)這兩大傳統(tǒng)用戶以外的對最新衛(wèi)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(shù)據(jù)的公司，也有熱衷于應(yīng)用開發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)“極客”，還有高校、科研院所等，更有如Google之類的互聯(lián)網(wǎng)巨頭。

3．國外商業(yè)遙感衛(wèi)星公司特點(diǎn)

（1）商業(yè)遙感衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展的三種形態(tài)

1）政府扶持啟動(dòng)研制衛(wèi)星系統(tǒng)，商業(yè)化公司全面負(fù)責(zé)運(yùn)營管理，提供圖像產(chǎn)品和信息服務(wù)，除了滿足國內(nèi)政府和軍隊(duì)的需求，還在政策限定允許的條件下進(jìn)行全球范圍的商業(yè)化運(yùn)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(qiáng)本環(huán)節(jié)的議價(jià)能力。這也是為什么美國的遙感衛(wèi)星商業(yè)公司會(huì)通過兼并收購，因?yàn)樾枰纬梢欢ǖ膲艛嘈砸约耙?guī)模經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)話語權(quán)。

2）替代產(chǎn)品威脅較高。需要行業(yè)不斷提高技術(shù)，加大研發(fā)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(yè)內(nèi)價(jià)格、性能競爭大。一方面需要通過兼并收購不斷擴(kuò)大規(guī)模經(jīng)濟(jì)，并通過往產(chǎn)業(yè)鏈下游擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，避免惡性價(jià)格競爭；另一方面需要加強(qiáng)成本控制。

4）行業(yè)新進(jìn)入者可能顛覆現(xiàn)有的市場格局，需要主動(dòng)適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的思維模式，及時(shí)根據(jù)形勢對盈利方式和商業(yè)模式做出調(diào)整。印度、以色列為代表）。

圖 2　世界范圍商業(yè)遙感領(lǐng)域的五力模型

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

3）公司自主投資研制衛(wèi)星系統(tǒng)，并負(fù)責(zé)提供全球范圍內(nèi)圖像產(chǎn)品和信息的商業(yè)化銷售服務(wù)（以法國SPOT-6/7為代表）。

其中第一種形態(tài)是當(dāng)前的主流。

（2）主要依賴政府、軍隊(duì)采購

政府、軍隊(duì)對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的采購超過全部市場銷售收入的70%，大眾消費(fèi)市場依然沒有啟動(dòng)。

（3）從數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供商向服務(wù)商轉(zhuǎn)變

近年來全球衛(wèi)星影像資料大幅增加，使得衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品售價(jià)逐步降低，因此各公司通過增值產(chǎn)品和服務(wù)提升其在國際市場的競爭力。

（4）基于互聯(lián)網(wǎng)思維的商業(yè)模式正在發(fā)展

Skybox等新興的公司將網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)引入商業(yè)遙感領(lǐng)域，面向服務(wù)，為普通用戶提供快速、個(gè)性化定制服務(wù)，催生全新的商業(yè)模式。

4．國外商業(yè)遙感市場特點(diǎn)分析

根據(jù)世界范圍商業(yè)遙感領(lǐng)域的五力模型（如圖2所示），可以看出：

1）供應(yīng)商與購買商議價(jià)能力都很強(qiáng)。由此可以

二、國外商業(yè)遙感衛(wèi)星特點(diǎn)分析

1．國外商業(yè)光學(xué)遙感衛(wèi)星技術(shù)特點(diǎn)

（1）光學(xué)遙感器與衛(wèi)星平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)，凸顯遙感器在衛(wèi)星研制中的核心作用

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

（2）工作模式增多，敏捷能力極大增強(qiáng)，時(shí)間分辨率提高

從SPOT系列光學(xué)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(xué)遙感器實(shí)現(xiàn)平面+立體同時(shí)獲取，再發(fā)展到單臺(tái)光學(xué)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(jié)構(gòu)材料的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)光學(xué)遙感器輕量化和高穩(wěn)定

新型結(jié)構(gòu)材料的使用，使得光學(xué)遙感器輕小型化，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，如Pleiades在口徑優(yōu)化的前提下，0.7m/2.8m的光學(xué)遙感器質(zhì)量僅為221kg。

（4）電子系統(tǒng)集成度提高，帶來光學(xué)遙感器的輕小型化和低功耗，并提高可靠性

如Pleiades的光學(xué)遙感器，分辨率0.7m/2.8m、幅寬20km，其電子系統(tǒng)質(zhì)量僅為17kg。

（5）采用多種手段，不斷提高成像質(zhì)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(jī)等協(xié)同工作，大幅提高無控點(diǎn)定位精度。二是使用地面、在軌定標(biāo)手段，實(shí)現(xiàn)高頻次定標(biāo)。三是綜合考慮采樣、重構(gòu)和復(fù)原3個(gè)過程，提高整個(gè)遙感成像系統(tǒng)的MTF（不單獨(dú)追求靜態(tài)MTF），從全鏈路的角度提高成像質(zhì)量。

（6）光學(xué)遙感衛(wèi)星長壽命在軌可靠運(yùn)行，前后接替順暢，充分發(fā)揮效能

IKONOS-2衛(wèi)星在軌運(yùn)行近15年多，QuickBird-2在軌運(yùn)行14年多，長期在軌可靠運(yùn)行，一方面很好使各個(gè)衛(wèi)星之間前后接替比較順暢；另一方面提高衛(wèi)星的效益，使衛(wèi)星效能得到充分發(fā)揮。

（7）高分辨率遙感數(shù)據(jù)應(yīng)以用戶需求為導(dǎo)向

美國商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星，除了能保證軍方使用要求，環(huán)境監(jiān)測能力也逐漸增強(qiáng)，擴(kuò)大了高分辨率遙感衛(wèi)星在民用領(lǐng)域的市場。如WorldView-3衛(wèi)星增加了8個(gè)短波紅外譜段，12個(gè)30m分辨率大氣校正譜段，大幅度提高定量化遙感應(yīng)用能力。

2．國外商業(yè)SAR遙感衛(wèi)星技術(shù)特點(diǎn)

（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(tǒng)的工作帶寬、脈沖重復(fù)頻率、天線尺寸、波束指向以及精度、模糊度等之間存在復(fù)雜的制約關(guān)系，需要通過精密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證完成。

（2）觀測參數(shù)不斷增多，獲得的地物目標(biāo)信息量逐漸豐富

第1顆SAR衛(wèi)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(fā)展多極化、多頻段、多視角的高分辨率衛(wèi)星SAR系統(tǒng)。

（3）小型化的SAR衛(wèi)星星座是星載SAR的發(fā)展趨勢

SAR衛(wèi)星星座由多顆衛(wèi)星構(gòu)成，可以提高星載SAR遙感的時(shí)效性，縮短重訪周期，提高對地觀測和監(jiān)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(fā)展重點(diǎn)

InSAR技術(shù)解決了對地物目標(biāo)第三維信息（高程信息或速度信息）的提取問題。PolInSAR可以同時(shí)提取觀測對象的空間三維結(jié)構(gòu)信息和散射信息，有利于微波定量遙感的發(fā)展，以及高精度數(shù)字高程信息和觀測對象細(xì)微形變信息的提取。

3．國外新興商業(yè)小衛(wèi)星研制特點(diǎn)

（1）非宇航級(jí)供應(yīng)鏈

如星球?qū)嶒?yàn)室（Planet Labs）公司的“鴿群”衛(wèi)星沒有任何元件直接來自傳統(tǒng)的宇航產(chǎn)業(yè)，而是通過商業(yè)級(jí)組件（COTS）獲取。

（2）從電子消費(fèi)產(chǎn)業(yè)中吸取衛(wèi)星制造的經(jīng)驗(yàn)

資源共享：如Planet Labs的“鴿群”衛(wèi)星效仿新一代電腦Surface Pro 3，不再提供任何服務(wù)組件的設(shè)計(jì)方法，不再進(jìn)行任何封裝，所有器件都共享，包括電源、FPGA等在內(nèi)的資源。

效仿軟件的研制方法：軟件產(chǎn)品講究“早發(fā)布，勤發(fā)布”，對于商業(yè)小衛(wèi)星來說，即快速發(fā)射衛(wèi)星。這不僅可以避免產(chǎn)品功能的退化，還可以在后續(xù)產(chǎn)品中應(yīng)用最新的技術(shù)。

三、我國遙感衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展的建議

1．管理及政策方面的建議

（1）加強(qiáng)宏觀管理

建立一個(gè)有權(quán)威的高分辨率遙感商業(yè)化運(yùn)營的政府協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)利益相關(guān)部門的職責(zé)和義務(wù)，著手制定我國高分辨率遙感衛(wèi)星商業(yè)化運(yùn)營法規(guī)和發(fā)展規(guī)劃，研究高分辨率對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)商業(yè)化運(yùn)營后的管理體制。

（2）制定遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化數(shù)據(jù)政策

明確商業(yè)遙感衛(wèi)星及數(shù)據(jù)開放范圍；制定國產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用、管理、共享、分發(fā)服務(wù)和銷售政策，制定高分辨率數(shù)據(jù)的降解密政策，實(shí)施高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星的快門全控制；制定國產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)與產(chǎn)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(jī)制，擴(kuò)大我國遙感數(shù)據(jù)的國際影響力，鼓勵(lì)遙感衛(wèi)星產(chǎn)品及數(shù)據(jù)的出口，建立良好的服務(wù)體系，全面提升國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)與產(chǎn)品在國際市場的競爭力。

（3）建立商業(yè)遙感衛(wèi)星制造及運(yùn)營許可證制度

從衛(wèi)星的規(guī)劃、立項(xiàng)、研制、運(yùn)行等方面進(jìn)行有效管理，明確研制、運(yùn)行衛(wèi)星的主體資格，明確研制及運(yùn)行衛(wèi)星的權(quán)利和義務(wù)以及其他相關(guān)許可要求，促進(jìn)我國具有國際競爭力的企業(yè)的發(fā)展。

（4）循序漸進(jìn)推動(dòng)遙感衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展

在推進(jìn)遙感衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展過程中需充分考慮核心數(shù)據(jù)自主可控，提高國產(chǎn)衛(wèi)星的市場競爭力。

2．技術(shù)方面的建議

（1）商業(yè)光學(xué)遙感衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展建議

1）星座組網(wǎng)運(yùn)行。從用戶及時(shí)獲取有效信息的角度出發(fā)，按照0.25m、0.5m、1m、2m分辨率標(biāo)準(zhǔn)提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。星座組網(wǎng)運(yùn)行，優(yōu)化軌道設(shè)計(jì)、成像模式，提高成像效率、快速響應(yīng)能力和數(shù)據(jù)利用效率，滿足商業(yè)化發(fā)展多任務(wù)觀測需求。

2）星地結(jié)合高精度高頻次定標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)遙感衛(wèi)星的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，并具有國際競爭力，需突破長期以來制約定量化遙感應(yīng)用發(fā)展的重大瓶頸問題，星地結(jié)合，系統(tǒng)性地發(fā)展高精度高頻次定標(biāo)方法。

3）長壽命高可靠。從整星角度，充分考慮系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機(jī)可靠性，實(shí)現(xiàn)整星壽命超過8年，滿足市場化發(fā)展需求。

4）全鏈路提高成像質(zhì)量。把光學(xué)遙感器的成像質(zhì)量與預(yù)估融到整個(gè)遙感成像系統(tǒng)中考慮，從遙感成像系統(tǒng)全鏈路優(yōu)化角度出發(fā)，對成像質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化。

5）以載荷為中心的敏捷衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)。敏捷衛(wèi)星的設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性，設(shè)計(jì)中的每個(gè)部分都圍繞“敏捷機(jī)動(dòng)”實(shí)現(xiàn)高分辨率多模式成像開展。

6）高定位精度。發(fā)展甚高精度星敏感器、高精度導(dǎo)航接收機(jī)、高穩(wěn)定載荷適配結(jié)構(gòu)等核心單機(jī)，并結(jié)合微振動(dòng)抑制技術(shù)、在軌定標(biāo)技術(shù)、地面處理技術(shù)等共同提高定位精度。

7）先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)?？臻g網(wǎng)絡(luò)和星載數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化分層構(gòu)建，通過應(yīng)用層向用戶提供直接面向任務(wù)的控制操作接口，為構(gòu)建星地一體化空間互聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)能力。

8）廣泛使用新型結(jié)構(gòu)材料，實(shí)現(xiàn)光學(xué)遙感器輕量化和高穩(wěn)定。加大新型復(fù)合材料的使用力度，聯(lián)合國內(nèi)材料研制優(yōu)勢單位，廣泛應(yīng)用成熟的材料。

（2）商業(yè)SAR遙感衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展建議

1）多頻多極化多模式。發(fā)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(fā)展高分辨率SAR衛(wèi)星（國外在軌SAR衛(wèi)星最高分辨率達(dá)0.25m）。

3）輕小型化。發(fā)展小衛(wèi)星輕型SAR，并實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)運(yùn)行。

4）編隊(duì)干涉/極化干涉。國外在軌衛(wèi)星大多都可進(jìn)行單星重軌干涉，并且已實(shí)現(xiàn)雙星編隊(duì)干涉和極化干涉。

5）地面動(dòng)目標(biāo)監(jiān)測（GMTI）。國外已完成了單星GMTI在軌試驗(yàn)和雙星編隊(duì)GMTI在軌試驗(yàn)。國內(nèi)只完成了機(jī)載試驗(yàn)，星載GMTI還處于預(yù)研階段。

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