從1960年到2010年，遙感技術(shù)經(jīng)歷了顯著的進(jìn)步。這些進(jìn)步的許多背景發(fā)生在1960年代和1970年代。以下是一些主要的變化。

　　首先，1960年，“遙感”這一概念首次被提出。在此之前，人們通常使用“航空攝影”來描述這一技術(shù)。然而，隨著新的方法和技術(shù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的黑白航空照片已經(jīng)無法滿足需求，因此需要一個(gè)新的、更全面的概念來定義這一領(lǐng)域。

　　其次，在1960年代和1970年代，遙感技術(shù)的主要載體從飛機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)樾l(wèi)星。與飛機(jī)相比，衛(wèi)星能夠覆蓋更廣泛的地球表面，并且能夠定期進(jìn)行監(jiān)測。

　　第三，圖像的存儲和傳輸方式從模擬轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字。這一變化使得使用計(jì)算機(jī)來顯示和分析圖像成為可能，而計(jì)算機(jī)技術(shù)本身在那個(gè)時(shí)期也在經(jīng)歷著飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)設(shè)備從大型主機(jī)逐漸演變?yōu)樾⌒臀⑿陀?jì)算機(jī)，并且更多地以圖形方式而不是數(shù)字方式來呈現(xiàn)信息。

　　第四，出現(xiàn)了能夠同時(shí)記錄地球表面在電磁譜不同部分的多傳感器。這意味著，人們可以通過觀察多個(gè)不同波段的圖像來獲取一個(gè)區(qū)域的詳細(xì)信息，其中一些波段是人眼無法感知的。這項(xiàng)技術(shù)使得人們能夠發(fā)現(xiàn)那些在傳統(tǒng)航空照片上無法察覺的地球表面變化。

　　最后，1960年代和1970年代的社會動蕩激發(fā)了人們對地球物理環(huán)境變化的持續(xù)關(guān)注。通過衛(wèi)星獲取的遙感圖像，結(jié)合計(jì)算機(jī)的分析和增強(qiáng)技術(shù)，使得我們能夠檢測和監(jiān)測這些環(huán)境變化。因此，盡管“遙感”這個(gè)術(shù)語對許多人來說可能很陌生，但社會對這項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)可和接受一直非常強(qiáng)烈，并且這種趨勢仍在持續(xù)。

　　現(xiàn)今，眾多配備有各種遙感儀器的衛(wèi)星正在對地球表面進(jìn)行監(jiān)測。這些衛(wèi)星及其遙感計(jì)劃的發(fā)展根基，可以歸功于CORONA和Landsat計(jì)劃的開創(chuàng)性工作。CORONA是一個(gè)保密的軍事偵察項(xiàng)目，它通過后續(xù)的先進(jìn)Keyhole（鎖眼）衛(wèi)星系列一直延續(xù)至今。而Landsat則是一個(gè)開放的地球資源監(jiān)測項(xiàng)目，它也通過更先進(jìn)的Landsat衛(wèi)星和其他資源監(jiān)測衛(wèi)星計(jì)劃得以持續(xù)發(fā)展。本單元將重點(diǎn)介紹這兩個(gè)項(xiàng)目的發(fā)展歷程。

　　CORONA計(jì)劃實(shí)施于1959年至1972年之間，但美國公眾直到1995年才得知這一計(jì)劃的存在。當(dāng)時(shí)，比爾·克林頓總統(tǒng)下令解密了相關(guān)圖像。副總統(tǒng)阿爾·戈?duì)柗e極倡導(dǎo)圖像的解密工作，目的是為了協(xié)助科學(xué)家們開展多項(xiàng)環(huán)境研究。

　　要充分認(rèn)識CORONA計(jì)劃的重要性，必須了解其歷史背景。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，隨著美國與蘇聯(lián)之間冷戰(zhàn)的加劇，美國迫切需要了解蘇聯(lián)的軍事實(shí)力，尤其是其遠(yuǎn)程轟炸機(jī)和洲際彈道導(dǎo)彈（ICBMs）的部署情況。為了獲取這些情報(bào)，美國派遣偵察機(jī)深入蘇聯(lián)及其盟國境內(nèi)進(jìn)行偵察飛行。然而，這些偵察機(jī)只能抵達(dá)蘇聯(lián)邊境附近，而關(guān)鍵情報(bào)位于蘇聯(lián)廣袤內(nèi)陸的核心區(qū)域。許多偵察機(jī)及其機(jī)組人員在執(zhí)行任務(wù)時(shí)不幸失蹤。因此，美國急需一種新型飛機(jī)，它必須能夠飛得足夠高，以避開蘇聯(lián)飛機(jī)和地對空導(dǎo)彈的攻擊。更重要的是，這種飛機(jī)還需要具備在蘇聯(lián)中部上空拍攝高清晰度航空照片的能力。

　　1954年，美國總統(tǒng)德懷特·艾森豪威爾指示中央情報(bào)局（CIA）與美國空軍合作，與洛克希德公司達(dá)成協(xié)議，研發(fā)一種新型高空偵察飛機(jī)。這一協(xié)議促成了洛克希德公司內(nèi)部秘密研發(fā)部門——臭鼬工廠（Skunk Works）的建立，凱利·約翰遜（Kelly Johnson）和他的工程師團(tuán)隊(duì)僅用幾個(gè)月的時(shí)間就成功研發(fā)出了U-2偵察機(jī)。艾森豪威爾意識到，在別國領(lǐng)土上空使用這種飛機(jī)會侵犯該國的主權(quán)，可能導(dǎo)致軍事報(bào)復(fù)。然而，他面臨著來自美國軍事工業(yè)復(fù)合體的巨大壓力，他們要求他應(yīng)對蘇聯(lián)在美國看來擁有的龐大轟炸機(jī)和洲際彈道導(dǎo)彈（ICBMs）優(yōu)勢，以及蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)層的口頭威脅。在使用這種飛機(jī)之前，艾森豪威爾曾向蘇聯(lián)提議，允許兩國互相派遣偵察機(jī)飛越對方領(lǐng)土，以便各自獲取對方軍事實(shí)力的準(zhǔn)確信息，但這一提議被蘇聯(lián)拒絕了。

　　1956年7月4日，U-2偵察機(jī)首次飛越蘇聯(lián)領(lǐng)空。這架飛機(jī)從西德起飛，途經(jīng)波蘭、白俄羅斯、莫斯科、列寧格勒以及蘇聯(lián)波羅的海沿岸國家，飛行高度達(dá)到了驚人的70,000英尺（約21,336米），比當(dāng)時(shí)其他任何飛機(jī)的飛行高度都要高出約25,000英尺（約7,620米）。在每次任務(wù)中，U-2偵察機(jī)使用兩臺高分辨率相機(jī)，每臺相機(jī)可曝光長達(dá)3,600英尺（約1,097米）的膠片。其中一臺相機(jī)配備了長焦距鏡頭，能夠清晰捕捉到地面直徑為兩到三英尺（約60到90厘米）的物體。在接下來的幾年里，U-2偵察機(jī)多次執(zhí)行類似的飛越任務(wù)，而每次都引發(fā)了蘇聯(lián)的正式外交抗議。除了蘇聯(lián)，U-2偵察機(jī)還曾飛越其他國家執(zhí)行偵察任務(wù)。最終，在1960年5月1日，蘇聯(lián)使用14枚SA-2地對空導(dǎo)彈成功擊落了一架在其領(lǐng)空飛行的U-2偵察機(jī)。幸運(yùn)的是，飛行員弗朗西斯·加里·鮑爾斯（Francis Gary Powers）在跳傘逃生后幸存下來。幾個(gè)月后，即1960年8月，蘇聯(lián)舉辦了一場備受矚目的審判，旨在公開揭露和羞辱美國。在這次事件之后，美國同意不再派遣偵察機(jī)飛越蘇聯(lián)、共產(chǎn)主義中國以及東歐國家上空，這些國家后來被稱為“拒絕區(qū)域”。U-2偵察機(jī)在蘇聯(lián)的飛行任務(wù)揭示了美國和蘇聯(lián)之間在轟炸機(jī)和導(dǎo)彈力量上并不存在所謂的“差距”。這一發(fā)現(xiàn)使得艾森豪威爾總統(tǒng)，在離任前，對美國民眾發(fā)出了關(guān)于軍事工業(yè)復(fù)合體影響力和其在制定美國政策中作用的警告。艾森豪威爾指出，正是這種復(fù)合體的壓力導(dǎo)致了U-2偵察機(jī)的開發(fā)，并可能引發(fā)與蘇聯(lián)的沖突。此后，U-2偵察機(jī)還在世界其他地區(qū)，尤其是古巴和越南，執(zhí)行了偵察任務(wù)。

　　圖1展示了一張由U-2偵察機(jī)拍攝的蘇聯(lián)遠(yuǎn)程轟炸機(jī)機(jī)場的航拍照片。通過這張照片，我們可以清點(diǎn)排列在機(jī)場跑道上的轟炸機(jī)數(shù)量。照片中沿飛機(jī)排列方向有幾個(gè)空曠區(qū)域，這些可能是為正在飛行中的飛機(jī)準(zhǔn)備的停機(jī)區(qū)。在照片的左上角，可以看到兩架轟炸機(jī)，它們可以輕松地滑行到跑道進(jìn)行快速起飛。機(jī)場中間似乎也有一架轟炸機(jī)。在機(jī)場的兩端，有較小的飛機(jī)，可能是用來保護(hù)機(jī)場免受攻擊的戰(zhàn)斗機(jī)。這些轟炸機(jī)很可能是圖波列夫Tu-95，這是一種大型四引擎渦輪螺旋槳驅(qū)動的飛機(jī)，既是遠(yuǎn)程轟炸機(jī)也是導(dǎo)彈平臺。它的后掠翼角度為35度，對于螺旋槳驅(qū)動的飛機(jī)來說，這是一個(gè)非常尖銳的角度。

　　美國從U-2偵察機(jī)計(jì)劃一開始就意識到，蘇聯(lián)很快就會找到擊落U-2的方法。因此，美國在1956年，也就是第一架U-2飛越蘇聯(lián)的大約同一時(shí)間，開始研發(fā)基于軌道衛(wèi)星的偵察系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)后來被稱為CORONA。1960年8月19日，當(dāng)鮑爾斯受審時(shí)，第一次成功從攝影偵察衛(wèi)星上回收了裝有已曝光膠片的膠囊。這顆衛(wèi)星已經(jīng)在被拒絕區(qū)域上空飛越了七次，繞地球飛行了17圈。從這些圖像中，識別出了64個(gè)蘇聯(lián)機(jī)場和26個(gè)新的地對空導(dǎo)彈（SAM）基地。衛(wèi)星并沒有被包括在創(chuàng)建被拒絕區(qū)域的協(xié)議中。當(dāng)蘇聯(lián)在1957年發(fā)射斯普特尼克1號時(shí)，他們實(shí)際上為放置在軌道上的物體確立了全球范圍內(nèi)的“開放天空”政策。發(fā)射攜帶相機(jī)的人造衛(wèi)星并從中回收圖像的努力代表了四年的緊張和經(jīng)常令人沮喪的工作。然而，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)成功的CORONA衛(wèi)星系統(tǒng)在1960年出現(xiàn)時(shí)，它開啟了太空偵察的時(shí)代，并徹底改變了遙感技術(shù)。一次CORONA任務(wù)記錄的攝影覆蓋面積超過了所有U-2任務(wù)的總和。

　　圖2是第一張CORONA偵察照片。拍攝于1960年8月8日，展示了蘇聯(lián)的Mys Shmidta空軍基地。照片中可以辨認(rèn)出跑道和停機(jī)坪。與U-2照片相比，這張圖像缺乏細(xì)節(jié)。這是因?yàn)榈孛娣直媛适?0英尺乘40英尺。然而，幾年后這種情況得到了改善，KH-4的分辨率達(dá)到了5英尺乘5英尺。參見圖3（KH-4圖像），展示了蘇聯(lián)的Minerallye Vod空軍基地。這張照片的質(zhì)量與U-2照片相當(dāng)，這非常了不起，因?yàn)樗呐臄z高度大約是U-2照片的10倍。

　　來源：Kevin C. Ruffner的《CORONA：美國的第一個(gè)衛(wèi)星計(jì)劃》和美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）發(fā)布的“解密情報(bào)衛(wèi)星照片事實(shí)表090-96”，1998年2月

　　CORONA的前四個(gè)版本被命名為KH-1至KH-4（見表1）。KH代表“鎖眼”，這是美國早期的偵察衛(wèi)星和相機(jī)系統(tǒng)的代號。KH命名系統(tǒng)首次在1962年與KH-4一起使用，之前的編號是后來追加上去的。CORONA的公開掩護(hù)名稱是DISCOVERER（發(fā)現(xiàn)者），這個(gè)項(xiàng)目表面上是在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上是一個(gè)情報(bào)收集項(xiàng)目。KH-1攜帶一臺全景相機(jī)，其地面分辨率為40英尺乘40英尺。KH-2和KH-3任務(wù)也配備了單臺全景相機(jī)，但分辨率提升至10英尺乘10英尺。KH-4、KH-4A和KH-4B任務(wù)則攜帶兩臺全景相機(jī)，相隔30度角（見圖4），這允許創(chuàng)建立體圖像，使分析人員能夠從三維視角查看地面特征。到1967年，KH-4型衛(wèi)星的相機(jī)已經(jīng)能夠以5英尺乘5英尺的分辨率記錄圖像。

　　衛(wèi)星被設(shè)計(jì)成在稱為“桶”的艙內(nèi)釋放膠片罐，這些桶在降落傘下降過程中由一架特殊裝備的飛機(jī)在空中回收（圖5）。它們被設(shè)計(jì)成在水中短暫漂浮，如果空中回收失敗，就會沉入水底。早期的任務(wù)使用一個(gè)桶，但從KH-4A開始，有兩個(gè)桶可供使用。CORONA衛(wèi)星使用31,500英尺（9,600米）的特殊70毫米膠片，配備一個(gè)24英寸（0.6米）焦距的鏡頭。CORONA計(jì)劃一直持續(xù)到1972年，最后一張照片拍攝于5月31日。共獲得了超過800,000張圖像。共有121次發(fā)射和156次回收。

　　在20世紀(jì)60年代初期，還有兩個(gè)與CORONA計(jì)劃緊密相關(guān)的系統(tǒng)。KH-5（ARGON）是為美國陸軍測繪服務(wù)準(zhǔn)備的，而KH-6（LANYARD）則是為了測試一種非常高分辨率的相機(jī)系統(tǒng)。KH-6系統(tǒng)是基于KH-5的成功經(jīng)驗(yàn)，但KH-5的結(jié)果并不理想。因此，這兩個(gè)系統(tǒng)都在1963年被終止了。

　　1967年，林登·約翰遜總統(tǒng)在一次對教育工作者群體的講話中，回應(yīng)了一些批評聲音，這些批評認(rèn)為美國在太空探索上的投入過多，而在對抗貧困的戰(zhàn)爭上的投入不足：

　　“我不想被引用這句話，但我們在太空計(jì)劃上已經(jīng)投入了350億到400億美元。即使這個(gè)計(jì)劃唯一的成果就是我們從太空攝影中獲得的知識，它也已經(jīng)值回了整個(gè)計(jì)劃成本的十倍。沒有衛(wèi)星，我們只能盲目猜測。但今晚，我們已經(jīng)確切知道了敵人有多少導(dǎo)彈，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們之前的猜測完全偏離了真相。我們原本在做一些不必要的事情，建造一些不需要的設(shè)施，抱有一些不必要的擔(dān)憂?！?

　　盡管KH-1到KH-4系列的衛(wèi)星提供了極其有價(jià)值的信息，但它們在操作上仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，通過降落傘將膠片艙送回地面并由飛機(jī)在空中回收的過程并不總是順利，尤其是KH-1和KH-2的回收任務(wù)。其次，從膠片曝光到膠片艙被釋放，可能需要數(shù)天甚至數(shù)周的時(shí)間。這意味著，對于一些緊迫的事件，比如1967年的中東六日戰(zhàn)爭和1968年蘇聯(lián)對捷克斯洛伐克的入侵，衛(wèi)星圖像往往無法及時(shí)提供，因?yàn)檫@些沖突在圖像被處理和分發(fā)之前就已經(jīng)結(jié)束了。

　　盡管CORONA計(jì)劃在1972年已經(jīng)完成，但Keyhole（鎖眼）偵察衛(wèi)星的傳奇仍在繼續(xù)，目前的代表是KH-13系列。新一代的Keyhole衛(wèi)星具備實(shí)時(shí)覆蓋能力，能夠在夜間記錄圖像，并通過電子方式傳輸數(shù)字圖像；因此，它們能夠在任何時(shí)間提供即時(shí)的圖像數(shù)據(jù)。除了知道目前有幾顆KH-13衛(wèi)星在地球軌道上運(yùn)行，以及其中兩顆可能采用了隱形設(shè)計(jì)之外，關(guān)于這些衛(wèi)星的具體信息并不多。圖6是一位藝術(shù)家對KH-12衛(wèi)星可能外形的想象描繪。

　　圖8：蘇丹的Shifa制藥廠（Shifa：阿拉伯語中意為“治愈”，該制藥廠曾因涉嫌與恐怖主義有關(guān)而受到國際關(guān)注）

　　圖7是據(jù)稱從KH-12偵察衛(wèi)星拍攝到的阿富汗塔利班Zhawar Kili后勤基地的照片。真實(shí)的照片可能比這個(gè)圖形提供的細(xì)節(jié)要多得多。圖7和圖8被美國國防部長威廉·S·科恩和美國陸軍上將亨利·H·謝爾頓，參謀長聯(lián)席會議主席，用來在五角大樓向記者簡要介紹1998年8月20日美國對蘇丹化學(xué)武器工廠和阿富汗恐怖分子訓(xùn)練營的軍事打擊。

　　圖9是2008年6月由商用衛(wèi)星QuickBird拍攝的柏林費(fèi)爾塞塔姆電視塔的圖像。人們可以輕易地識別出像汽車這樣小的物品。KH-13偵察衛(wèi)星的分辨率必須比商用衛(wèi)星所能獲得的分辨率高得多。有報(bào)告稱，分辨率足夠高，可以讀取汽車上的車牌（KH-12和KH-13：美國的高性能偵察衛(wèi)星，分辨率極高）。

　　“如何參加九游娛樂的社區(qū)活動？”

　　圖9：2008年6月由QuickBird商用衛(wèi)星拍攝的柏林費(fèi)爾塞塔姆電視塔的圖像

　　當(dāng)美國在太空中監(jiān)視蘇聯(lián)時(shí)，蘇聯(lián)也在美國上空進(jìn)行同樣的偵察活動。蘇聯(lián)在1961年通過Zenit-2計(jì)劃發(fā)射了其偵察衛(wèi)星系統(tǒng)。與美國的CORONA計(jì)劃不同，它也獲得了高質(zhì)量的圖像。因此，艾森豪威爾提出的允許每個(gè)國家相互在對方空域進(jìn)行偵察飛行的提議，通過衛(wèi)星和遙感技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)（Zenit-2：蘇聯(lián)的一種偵察衛(wèi)星；CORONA：美國的一個(gè)偵察衛(wèi)星計(jì)劃）。

　　利用民用衛(wèi)星來執(zhí)行對地球表面的科學(xué)研究和探索的想法源于20世紀(jì)60年代水星、雙子座和阿波羅任務(wù)的攝影成果。1965年，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）局長威廉·佩科拉提出了基于衛(wèi)星的遙感技術(shù)計(jì)劃，以收集有關(guān)地球自然資源的資料。這一想法源于水星和雙子座軌道攝影的成果。然而，預(yù)算局以及那些認(rèn)為從高空飛機(jī)進(jìn)行航空攝影是獲取地球表面數(shù)據(jù)更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠方法的人堅(jiān)決反對這一計(jì)劃。國防部也強(qiáng)烈反對，認(rèn)為這會威脅到KH偵察任務(wù)的機(jī)密性。此外，還有人擔(dān)憂未經(jīng)許可拍攝外國國家可能引發(fā)地緣政治問題。

　　1966年，美國國家航空航天局（NASA）面臨來自內(nèi)政部（DOI）的要求，催促其建造一顆資源衛(wèi)星。然而，由于預(yù)算限制和農(nóng)業(yè)部與DOI之間關(guān)于傳感器技術(shù)的爭議，該計(jì)劃的執(zhí)行被延誤。1970年，NASA終于獲得了研發(fā)Landsat 1衛(wèi)星的許可。

　　1972年7月23日發(fā)射的Landsat 1衛(wèi)星，最初名為ERTS（地球資源技術(shù)衛(wèi)星），是第一顆專門用于研究和監(jiān)測地球表面，尤其是陸地的衛(wèi)星。圖10展示了這顆衛(wèi)星的藝術(shù)想象圖。Landsat 1攜帶的傳感器徹底改變了遙感技術(shù)，它們能夠提供數(shù)字化的多光譜圖像。這標(biāo)志著數(shù)十年來傳統(tǒng)飛機(jī)航空攝影的方式開始被衛(wèi)星記錄的數(shù)字圖像所取代。

　　Landsat 1攜帶的兩個(gè)圖像傳感器系統(tǒng)分別是美國無線電公司（RCA）制造的Return Beam Vidicon（RBV，一種視頻攝像管技術(shù)）和通用電氣公司制造的Multispectral Scanner System（MSS，多光譜掃描系統(tǒng)）。RBV原本設(shè)計(jì)為主要儀器，而MSS是一種高度實(shí)驗(yàn)性的輔助儀器。然而，實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)MSS圖像質(zhì)量優(yōu)于RBV。此外，RBV儀器有時(shí)會電子干擾衛(wèi)星的高度控制功能，因此在僅記錄了幾張圖像后就不得不被關(guān)閉。相比之下，在1978年1月Landsat 1的操作終止之前，MSS成功獲取了超過30萬張圖像。MSS傳感器成為系統(tǒng)的核心部件，其成功為Landsat計(jì)劃中的后續(xù)衛(wèi)星以及其他國家和私人公司開發(fā)的成像衛(wèi)星奠定了基礎(chǔ)。

　　圖11：顯示俄勒岡州哥倫比亞河附近中心旋轉(zhuǎn)灌溉農(nóng)田的MSS多光譜波段圖像

　　MSS在電磁波譜的四個(gè)光譜波段記錄數(shù)據(jù)，分別是綠色可見光（0.5至0.6微米）、紅色可見光（0.6至0.7微米）、近紅外（0.7至0.8微米）和第二近紅外（0.8至1.1微米）（圖10）。由于RBV的波段被標(biāo)識為1至3，這四個(gè)波段被編號為4至7。MSS同時(shí)在這四個(gè)波段掃描地球表面，并從這些掃描中創(chuàng)建四個(gè)數(shù)字圖像。Landsat 1的一個(gè)場景覆蓋了大約185公里（115英里）乘以170公里（106英里）的地面面積，每個(gè)圖像波段大約有7,581,600個(gè)像素。一個(gè)像素的大小約為56米（183.7英尺）乘以79米（259.1英尺），即大約1.1英畝?？偟膩碚f，四個(gè)波段的數(shù)據(jù)集包含超過3000萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)代表了從地球表面反射的輻射能量。由于每個(gè)數(shù)據(jù)集包含大量數(shù)據(jù)，因此顯然需要計(jì)算機(jī)來處理這些圖像。

　　圖11展示了MSS數(shù)據(jù)集的一個(gè)子集，包含了四個(gè)MSS光譜波段的圖像。這個(gè)子集覆蓋了1160平方公里（447.5平方英里）的區(qū)域，展示了俄勒岡州哥倫比亞河沿岸的中心樞軸灌溉田地。

　　MSS數(shù)據(jù)首先被存儲在衛(wèi)星上的記錄設(shè)備中，然后通過電子方式下載到位于阿拉斯加、加利福尼亞和馬里蘭州的三個(gè)接收站之一。隨著國際社會對這項(xiàng)新技術(shù)的關(guān)注日益增加，全球各地陸續(xù)建立了更多的接收站，以方便數(shù)據(jù)的接收和處理。

　　美國國家航空航天局（NASA）積極推廣Landsat數(shù)據(jù)，并培訓(xùn)全球用戶和機(jī)構(gòu)如何利用這項(xiàng)新技術(shù)。最初，Landsat數(shù)據(jù)集和圖像打印件對全球用戶來說既容易獲取又價(jià)格合理：每個(gè)數(shù)據(jù)集200美元（最初需要一個(gè)包含四盤9軌磁帶的套裝），每張圖像打印件7美元（一套四張，每個(gè)光譜波段一張），彩色合成圖像14美元。這種易于獲取的Landsat圖像就像美國贈予世界的禮物，幫助研究和規(guī)劃地球資源的最佳利用。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)和石油公司是這些數(shù)據(jù)集和圖像的最大買家。一些發(fā)展中國家曾擔(dān)心外國礦業(yè)公司會利用這些圖像來探知國內(nèi)礦藏情況，而這些信息可能是本國尚未掌握的，從而形成了一種新的西方剝削形式。然而，當(dāng)這些國家發(fā)現(xiàn)自己也能夠承擔(dān)圖像分析的費(fèi)用時(shí)，這些擔(dān)憂便逐漸消散了。

　　其次，為了評估這項(xiàng)新技術(shù)并探索其潛在應(yīng)用，美國國家航空航天局（NASA）資助了300項(xiàng)獨(dú)立的科研項(xiàng)目。其中，約三分之一的項(xiàng)目由國際研究者承擔(dān)，涵蓋了眾多地球科學(xué)領(lǐng)域。

　　第三，NASA在美國設(shè)立了三個(gè)培訓(xùn)中心，旨在向州和地方政府的官員傳授如何獲取、分析和使用MSS數(shù)據(jù)。這三個(gè)中心分別是位于馬里蘭州的戈達(dá)德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）、密西西比州的斯坦尼斯太空中心（Stennis Space Center）和加利福尼亞州的艾姆斯研究中心（Ames Research Center）。培訓(xùn)通常為期一周，需要參與人員集中精力學(xué)習(xí)，每個(gè)培訓(xùn)小組由4至8名來自州或地方政府機(jī)構(gòu)的人員組成。在某些情況下，培訓(xùn)也面向大學(xué)/學(xué)院的教師和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)工作人員。培訓(xùn)內(nèi)容涵蓋了多種統(tǒng)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)硬件知識。

　　最后，為了獲取必要的設(shè)施并基于這項(xiàng)新技術(shù)準(zhǔn)備課程材料，向土地贈予學(xué)院提供了可觀的贈款。每個(gè)州都有一所土地贈予學(xué)院，如果一所學(xué)院獲得了贈款，它被期望為其所在州的人員提供培訓(xùn)。

　　傳播過程不僅僅是培訓(xùn)潛在用戶。還需要準(zhǔn)備新的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。在20世紀(jì)60年代和70年代早期，大型計(jì)算機(jī)（Mainframe computers）占據(jù)了主導(dǎo)地位。這些機(jī)器基本上有32位或更高的字長，使它們能夠進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算。它們非常快，到了70年代，它們具備了網(wǎng)絡(luò)能力，允許終端連接到它們。相比之下，當(dāng)今的32位微型計(jì)算機(jī)（32-bit microcomputer）還處于初級階段，只有8位的字長，只能處理0到255之間的數(shù)字，不適合計(jì)算大數(shù)字。大型計(jì)算機(jī)上的主要輸出設(shè)備是高速行式打印機(jī)，主要用于打印數(shù)字信息。它絕對不是為圖形輸出而構(gòu)建的。然而，由于一些計(jì)算機(jī)繪圖程序，特別是20世紀(jì)60年代開發(fā)的SYMAP（一種計(jì)算機(jī)輔助繪圖程序），人們發(fā)現(xiàn)了一種方法，可以在行式打印機(jī)上制作粗糙外觀的圖形。行式打印機(jī)可以在一張計(jì)算機(jī)紙上打印132個(gè)字符。為了制作一個(gè)合理大小的地圖或圖像，必須打印幾張紙，然后粘在一起。這種方法產(chǎn)生了一個(gè)非常大的產(chǎn)品，必須放在墻上，人們需要站幾英尺遠(yuǎn)才能察覺到空間模式。圖12展示了這種輸出的一小部分。對于Landsat輸出，一個(gè)打印字符等于一個(gè)像素。打印字符的伸長維度與Landsat像素的56米乘以79米的大小非常匹配。此時(shí)存在的第二種輸出設(shè)備是設(shè)計(jì)用于矢量圖形（Vector graphics）的。它是由Calcomp公司主要生產(chǎn)的數(shù)字繪圖儀。它是一種非常慢的輸出設(shè)備，通常必須從主機(jī)脫機(jī)運(yùn)行。它不是為與圖像輸出相關(guān)的光柵圖形（Raster graphics）而設(shè)計(jì)的。

　　美國國家航空航天局（NASA）與幾家公司合作，生產(chǎn)一種快速的光柵圖像輸出設(shè)備，這種設(shè)備不僅能夠以黑白方式顯示圖像，還能以彩色顯示。開發(fā)此類設(shè)備的主要公司之一是COMTAL。COMTAL設(shè)備有一個(gè)放在桌子上的顯示器，桌子內(nèi)部裝有一個(gè)大型硬連線圖像處理板。這是當(dāng)今微型計(jì)算機(jī)顯示器的前身，但微型計(jì)算機(jī)使用一個(gè)非常小的圖形微芯片代替了大型硬連線板。此外，桌子上還放置了一個(gè)終端，用于向主機(jī)發(fā)送消息，輸出結(jié)果會發(fā)送回COMTAL顯示器。然而，主機(jī)主要設(shè)計(jì)用于處理各種進(jìn)行少量數(shù)值輸入和輸出工作的用戶。一個(gè)COMTAL設(shè)備會占用大量主機(jī)的速度，而主機(jī)還有許多其他用戶。在此期間，正在制造小型計(jì)算機(jī)（16位字長機(jī)器），這些計(jì)算機(jī)是為處理單一類型的用戶而設(shè)計(jì)的，而不是與主機(jī)相關(guān)的多種類型的用戶。三到四個(gè)COMTAL可以連接到一個(gè)專用的小型計(jì)算機(jī)上，創(chuàng)建所需的圖像處理系統(tǒng)，以顯示和分析Landsat圖像。今天，整個(gè)這個(gè)過程可以在微型計(jì)算機(jī)上完成。Landsat在當(dāng)今微型計(jì)算機(jī)的實(shí)施中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

　　除了硬件，還需要準(zhǔn)備軟件來處理多波段Landsat數(shù)據(jù)集的分析。這些軟件主要與圖像增強(qiáng)、幾何校正和信息提取有關(guān)。圖像增強(qiáng)基本上允許對圖像的對比度和亮度進(jìn)行調(diào)整。幾何校正允許圖像進(jìn)行縮放和對齊，與其他光柵數(shù)據(jù)集（即地形圖）對齊。信息提取涉及從光譜帶中提取數(shù)據(jù)。主要尋求的信息與土地覆蓋有關(guān)，包括森林、開闊地、濕地、水體等。更具體地說，需要不同土地覆蓋的位置和面積。為了完成這項(xiàng)任務(wù)，使用了兩種方法。第一種方法是監(jiān)督方法，需要通過統(tǒng)計(jì)已知土地覆蓋區(qū)域的像素帶值來開發(fā)四個(gè)波段的光譜特征（圖14和圖15）。例如，如果圖像上的四個(gè)區(qū)域已知是特定類型的森林覆蓋，將為這四個(gè)區(qū)域創(chuàng)建光譜特征。此信息將用于識別圖像上具有相似光譜特征的任何其他像素。希望所有其他像素都具有相同類型的森林覆蓋。第二種方法是無監(jiān)督方法，將訓(xùn)練計(jì)算機(jī)尋找具有相似特征的圖像像素，并將它們分組到未識別的光譜類中。分析師將檢查這些類別，并嘗試將它們與特定的土地覆蓋類型進(jìn)行匹配。一旦在監(jiān)督或無監(jiān)督方法下開發(fā)了光譜類別，與這些類別相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將通過分類器程序發(fā)送。此程序?qū)⑼ㄟ^將它們的特征與光譜類別特征進(jìn)行比較，對圖像中的其他像素進(jìn)行分類。大量的資源和精力被投入到信息提取中，并取得了一些成功。此過程的主要問題是基于土地表面比實(shí)際情況更為均質(zhì)，以及與某些土地覆蓋相關(guān)的光譜特征。

　　圖14：MSS數(shù)據(jù)集中像素值的示例。紅色框內(nèi)的值與圖15中的光譜特征相對應(yīng)

　　在1970年代，還有兩顆Landsat衛(wèi)星投入使用。Landsat 2于1975年1月22日發(fā)射，運(yùn)行了七年，直到1982年2月25日關(guān)閉。與Landsat 1一樣，它被認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)性的，由美國國家航空航天局（NASA）維護(hù)。它攜帶了與Landsat 1相同的儀器。再次，RBV儀器出現(xiàn)了問題，而MSS成為了主要的工作儀器。

　　Landsat 3于1978年3月5日被送入軌道，一直運(yùn)行到1983年9月7日。它仍然被視為一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，直到1979年一直由NASA控制。由于Landsat計(jì)劃的總體技術(shù)和科學(xué)成功，衛(wèi)星的操作責(zé)任從NASA（一個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)）轉(zhuǎn)移到了負(fù)責(zé)維護(hù)氣象衛(wèi)星的美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）。

　　Landsat 3也配備了RBV儀器，但該儀器僅在一個(gè)寬光譜帶（綠色到近紅外；0.505-0.750微米）中記錄，而不是像其前代那樣記錄三個(gè)波段。這個(gè)新儀器的地面分辨率是30米（98.4英尺）乘以30米（98.4英尺）。該儀器還有兩個(gè)平行的傳感器，它們之間有一定的重疊。

　　MSS也進(jìn)行了更改。它仍然有四個(gè)光譜波段，但增加了一個(gè)記錄發(fā)射熱能的第五波段。然而，這個(gè)波段在衛(wèi)星運(yùn)行后不久就失效了。

　　在1980年代，Landsat計(jì)劃發(fā)生了一些重大變化。這些變化包括：1.新設(shè)計(jì)的衛(wèi)星和傳感器系統(tǒng)，2.從衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)的新方法，以及3.試圖將計(jì)劃移交給私人公司的控制。

　　1982年7月16日，Landsat 4發(fā)射。它有自己的衛(wèi)星平臺。Landsat 1-3是在用于Nimbus氣象衛(wèi)星的平臺的基礎(chǔ)上建造的。比較圖10和圖16。新平臺攜帶了與前Landsat相同的MSS儀器，但沒有攜帶RBV儀器。一種稱為專題制圖儀（TM）的新傳感器被添加到平臺。TM儀器在七個(gè)光譜帶中掃描，即藍(lán)色、綠色、紅色、近紅外、中紅外（兩個(gè)波段）和熱紅外電磁譜部分。除了熱紅外波段外，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）。熱紅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。圖17顯示了南卡羅來納州查爾斯頓上空的七個(gè)波段。還提供了兩個(gè)彩色合成圖像。真實(shí)顏色的合成基于三個(gè)可見波段，是人類眼睛所能探測到的。第二種合成是假彩色排列。由于波段數(shù)量眾多，可以創(chuàng)建大量不同的假彩色合成，從而允許觀察各種顏色模式并提取信息。

　　在發(fā)射后的一年之內(nèi)，Landsat 4上的兩個(gè)太陽能板和兩個(gè)直接下行傳輸器停止了工作。因此，在數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星開始運(yùn)行之前，無法下載圖像。Landsat 4的圖像被傳輸?shù)街欣^衛(wèi)星，再由中繼衛(wèi)星將圖像傳輸?shù)降孛嬲尽?

　　Landsat 5于1984年3月1日發(fā)射，其遙感配置與Landsat 4基本相同。1987年，它的傳輸器發(fā)生故障，無法再通過中繼衛(wèi)星將國際數(shù)據(jù)下載到美國。NASA的工程師們設(shè)計(jì)了一種方法來解決這個(gè)問題，使得Landsat 5在設(shè)計(jì)壽命預(yù)期后的25年里仍在運(yùn)行。

　　1984年，美國國會通過了《陸地遙感商業(yè)化法案》，將Landsat計(jì)劃私有化。美國國家海洋和大氣管理局負(fù)責(zé)尋找一個(gè)商業(yè)供應(yīng)商來接管該計(jì)劃的運(yùn)行。最終，由休斯飛機(jī)公司和RCA公司組成的合資企業(yè)——地球觀測衛(wèi)星公司被選中。EOSAT簽訂了一份為期十年的合同，負(fù)責(zé)運(yùn)營Landsat 4和5，擁有獨(dú)家營銷Landsat數(shù)據(jù)的權(quán)利，以及建造Landsat 6和7的權(quán)利。

　　EOSAT將圖像價(jià)格從650美元提高到3700美元，然后又提高到4400美元，并限制圖像的重新分發(fā)。這些價(jià)格上漲導(dǎo)致許多數(shù)據(jù)用戶的不滿，這些用戶在20世紀(jì)70年代通過美國國家航空航天局的傳播努力被培養(yǎng)使用這種新技術(shù)。其中許多用戶轉(zhuǎn)向了分辨率較低、價(jià)格較低的氣象衛(wèi)星圖像。

　　EOSAT沒有維持Landsat 4和5系統(tǒng)的必要校準(zhǔn)。1989年，美國國家海洋和大氣管理局指示EOSAT關(guān)閉衛(wèi)星。數(shù)據(jù)用戶不愿意將大量資源投入到未來充滿疑問的計(jì)劃中。在國會、國內(nèi)外數(shù)據(jù)用戶和副總統(tǒng)的強(qiáng)烈抗議下，該計(jì)劃得以保存。

　　此外，1989年美國國家海洋和大氣管理局用于轉(zhuǎn)移Landsat計(jì)劃的資金耗盡。國會為1989年剩余時(shí)間以及1990年和1991年提供了緊急資金。1992年，新的努力被用來為該計(jì)劃尋找持續(xù)的資金。然而，EOSAT不得不停止處理Landsat數(shù)據(jù)。1993年，EOSAT準(zhǔn)備發(fā)射自己的衛(wèi)星，Landsat 6，但火箭未能將衛(wèi)星送入軌道。盡管EOSAT在接下來的幾年里試圖通過銷售由印度遙感機(jī)構(gòu)運(yùn)營的衛(wèi)星圖像來繼續(xù)運(yùn)營，但很明顯，該計(jì)劃的私有化并不成功。

　　基于這些問題，《1992年陸地遙感政策法案》得以制定。根據(jù)該法案，Landsat 7將由政府建造和擁有。2001年，前EOSAT的太空成像公司將Landsat 4和5的操作控制權(quán)交還給政府，并放棄了所有收集的Landsat數(shù)據(jù)的商業(yè)權(quán)利。這一變化使得Landsat數(shù)據(jù)的定價(jià)回歸到更合理的水平，并實(shí)現(xiàn)了更好的衛(wèi)星管理。

　　如前所述，Landsat 6于1993年10月5日發(fā)射，由于火箭中的肼燃料管道破裂，未能進(jìn)入軌道。燃料無法到達(dá)啟動發(fā)動機(jī)，導(dǎo)致沒有足夠的能量將衛(wèi)星送入軌道。

　　Landsat 7于1999年4月15日成功發(fā)射（圖18），并開始使用增強(qiáng)型專題制圖儀增強(qiáng)型（ETM+）系統(tǒng)掃描地球。Landsat 7被認(rèn)為是迄今為止建造的最精確校準(zhǔn)的地球觀測衛(wèi)星。其光譜帶讀數(shù)與地面實(shí)測值相比，具有極高的準(zhǔn)確性。ETM+擁有與Landsat 4和5相同的七個(gè)波段，但它還有一個(gè)具有寬光譜范圍和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，即熱紅外波段，地面分辨率從120米提高到了60米。這些改進(jìn)及其高精度水平為全球變化研究和大型區(qū)域制圖提供了更好的支持。

　　2003年5月，一次硬件故障導(dǎo)致圖像兩側(cè)出現(xiàn)楔形的數(shù)據(jù)缺失區(qū)域。已經(jīng)開發(fā)出一種方法來處理這個(gè)問題。

　　Landsat計(jì)劃在Landsat數(shù)據(jù)連續(xù)性任務(wù)下繼續(xù)進(jìn)行。下一顆衛(wèi)星由通用動力先進(jìn)信息系統(tǒng)公司建造，計(jì)劃于2012年發(fā)射。

　　“日冕”（包括現(xiàn)有的 KH 衛(wèi)星）和 “陸地衛(wèi)星” 計(jì)劃分別是軍事偵察和地球資源監(jiān)測領(lǐng)域中最早且持續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長的基于衛(wèi)星的遙感系統(tǒng)。這兩個(gè)計(jì)劃確立了許多程序和系統(tǒng)，如今被廣泛應(yīng)用于環(huán)繞地球運(yùn)行、對地球進(jìn)行遙感的各種衛(wèi)星上。