美国遥感概述-锁眼与陆地卫星项目

本文为《遥感与航空摄影的历史概述》的下篇：遥感与航空摄影的历史概述。

卫星遥感 

引言

从1960年到2010年，遥感技术经历了显著的进步。这些进步的许多背景发生在1960年代和1970年代。以下是一些主要的变化。

• 首先，1960年，“遥感”这一概念首次被提出。在此之前，人们通常使用“航空摄影”来描述这一技术。然而，随着新的方法和技术的出现，传统的黑白航空照片已经无法满足需求，因此需要一个新的、更全面的概念来定义这一领域。

• 其次，在1960年代和1970年代，遥感技术的主要载体从飞机转变为卫星。与飞机相比，卫星能够覆盖更广泛的地球表面，并且能够定期进行监测。

• 第三，图像的存储和传输方式从模拟转变为数字。这一变化使得使用计算机来显示和分析图像成为可能，而计算机技术本身在那个时期也在经历着飞速发展。计算机设备从大型主机逐渐演变为小型微型计算机，并且更多地以图形方式而不是数字方式来呈现信息。

• 第四，出现了能够同时记录地球表面在电磁谱不同部分的多传感器。这意味着，人们可以通过观察多个不同波段的图像来获取一个区域的详细信息，其中一些波段是人眼无法感知的。这项技术使得人们能够发现那些在传统航空照片上无法察觉的地球表面变化。

• 最后，1960年代和1970年代的社会动荡激发了人们对地球物理环境变化的持续关注。通过卫星获取的遥感图像，结合计算机的分析和增强技术，使得我们能够检测和监测这些环境变化。因此，尽管“遥感”这个术语对许多人来说可能很陌生，但社会对这项技术的认可和接受一直非常强烈，并且这种趋势仍在持续。

现今，众多配备有各种遥感仪器的卫星正在对地球表面进行监测。这些卫星及其遥感计划的发展根基，可以归功于CORONA和Landsat计划的开创性工作。CORONA是一个保密的军事侦察项目，它通过后续的先进Keyhole（锁眼）卫星系列一直延续至今。而Landsat则是一个开放的地球资源监测项目，它也通过更先进的Landsat卫星和其他资源监测卫星计划得以持续发展。本单元将重点介绍这两个项目的发展历程。

CORONA：美国首个卫星计划

CORONA计划实施于1959年至1972年之间，但美国公众直到1995年才得知这一计划的存在。当时，比尔·克林顿总统下令解密了相关图像。副总统阿尔·戈尔积极倡导图像的解密工作，目的是为了协助科学家们开展多项环境研究。

U-2侦察机计划

要充分认识CORONA计划的重要性，必须了解其历史背景。第二次世界大战结束后，随着美国与苏联之间冷战的加剧，美国迫切需要了解苏联的军事实力，尤其是其远程轰炸机和洲际弹道导弹（ICBMs）的部署情况。为了获取这些情报，美国派遣侦察机深入苏联及其盟国境内进行侦察飞行。然而，这些侦察机只能抵达苏联边境附近，而关键情报位于苏联广袤内陆的核心区域。许多侦察机及其机组人员在执行任务时不幸失踪。因此，美国急需一种新型飞机，它必须能够飞得足够高，以避开苏联飞机和地对空导弹的攻击。更重要的是，这种飞机还需要具备在苏联中部上空拍摄高清晰度航空照片的能力。

1954年，美国总统德怀特·艾森豪威尔指示中央情报局（CIA）与美国空军合作，与洛克希德公司达成协议，研发一种新型高空侦察飞机。这一协议促成了洛克希德公司内部秘密研发部门——臭鼬工厂（Skunk Works）的建立，凯利·约翰逊（Kelly Johnson）和他的工程师团队仅用几个月的时间就成功研发出了U-2侦察机。艾森豪威尔意识到，在别国领土上空使用这种飞机会侵犯该国的主权，可能导致军事报复。然而，他面临着来自美国军事工业复合体的巨大压力，他们要求他应对苏联在美国看来拥有的庞大轰炸机和洲际弹道导弹（ICBMs）优势，以及苏联领导层的口头威胁。在使用这种飞机之前，艾森豪威尔曾向苏联提议，允许两国互相派遣侦察机飞越对方领土，以便各自获取对方军事实力的准确信息，但这一提议被苏联拒绝了。

1956年7月4日，U-2侦察机首次飞越苏联领空。这架飞机从西德起飞，途经波兰、白俄罗斯、莫斯科、列宁格勒以及苏联波罗的海沿岸国家，飞行高度达到了惊人的70,000英尺（约21,336米），比当时其他任何飞机的飞行高度都要高出约25,000英尺（约7,620米）。在每次任务中，U-2侦察机使用两台高分辨率相机，每台相机可曝光长达3,600英尺（约1,097米）的胶片。其中一台相机配备了长焦距镜头，能够清晰捕捉到地面直径为两到三英尺（约60到90厘米）的物体。在接下来的几年里，U-2侦察机多次执行类似的飞越任务，而每次都引发了苏联的正式外交抗议。除了苏联，U-2侦察机还曾飞越其他国家执行侦察任务。最终，在1960年5月1日，苏联使用14枚SA-2地对空导弹成功击落了一架在其领空飞行的U-2侦察机。幸运的是，飞行员弗朗西斯·加里·鲍尔斯（Francis Gary Powers）在跳伞逃生后幸存下来。几个月后，即1960年8月，苏联举办了一场备受瞩目的审判，旨在公开揭露和羞辱美国。在这次事件之后，美国同意不再派遣侦察机飞越苏联、共产主义中国以及东欧国家上空，这些国家后来被称为“拒绝区域”。U-2侦察机在苏联的飞行任务揭示了美国和苏联之间在轰炸机和导弹力量上并不存在所谓的“差距”。这一发现使得艾森豪威尔总统，在离任前，对美国民众发出了关于军事工业复合体影响力和其在制定美国政策中作用的警告。艾森豪威尔指出，正是这种复合体的压力导致了U-2侦察机的开发，并可能引发与苏联的冲突。此后，U-2侦察机还在世界其他地区，尤其是古巴和越南，执行了侦察任务。

图1展示了一张由U-2侦察机拍摄的苏联远程轰炸机机场的航拍照片。通过这张照片，我们可以清点排列在机场跑道上的轰炸机数量。照片中沿飞机排列方向有几个空旷区域，这些可能是为正在飞行中的飞机准备的停机区。在照片的左上角，可以看到两架轰炸机，它们可以轻松地滑行到跑道进行快速起飞。机场中间似乎也有一架轰炸机。在机场的两端，有较小的飞机，可能是用来保护机场免受攻击的战斗机。这些轰炸机很可能是图波列夫Tu-95，这是一种大型四引擎涡轮螺旋桨驱动的飞机，既是远程轰炸机也是导弹平台。它的后掠翼角度为35度，对于螺旋桨驱动的飞机来说，这是一个非常尖锐的角度。

图1：苏联某机场的U-2航拍照片

CORONA计划

美国从U-2侦察机计划一开始就意识到，苏联很快就会找到击落U-2的方法。因此，美国在1956年，也就是第一架U-2飞越苏联的大约同一时间，开始研发基于轨道卫星的侦察系统。这个系统后来被称为CORONA。1960年8月19日，当鲍尔斯受审时，第一次成功从摄影侦察卫星上回收了装有已曝光胶片的胶囊。这颗卫星已经在被拒绝区域上空飞越了七次，绕地球飞行了17圈。从这些图像中，识别出了64个苏联机场和26个新的地对空导弹（SAM）基地。卫星并没有被包括在创建被拒绝区域的协议中。当苏联在1957年发射斯普特尼克1号时，他们实际上为放置在轨道上的物体确立了全球范围内的“开放天空”政策。发射携带相机的人造卫星并从中回收图像的努力代表了四年的紧张和经常令人沮丧的工作。然而，当第一个成功的CORONA卫星系统在1960年出现时，它开启了太空侦察的时代，并彻底改变了遥感技术。一次CORONA任务记录的摄影覆盖面积超过了所有U-2任务的总和。

图2：第一张CORONA照片

图2是第一张CORONA侦察照片。拍摄于1960年8月8日，展示了苏联的Mys Shmidta空军基地。照片中可以辨认出跑道和停机坪。与U-2照片相比，这张图像缺乏细节。这是因为地面分辨率是40英尺乘40英尺。然而，几年后这种情况得到了改善，KH-4的分辨率达到了5英尺乘5英尺。参见图3（KH-4图像），展示了苏联的Minerallye Vod空军基地。这张照片的质量与U-2照片相当，这非常了不起，因为它的拍摄高度大约是U-2照片的10倍。

图3：苏联空军基地的CORONA 4照片

表1：CORONA计划总结 - 1959年至1972年

来源：Kevin C. Ruffner的《CORONA：美国的第一个卫星计划》和美国地质调查局（USGS）发布的“解密情报卫星照片事实表090-96”，1998年2月

图4：在KH-4A任务中使用的立体全景相机系统

CORONA的前四个版本被命名为KH-1至KH-4（见表1）。KH代表“锁眼”，这是美国早期的侦察卫星和相机系统的代号。KH命名系统首次在1962年与KH-4一起使用，之前的编号是后来追加上去的。CORONA的公开掩护名称是DISCOVERER（发现者），这个项目表面上是在进行科学实验，实际上是一个情报收集项目。KH-1携带一台全景相机，其地面分辨率为40英尺乘40英尺。KH-2和KH-3任务也配备了单台全景相机，但分辨率提升至10英尺乘10英尺。KH-4、KH-4A和KH-4B任务则携带两台全景相机，相隔30度角（见图4），这允许创建立体图像，使分析人员能够从三维视角查看地面特征。到1967年，KH-4型卫星的相机已经能够以5英尺乘5英尺的分辨率记录图像。

图5：卫星舱被捕获

卫星被设计成在称为“桶”的舱内释放胶片罐，这些桶在降落伞下降过程中由一架特殊装备的飞机在空中回收（图5）。它们被设计成在水中短暂漂浮，如果空中回收失败，就会沉入水底。早期的任务使用一个桶，但从KH-4A开始，有两个桶可供使用。CORONA卫星使用31,500英尺（9,600米）的特殊70毫米胶片，配备一个24英寸（0.6米）焦距的镜头。CORONA计划一直持续到1972年，最后一张照片拍摄于5月31日。共获得了超过800,000张图像。共有121次发射和156次回收。

在20世纪60年代初期，还有两个与CORONA计划紧密相关的系统。KH-5（ARGON）是为美国陆军测绘服务准备的，而KH-6（LANYARD）则是为了测试一种非常高分辨率的相机系统。KH-6系统是基于KH-5的成功经验，但KH-5的结果并不理想。因此，这两个系统都在1963年被终止了。

1967年，林登·约翰逊总统在一次对教育工作者群体的讲话中，回应了一些批评声音，这些批评认为美国在太空探索上的投入过多，而在对抗贫困的战争上的投入不足：

“我不想被引用这句话，但我们在太空计划上已经投入了350亿到400亿美元。即使这个计划唯一的成果就是我们从太空摄影中获得的知识，它也已经值回了整个计划成本的十倍。没有卫星，我们只能盲目猜测。但今晚，我们已经确切知道了敌人有多少导弹，结果发现我们之前的猜测完全偏离了真相。我们原本在做一些不必要的事情，建造一些不需要的设施，抱有一些不必要的担忧。”

这次演讲是基于从CORONA KH-4卫星获取的图像数据。

尽管KH-1到KH-4系列的卫星提供了极其有价值的信息，但它们在操作上仍面临一些挑战。首先，通过降落伞将胶片舱送回地面并由飞机在空中回收的过程并不总是顺利，尤其是KH-1和KH-2的回收任务。其次，从胶片曝光到胶片舱被释放，可能需要数天甚至数周的时间。这意味着，对于一些紧迫的事件，比如1967年的中东六日战争和1968年苏联对捷克斯洛伐克的入侵，卫星图像往往无法及时提供，因为这些冲突在图像被处理和分发之前就已经结束了。

尽管CORONA计划在1972年已经完成，但Keyhole（锁眼）侦察卫星的传奇仍在继续，目前的代表是KH-13系列。新一代的Keyhole卫星具备实时覆盖能力，能够在夜间记录图像，并通过电子方式传输数字图像；因此，它们能够在任何时间提供即时的图像数据。除了知道目前有几颗KH-13卫星在地球轨道上运行，以及其中两颗可能采用了隐形设计之外，关于这些卫星的具体信息并不多。图6是一位艺术家对KH-12卫星可能外形的想象描绘。

图6：KH-12卫星的艺术想象图

图7：阿富汗的Zhawar Kili后勤基地

图8：苏丹的Shifa制药厂（Shifa：阿拉伯语中意为“治愈”，该制药厂曾因涉嫌与恐怖主义有关而受到国际关注）

图7是据称从KH-12侦察卫星拍摄到的阿富汗塔利班Zhawar Kili后勤基地的照片。真实的照片可能比这个图形提供的细节要多得多。图7和图8被美国国防部长威廉·S·科恩和美国陆军上将亨利·H·谢尔顿，参谋长联席会议主席，用来在五角大楼向记者简要介绍1998年8月20日美国对苏丹化学武器工厂和阿富汗恐怖分子训练营的军事打击。

图9是2008年6月由商用卫星QuickBird拍摄的柏林费尔塞塔姆电视塔的图像。人们可以轻易地识别出像汽车这样小的物品。KH-13侦察卫星的分辨率必须比商用卫星所能获得的分辨率高得多。有报告称，分辨率足够高，可以读取汽车上的车牌（KH-12和KH-13：美国的高性能侦察卫星，分辨率极高）。

图9：2008年6月由QuickBird商用卫星拍摄的柏林费尔塞塔姆电视塔的图像

当美国在太空中监视苏联时，苏联也在美国上空进行同样的侦察活动。苏联在1961年通过Zenit-2计划发射了其侦察卫星系统。与美国的CORONA计划不同，它也获得了高质量的图像。因此，艾森豪威尔提出的允许每个国家相互在对方空域进行侦察飞行的提议，通过卫星和遥感技术得以实现（Zenit-2：苏联的一种侦察卫星；CORONA：美国的一个侦察卫星计划）。

LANDSAT计划：地球任务

利用民用卫星来执行对地球表面的科学研究和探索的想法源于20世纪60年代水星、双子座和阿波罗任务的摄影成果。1965年，美国地质调查局（USGS）局长威廉·佩科拉提出了基于卫星的遥感技术计划，以收集有关地球自然资源的资料。这一想法源于水星和双子座轨道摄影的成果。然而，预算局以及那些认为从高空飞机进行航空摄影是获取地球表面数据更经济实惠方法的人坚决反对这一计划。国防部也强烈反对，认为这会威胁到KH侦察任务的机密性。此外，还有人担忧未经许可拍摄外国国家可能引发地缘政治问题。

1966年，美国国家航空航天局（NASA）面临来自内政部（DOI）的要求，催促其建造一颗资源卫星。然而，由于预算限制和农业部与DOI之间关于传感器技术的争议，该计划的执行被延误。1970年，NASA终于获得了研发Landsat 1卫星的许可。

图10：Landsat 1的艺术想象图

1972年7月23日发射的Landsat 1卫星，最初名为ERTS（地球资源技术卫星），是第一颗专门用于研究和监测地球表面，尤其是陆地的卫星。图10展示了这颗卫星的艺术想象图。Landsat 1携带的传感器彻底改变了遥感技术，它们能够提供数字化的多光谱图像。这标志着数十年来传统飞机航空摄影的方式开始被卫星记录的数字图像所取代。

Landsat 1携带的两个图像传感器系统分别是美国无线电公司（RCA）制造的Return Beam Vidicon（RBV，一种视频摄像管技术）和通用电气公司制造的Multispectral Scanner System（MSS，多光谱扫描系统）。RBV原本设计为主要仪器，而MSS是一种高度实验性的辅助仪器。然而，实际操作中发现MSS图像质量优于RBV。此外，RBV仪器有时会电子干扰卫星的高度控制功能，因此在仅记录了几张图像后就不得不被关闭。相比之下，在1978年1月Landsat 1的操作终止之前，MSS成功获取了超过30万张图像。MSS传感器成为系统的核心部件，其成功为Landsat计划中的后续卫星以及其他国家和私人公司开发的成像卫星奠定了基础。

图11：显示俄勒冈州哥伦比亚河附近中心旋转灌溉农田的MSS多光谱波段图像

MSS在电磁波谱的四个光谱波段记录数据，分别是绿色可见光（0.5至0.6微米）、红色可见光（0.6至0.7微米）、近红外（0.7至0.8微米）和第二近红外（0.8至1.1微米）（图10）。由于RBV的波段被标识为1至3，这四个波段被编号为4至7。MSS同时在这四个波段扫描地球表面，并从这些扫描中创建四个数字图像。Landsat 1的一个场景覆盖了大约185公里（115英里）乘以170公里（106英里）的地面面积，每个图像波段大约有7,581,600个像素。一个像素的大小约为56米（183.7英尺）乘以79米（259.1英尺），即大约1.1英亩。总的来说，四个波段的数据集包含超过3000万个数据点，这些数据点代表了从地球表面反射的辐射能量。由于每个数据集包含大量数据，因此显然需要计算机来处理这些图像。

图11展示了MSS数据集的一个子集，包含了四个MSS光谱波段的图像。这个子集覆盖了1160平方公里（447.5平方英里）的区域，展示了俄勒冈州哥伦比亚河沿岸的中心枢轴灌溉田地。

MSS数据首先被存储在卫星上的记录设备中，然后通过电子方式下载到位于阿拉斯加、加利福尼亚和马里兰州的三个接收站之一。随着国际社会对这项新技术的关注日益增加，全球各地陆续建立了更多的接收站，以方便数据的接收和处理。

Landsat数据的传播

美国国家航空航天局（NASA）积极推广Landsat数据，并培训全球用户和机构如何利用这项新技术。最初，Landsat数据集和图像打印件对全球用户来说既容易获取又价格合理：每个数据集200美元（最初需要一个包含四盘9轨磁带的套装），每张图像打印件7美元（一套四张，每个光谱波段一张），彩色合成图像14美元。这种易于获取的Landsat图像就像美国赠予世界的礼物，帮助研究和规划地球资源的最佳利用。当时，苏联和石油公司是这些数据集和图像的最大买家。一些发展中国家曾担心外国矿业公司会利用这些图像来探知国内矿藏情况，而这些信息可能是本国尚未掌握的，从而形成了一种新的西方剥削形式。然而，当这些国家发现自己也能够承担图像分析的费用时，这些担忧便逐渐消散了。

其次，为了评估这项新技术并探索其潜在应用，美国国家航空航天局（NASA）资助了300项独立的科研项目。其中，约三分之一的项目由国际研究者承担，涵盖了众多地球科学领域。

第三，NASA在美国设立了三个培训中心，旨在向州和地方政府的官员传授如何获取、分析和使用MSS数据。这三个中心分别是位于马里兰州的戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）、密西西比州的斯坦尼斯太空中心（Stennis Space Center）和加利福尼亚州的艾姆斯研究中心（Ames Research Center）。培训通常为期一周，需要参与人员集中精力学习，每个培训小组由4至8名来自州或地方政府机构的人员组成。在某些情况下，培训也面向大学/学院的教师和联邦机构工作人员。培训内容涵盖了多种统计方法和计算机硬件知识。

最后，为了获取必要的设施并基于这项新技术准备课程材料，向土地赠予学院提供了可观的赠款。每个州都有一所土地赠予学院，如果一所学院获得了赠款，它被期望为其所在州的人员提供培训。

传播过程不仅仅是培训潜在用户。还需要准备新的计算机硬件和软件。在20世纪60年代和70年代早期，大型计算机（Mainframe computers）占据了主导地位。这些机器基本上有32位或更高的字长，使它们能够进行大量数值计算。它们非常快，到了70年代，它们具备了网络能力，允许终端连接到它们。相比之下，当今的32位微型计算机（32-bit microcomputer）还处于初级阶段，只有8位的字长，只能处理0到255之间的数字，不适合计算大数字。大型计算机上的主要输出设备是高速行式打印机，主要用于打印数字信息。它绝对不是为图形输出而构建的。然而，由于一些计算机绘图程序，特别是20世纪60年代开发的SYMAP（一种计算机辅助绘图程序），人们发现了一种方法，可以在行式打印机上制作粗糙外观的图形。行式打印机可以在一张计算机纸上打印132个字符。为了制作一个合理大小的地图或图像，必须打印几张纸，然后粘在一起。这种方法产生了一个非常大的产品，必须放在墙上，人们需要站几英尺远才能察觉到空间模式。图12展示了这种输出的一小部分。对于Landsat输出，一个打印字符等于一个像素。打印字符的伸长维度与Landsat像素的56米乘以79米的大小非常匹配。此时存在的第二种输出设备是设计用于矢量图形（Vector graphics）的。它是由Calcomp公司主要生产的数字绘图仪。它是一种非常慢的输出设备，通常必须从主机脱机运行。它不是为与图像输出相关的光栅图形（Raster graphics）而设计的。

图12：行式打印机的图形输出

美国国家航空航天局（NASA）与几家公司合作，生产一种快速的光栅图像输出设备，这种设备不仅能够以黑白方式显示图像，还能以彩色显示。开发此类设备的主要公司之一是COMTAL。COMTAL设备有一个放在桌子上的显示器，桌子内部装有一个大型硬连线图像处理板。这是当今微型计算机显示器的前身，但微型计算机使用一个非常小的图形微芯片代替了大型硬连线板。此外，桌子上还放置了一个终端，用于向主机发送消息，输出结果会发送回COMTAL显示器。然而，主机主要设计用于处理各种进行少量数值输入和输出工作的用户。一个COMTAL设备会占用大量主机的速度，而主机还有许多其他用户。在此期间，正在制造小型计算机（16位字长机器），这些计算机是为处理单一类型的用户而设计的，而不是与主机相关的多种类型的用户。三到四个COMTAL可以连接到一个专用的小型计算机上，创建所需的图像处理系统，以显示和分析Landsat图像。今天，整个这个过程可以在微型计算机上完成。Landsat在当今微型计算机的实施中发挥了关键作用。

图13：COMTAL图像显示设备

除了硬件，还需要准备软件来处理多波段Landsat数据集的分析。这些软件主要与图像增强、几何校正和信息提取有关。图像增强基本上允许对图像的对比度和亮度进行调整。几何校正允许图像进行缩放和对齐，与其他光栅数据集（即地形图）对齐。信息提取涉及从光谱带中提取数据。主要寻求的信息与土地覆盖有关，包括森林、开阔地、湿地、水体等。更具体地说，需要不同土地覆盖的位置和面积。为了完成这项任务，使用了两种方法。第一种方法是监督方法，需要通过统计已知土地覆盖区域的像素带值来开发四个波段的光谱特征（图14和图15）。例如，如果图像上的四个区域已知是特定类型的森林覆盖，将为这四个区域创建光谱特征。此信息将用于识别图像上具有相似光谱特征的任何其他像素。希望所有其他像素都具有相同类型的森林覆盖。第二种方法是无监督方法，将训练计算机寻找具有相似特征的图像像素，并将它们分组到未识别的光谱类中。分析师将检查这些类别，并尝试将它们与特定的土地覆盖类型进行匹配。一旦在监督或无监督方法下开发了光谱类别，与这些类别相关的统计数据将通过分类器程序发送。此程序将通过将它们的特征与光谱类别特征进行比较，对图像中的其他像素进行分类。大量的资源和精力被投入到信息提取中，并取得了一些成功。此过程的主要问题是基于土地表面比实际情况更为均质，以及与某些土地覆盖相关的光谱特征。

图14：MSS数据集中像素值的示例。红色框内的值与图15中的光谱特征相对应

图15：玉米田中一个像素的光谱特征示例

Landsat 2和3

在1970年代，还有两颗Landsat卫星投入使用。Landsat 2于1975年1月22日发射，运行了七年，直到1982年2月25日关闭。与Landsat 1一样，它被认为是实验性的，由美国国家航空航天局（NASA）维护。它携带了与Landsat 1相同的仪器。再次，RBV仪器出现了问题，而MSS成为了主要的工作仪器。

Landsat 3于1978年3月5日被送入轨道，一直运行到1983年9月7日。它仍然被视为一个实验项目，直到1979年一直由NASA控制。由于Landsat计划的总体技术和科学成功，卫星的操作责任从NASA（一个研发机构）转移到了负责维护气象卫星的美国国家海洋和大气管理局（NOAA）。

Landsat 3也配备了RBV仪器，但该仪器仅在一个宽光谱带（绿色到近红外；0.505-0.750微米）中记录，而不是像其前代那样记录三个波段。这个新仪器的地面分辨率是30米（98.4英尺）乘以30米（98.4英尺）。该仪器还有两个平行的传感器，它们之间有一定的重叠。

MSS也进行了更改。它仍然有四个光谱波段，但增加了一个记录发射热能的第五波段。然而，这个波段在卫星运行后不久就失效了。

Landsat 4和5

图16：Landsat 4的艺术想象图

在1980年代，Landsat计划发生了一些重大变化。这些变化包括：1.新设计的卫星和传感器系统，2.从卫星传输数据的新方法，以及3.试图将计划移交给私人公司的控制。

1982年7月16日，Landsat 4发射。它有自己的卫星平台。Landsat 1-3是在用于Nimbus气象卫星的平台的基础上建造的。比较图10和图16。新平台携带了与前Landsat相同的MSS仪器，但没有携带RBV仪器。一种称为专题制图仪（TM）的新传感器被添加到平台。TM仪器在七个光谱带中扫描，即蓝色、绿色、红色、近红外、中红外（两个波段）和热红外电磁谱部分。除了热红外波段外，其他波段的地面分辨率都是30米（98.4英尺）乘以30米（98.4英尺）。热红外波段的地面分辨率是120米（393.6英尺）乘以120米（393.6英尺）。表2提供了TM波段的基本特征。图17显示了南卡罗来纳州查尔斯顿上空的七个波段。还提供了两个彩色合成图像。真实颜色的合成基于三个可见波段，是人类眼睛所能探测到的。第二种合成是假彩色排列。由于波段数量众多，可以创建大量不同的假彩色合成，从而允许观察各种颜色模式并提取信息。

表2：专题制图仪（TM）波段

图17：专题制图仪（TM）波段

在发射后的一年之内，Landsat 4上的两个太阳能板和两个直接下行传输器停止了工作。因此，在数据中继卫星开始运行之前，无法下载图像。Landsat 4的图像被传输到中继卫星，再由中继卫星将图像传输到地面站。

Landsat 5于1984年3月1日发射，其遥感配置与Landsat 4基本相同。1987年，它的传输器发生故障，无法再通过中继卫星将国际数据下载到美国。NASA的工程师们设计了一种方法来解决这个问题，使得Landsat 5在设计寿命预期后的25年里仍在运行。

私有化

1984年，美国国会通过了《陆地遥感商业化法案》，将Landsat计划私有化。美国国家海洋和大气管理局负责寻找一个商业供应商来接管该计划的运行。最终，由休斯飞机公司和RCA公司组成的合资企业——地球观测卫星公司被选中。EOSAT签订了一份为期十年的合同，负责运营Landsat 4和5，拥有独家营销Landsat数据的权利，以及建造Landsat 6和7的权利。

EOSAT将图像价格从650美元提高到3700美元，然后又提高到4400美元，并限制图像的重新分发。这些价格上涨导致许多数据用户的不满，这些用户在20世纪70年代通过美国国家航空航天局的传播努力被培养使用这种新技术。其中许多用户转向了分辨率较低、价格较低的气象卫星图像。

EOSAT没有维持Landsat 4和5系统的必要校准。1989年，美国国家海洋和大气管理局指示EOSAT关闭卫星。数据用户不愿意将大量资源投入到未来充满疑问的计划中。在国会、国内外数据用户和副总统的强烈抗议下，该计划得以保存。

此外，1989年美国国家海洋和大气管理局用于转移Landsat计划的资金耗尽。国会为1989年剩余时间以及1990年和1991年提供了紧急资金。1992年，新的努力被用来为该计划寻找持续的资金。然而，EOSAT不得不停止处理Landsat数据。1993年，EOSAT准备发射自己的卫星，Landsat 6，但火箭未能将卫星送入轨道。尽管EOSAT在接下来的几年里试图通过销售由印度遥感机构运营的卫星图像来继续运营，但很明显，该计划的私有化并不成功。

基于这些问题，《1992年陆地遥感政策法案》得以制定。根据该法案，Landsat 7将由政府建造和拥有。2001年，前EOSAT的太空成像公司将Landsat 4和5的操作控制权交还给政府，并放弃了所有收集的Landsat数据的商业权利。这一变化使得Landsat数据的定价回归到更合理的水平，并实现了更好的卫星管理。

Landsat 6和7

如前所述，Landsat 6于1993年10月5日发射，由于火箭中的肼燃料管道破裂，未能进入轨道。燃料无法到达启动发动机，导致没有足够的能量将卫星送入轨道。

图18：Landsat 7的艺术描绘

Landsat 7于1999年4月15日成功发射（图18），并开始使用增强型专题制图仪增强型（ETM+）系统扫描地球。Landsat 7被认为是迄今为止建造的最精确校准的地球观测卫星。其光谱带读数与地面实测值相比，具有极高的准确性。ETM+拥有与Landsat 4和5相同的七个波段，但它还有一个具有宽光谱范围和15米（49.2英尺）乘15米（49.2英尺）地面分辨率的附加波段。此外，在第六波段，即热红外波段，地面分辨率从120米提高到了60米。这些改进及其高精度水平为全球变化研究和大型区域制图提供了更好的支持。

2003年5月，一次硬件故障导致图像两侧出现楔形的数据缺失区域。已经开发出一种方法来处理这个问题。

Landsat计划在Landsat数据连续性任务下继续进行。下一颗卫星由通用动力先进信息系统公司建造，计划于2012年发射。

结束语

“日冕”（包括现有的 KH 卫星）和 “陆地卫星” 计划分别是军事侦察和地球资源监测领域中最早且持续运行时间最长的基于卫星的遥感系统。这两个计划确立了许多程序和系统，如今被广泛应用于环绕地球运行、对地球进行遥感的各种卫星上。