第三章遙感傳感器與信息獲取

1、一、傳感器的定義和功能一、傳感器的定義和功能 二、傳感器的分類二、傳感器的分類 三、傳感器的組成三、傳感器的組成 四、傳感器的工作原理四、傳感器的工作原理 五、攝影型傳感器五、攝影型傳感器 六、掃描方式的傳感器六、掃描方式的傳感器 七、微波遙感的傳感器七、微波遙感的傳感器 航空攝影機航空攝影機：是空中對地面拍攝像片的儀器，是空中對地面拍攝像片的儀器，它通過光學(xué)系統(tǒng)采用膠片或磁帶記錄地物的反射它通過光學(xué)系統(tǒng)采用膠片或磁帶記錄地物的反射光譜能量。記錄的波長范圍以可見光光譜能量。記錄的波長范圍以可見光 近紅外為近紅外為主。主。光機掃描儀光機掃描儀 用光學(xué)系統(tǒng)接收來自目標地物的輻射，并分成幾用光學(xué)系統(tǒng)

2、接收來自目標地物的輻射，并分成幾個不同的光譜段，使用探測儀器把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦艂€不同的光譜段，使用探測儀器把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，同時發(fā)射信號回地面，如號，同時發(fā)射信號回地面，如MSSMSS、TMTM等。等。 分為紅外掃描儀和多光譜掃描儀。分為紅外掃描儀和多光譜掃描儀。推帚式掃描儀推帚式掃描儀 用平行排列的用平行排列的CCDCCD探測桿收集地面輻射信息，每根探測桿收集地面輻射信息，每根探測桿由探測桿由3 000/6 0003 000/6 000個個CCDCCD元件呈一字排列，負責(zé)收元件呈一字排列，負責(zé)收集某一波段的地面輻射信息，是推帚式掃描成像。集某一波段的地面輻射信息，是推帚式掃描成像。（）v

3、雷達雷達v側(cè)視雷達側(cè)視雷達v合成孔徑側(cè)視雷達合成孔徑側(cè)視雷達 是指通過向目標地物發(fā)射微波并是指通過向目標地物發(fā)射微波并接受其后向輻射信號來實現(xiàn)對地觀測接受其后向輻射信號來實現(xiàn)對地觀測的遙感方式。主要傳感器為雷達，此的遙感方式。主要傳感器為雷達，此外還有微波高度計和微波散射計。外還有微波高度計和微波散射計。 是指通過傳感器，接受來自目標地物發(fā)射是指通過傳感器，接受來自目標地物發(fā)射的微波，而達到探測目的的遙感方式。被動接的微波，而達到探測目的的遙感方式。被動接受目標地物微波輻射的傳感器為微波輻射計，受目標地物微波輻射的傳感器為微波輻射計，被動探測目標地物微波散射特性的傳感器為微被動探測目標地物微波

4、散射特性的傳感器為微波散射計。波散射計。 指像素所代表的地面范指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，或地面物圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，或地面物體能分辨的最小單元。體能分辨的最小單元。continued普通黑白攝影普通黑白攝影黑白紅外攝影黑白紅外攝影天然彩色攝影天然彩色攝影彩色紅外攝影彩色紅外攝影 感光度高、反差適中、有較高分辨率感光度高、反差適中、有較高分辨率 感光材料的乳劑層上使影像表達出所攝物體感光材料的乳劑層上使影像表達出所攝物體各部分在光量方面差別的能力，稱為乳劑的反差，各部分在光量方面差別的能力，稱為乳劑的反差，即黑白差。感光材料特性曲線的直線段斜率為反即黑白差。感光

5、材料特性曲線的直線段斜率為反差系數(shù)。差系數(shù)。 遙感中常用的膠片是全色片、天然彩色片、遙感中常用的膠片是全色片、天然彩色片、彩色紅外片等。它們的感光范圍各不相同。彩色紅外片等。它們的感光范圍各不相同。 什么是航片什么是航片( () ) ？航片屬于中心投影。航片屬于中心投影。中心投影上，點的像還是點，線的像還是線，面中心投影上，點的像還是點，線的像還是線，面的像還是面。的像還是面。航片的比例尺隨航高而改變。航片的比例尺隨航高而改變。地形的起伏和投影面的傾斜會引起航片上像點的地形的起伏和投影面的傾斜會引起航片上像點的位置的變化，叫像點位移。位置的變化，叫像點位移。航空像片用航空像片用來表示地物的反射

6、率。來表示地物的反射率。 曝光量（H）的對數(shù)底片的密度（D）衛(wèi)星編號 項目 1,2,3 4,5,7 軌道高度 軌道傾角 運行周期 掃描寬度 重復(fù)周期 918 km 99.125 103 min/圈 185 km 18 d 705 km 98.2 98.9 min/圈 185 km 16 d 衛(wèi)星名稱發(fā)射日期遙感數(shù)據(jù)Landsat-11972.7.23MSS4,MSS5,MSS6,MSS7Landsat-21975.1.22RBV1,RBV2,RBV3Landsat-31978.3.5MSS4,MSS5,MSS6,MSS7Landsat-41982.7.16RBV1,RBV2,RBV3Lands

7、at-51984.3.1MSS4,MSS5,MSS6,MSS7,MSS8Landsat-61993.10.5RBV全色波段Landsat-71999.4.15MSS1,MSS2,MSS3,MSS4(與MSS4-MSS7相同)Landsat-8TM1-TM7七個波段continued通道號 光譜段顏色 波長范圍/m MSS4 綠 0.50.6 MSS5 紅 0.60.7 MSS6 紅近紅外 0.70.8 MSS7 近紅外 0.81.1 MSS8 遠紅外 10.412.6 TM TM數(shù)據(jù)是第二代多光譜段光學(xué)數(shù)據(jù)是第二代多光譜段光學(xué)機械機械掃描儀，是在掃描儀，是在MSSMSS基礎(chǔ)上改進和發(fā)展而成的一

8、基礎(chǔ)上改進和發(fā)展而成的一種遙感器。種遙感器。TMTM采取雙向掃描，提高了掃描效采取雙向掃描，提高了掃描效率，縮短了停頓時間，并提高了檢測器的接收率，縮短了停頓時間，并提高了檢測器的接收靈敏度。靈敏度。 ETM ETM數(shù)據(jù)是第三代推帚式掃描數(shù)據(jù)是第三代推帚式掃描儀，是在儀，是在TMTM基礎(chǔ)上改進和發(fā)展而成基礎(chǔ)上改進和發(fā)展而成的一種遙感器。的一種遙感器。continued 教學(xué)活動教學(xué)活動：上網(wǎng)查資料，了解：上網(wǎng)查資料，了解LandsatLandsat衛(wèi)衛(wèi)星的最新動態(tài)。星的最新動態(tài)。 MSS數(shù)據(jù)是一種多光譜段光學(xué)機械掃描儀所獲得的遙感數(shù)據(jù)。SPOT1SPOT1 3 3號衛(wèi)星上攜帶兩臺號衛(wèi)星上攜帶兩

9、臺HRVHRV傳感器。傳感器。 SPOT5 SPOT5衛(wèi)星上衛(wèi)星上HRGHRG（高分辨率幾何裝置）高分辨率幾何裝置）與與HRVHRV基本相同?；鞠嗤?。 HRS HRS是是SPOT5SPOT5特有的一個高分辨率立體特有的一個高分辨率立體成像裝置，工作波段成像裝置，工作波段。 IKONOS IKONOS傳感器是三線陣傳感器是三線陣CCDCCD推帚式成像，因此推帚式成像，因此在正常模式下，它可取得正視、后視和前視推掃在正常模式下，它可取得正視、后視和前視推掃成像。成像。 IKONOS IKONOS圖像可以實現(xiàn)模量傳遞函數(shù)圖像可以實現(xiàn)模量傳遞函數(shù)( (MTF)MTF)的的補償，為此衛(wèi)星的傳感器設(shè)計了

10、進行補償，為此衛(wèi)星的傳感器設(shè)計了進行MTFMTF的測量。的測量。有了這些測量值，可以對因光學(xué)和檢測器等引起有了這些測量值，可以對因光學(xué)和檢測器等引起的像質(zhì)模糊進行補償。的像質(zhì)模糊進行補償。 IKONOS IKONOS衛(wèi)星內(nèi)設(shè)有衛(wèi)星內(nèi)設(shè)有GPSGPS天線，接收的信號被記錄天線，接收的信號被記錄下來，經(jīng)過處理可以提供每個圖像的星歷參數(shù)；傳感下來，經(jīng)過處理可以提供每個圖像的星歷參數(shù)；傳感器系統(tǒng)設(shè)計有三軸穩(wěn)定裝置和量測裝置，以獲得相應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計有三軸穩(wěn)定裝置和量測裝置，以獲得相應(yīng)姿態(tài)數(shù)據(jù)姿態(tài)數(shù)據(jù)。 教學(xué)活動：教學(xué)活動：Quickbird傳感器為推掃式成像掃描儀傳感器為推掃式成像掃描儀多光譜影像多光譜影

11、像分辨率分辨率2.8 m華盛頓紀念碑華盛頓紀念碑 CBERS CBERS具有三臺成像傳感器：高分辨率具有三臺成像傳感器：高分辨率CCDCCD像機像機( (CCD)CCD)、紅外多譜段掃描儀紅外多譜段掃描儀( (IR-MSS)IR-MSS)、廣廣角成像儀角成像儀( (WFI)WFI)。數(shù)據(jù)權(quán)限平臺（DCP）監(jiān)控站CBERS衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站測控中心圖像處理中心任務(wù)中心合成孔徑雷達合成孔徑雷達(SAR) SAR是一套多波束合是一套多波束合成孔徑雷達，工作頻率為成孔徑雷達，工作頻率為 5.3 GHz，屬屬C頻段，頻段，HH極極化?；?。SAR掃描左側(cè)地面。掃描左側(cè)地面。 它有它有5種工作模式，種工作模式，

12、5種模種模式 的 照 射 帶 分 別 為 ：式 的 照 射 帶 分 別 為 ： 500km, 300 km, 200 km, 300 km與與500km，800km。 地 面 分 辨 率 分 別 為地 面 分 辨 率 分 別 為28m25 m，28m25 m，9 ml0 m，30 m35 m與與55 m32 m，28m31m。地點：美國內(nèi)華達州JERS 圖像 PAN PAN數(shù)據(jù)運用數(shù)據(jù)運用CCDCCD推掃描方式成像，地面分推掃描方式成像，地面分辨率高達辨率高達5.85.8m m，帶寬帶寬7070kmkm，光譜范圍光譜范圍50.75mm，具有立體成像能力和可在具有立體成像能力和

13、可在5 5天內(nèi)重復(fù)天內(nèi)重復(fù)拍攝同一地區(qū)。運用其資料可以建立詳細的數(shù)拍攝同一地區(qū)。運用其資料可以建立詳細的數(shù)字化制圖數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型（字化制圖數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型（DEMDEM）。）。 LISS LISS數(shù)據(jù)在可見光和近紅外譜段的地面分數(shù)據(jù)在可見光和近紅外譜段的地面分辨率為辨率為23.523.5m m，在短波紅外譜段的分辨率為在短波紅外譜段的分辨率為7070m m，帶寬帶寬141141kmkm，有利于研究農(nóng)作物含水成分和估有利于研究農(nóng)作物含水成分和估算葉冠指數(shù)，并能在更小的面積上更精確地區(qū)算葉冠指數(shù)，并能在更小的面積上更精確地區(qū)分植被，也能提高專題數(shù)據(jù)的測繪精度。分植被，也能提高專題數(shù)據(jù)的測繪精

14、度。 WiFS WiFS數(shù)據(jù)是雙譜段像機，用于動態(tài)監(jiān)測與數(shù)據(jù)是雙譜段像機，用于動態(tài)監(jiān)測與自然資源管理。兩個波譜段是可見光與近紅外，自然資源管理。兩個波譜段是可見光與近紅外，地面分辨率為地面分辨率為188.3188.3m m，帶寬帶寬810810kmkm。它特別有它特別有利于自然資源監(jiān)測和動態(tài)現(xiàn)象（洪水、干旱、利于自然資源監(jiān)測和動態(tài)現(xiàn)象（洪水、干旱、森林火災(zāi)等）監(jiān)測，也可用于農(nóng)作物長勢、種森林火災(zāi)等）監(jiān)測，也可用于農(nóng)作物長勢、種植分類、輪種、收割等方面的觀察。植分類、輪種、收割等方面的觀察。 海洋衛(wèi)星主要用于海洋溫度場，海流的位置、界海洋衛(wèi)星主要用于海洋溫度場，海流的位置、界線、流向、流速，海浪

15、的周期、速度、波高，水團的線、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水團的溫度、鹽度、顏色、葉綠素含量，海冰的類型、密集溫度、鹽度、顏色、葉綠素含量，海冰的類型、密集度、數(shù)量、范圍以及水下信息、海洋環(huán)境、海洋凈化度、數(shù)量、范圍以及水下信息、海洋環(huán)境、海洋凈化等方面的動態(tài)監(jiān)測。等方面的動態(tài)監(jiān)測。 氣象衛(wèi)星是廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域氣象衛(wèi)星是廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域的一種衛(wèi)星，是太空中的自動化高級氣象站。它能連的一種衛(wèi)星，是太空中的自動化高級氣象站。它能連續(xù)、快速、大面積地探測全球大氣變化情況。續(xù)、快速、大面積地探測全球大氣變化情況。數(shù)據(jù)來源：中國風(fēng)云氣象衛(wèi)星。數(shù)據(jù)來源：中國風(fēng)云氣象

16、衛(wèi)星。近極地太陽同步軌道。近極地太陽同步軌道。 衛(wèi)星上主要的遙感器是兩臺甚高分辨率掃描輻射計衛(wèi)星上主要的遙感器是兩臺甚高分辨率掃描輻射計(AVHRR) ,每臺有每臺有5個通道，各通道的波長范圍分別是：個通道，各通道的波長范圍分別是： AVHRR1：0.580.68m，綠綠紅紅 AVHRR2：0.725l. lm， 近紅外近紅外 AVHRR3：0.480.53m，藍藍綠綠 AVHRR4：0.530.68m，綠綠紅紅 AVHRR5：10.512.5m，熱紅外熱紅外n AVHRR1和和2可獲取白天云圖及地表圖像；可獲取白天云圖及地表圖像； AVHRR3和和4可獲取海洋水色和陸表圖像；可獲取海洋水色和

17、陸表圖像； AVHRR5可獲取晝夜云可獲取晝夜云圖、海溫和地表溫度圖、海溫和地表溫度 。1）可連續(xù)對我國及周邊地區(qū)的天氣進行實時監(jiān)測，）可連續(xù)對我國及周邊地區(qū)的天氣進行實時監(jiān)測，較大地提高了對影響我國的各種尺度的天氣系統(tǒng)的監(jiān)測較大地提高了對影響我國的各種尺度的天氣系統(tǒng)的監(jiān)測能力，所獲云圖資料可填補我國西部和西亞、印度洋上能力，所獲云圖資料可填補我國西部和西亞、印度洋上的大范圍氣象資料的空白。的大范圍氣象資料的空白。 （2）可連續(xù)監(jiān)測天氣變化。）可連續(xù)監(jiān)測天氣變化。 （3）其視野更廣，可覆蓋以我國為中心的約）其視野更廣，可覆蓋以我國為中心的約1億億km2的地球表面，即亞洲、大洋洲及非洲和歐洲的一

18、部分。的地球表面，即亞洲、大洋洲及非洲和歐洲的一部分。觀測和提供這一區(qū)域內(nèi)的云圖、溫度、水氣、風(fēng)場等氣觀測和提供這一區(qū)域內(nèi)的云圖、溫度、水氣、風(fēng)場等氣象動態(tài)，為進行中長期天氣預(yù)報和災(zāi)害預(yù)報起重要作用。象動態(tài)，為進行中長期天氣預(yù)報和災(zāi)害預(yù)報起重要作用。FY-l-A的的AVHRR數(shù)據(jù)與美國數(shù)據(jù)與美國NOAA衛(wèi)星的衛(wèi)星的AVHRR很相似，可互相切換工作，互為備份。很相似，可互相切換工作，互為備份。FY-1兩衛(wèi)星的實時傳輸采用與兩衛(wèi)星的實時傳輸采用與NOAA衛(wèi)星兼容的衛(wèi)星兼容的體制，有高分辨率圖像傳輸體制，有高分辨率圖像傳輸(HRPT)和和4 km分辨分辨率的自動圖像傳輸率的自動圖像傳輸(APT)兩種

19、。兩種。 參考網(wǎng)站：參考網(wǎng)站： http:/ http:/ 主框架2. 太陽陰影孔隙3. 掃描鏡4. 初掃描鏡5. 次掃描鏡6. 主焦平面7. 混合預(yù)放大器8. 校正梭9. 黑體10. 后置光學(xué)裝置11. 輻射冷卻器12. 電路板裝置13. 對地遮蔽14. 電子調(diào)制解調(diào)器15. 電源供應(yīng)16. 熱控制窗17. 全孔徑校正裝置輻射冷卻器Y方向速度反射鏡和探測器太陽陰影設(shè)備孔來自地面輻射全孔徑校正門 電子設(shè)備像底點熱輻射門冷卻門全孔徑校正器對地傳感器裝配像底點換向X波段天線S波段天線Y方向速度太陽板陣列粗太陽敏感器設(shè)備孔ETM傳傳感感器器結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖 通道通道 波段范圍波段范圍 / /mm譜段性質(zhì)

20、譜段性質(zhì) 主要應(yīng)用主要應(yīng)用 （1.1 1.1 kmkm分辨率）分辨率）AVHRR-1AVHRR-10.580.580.680.68黃紅黃紅天氣預(yù)報、云邊景圖、冰雪探測天氣預(yù)報、云邊景圖、冰雪探測AVHRR-2AVHRR-20.7250.7251.101.10紅近紅紅近紅外短波外短波水體、冰雪、植被、草場、農(nóng)作水體、冰雪、植被、草場、農(nóng)作物評價物評價 AVHRR-3AVHRR-33.553.553.953.95中紅外中紅外海面溫度、水陸分界、森林火災(zāi)、海面溫度、水陸分界、森林火災(zāi)、夜間云覆蓋夜間云覆蓋 AVHRR-4AVHRR-410.3010.3011.3011.30 遠紅外遠紅外海面溫度、云

21、量、土壤濕度海面溫度、云量、土壤濕度 AVHRR-5AVHRR-511.5011.5012.5012.50 遠紅外遠紅外成像光譜儀原理入口光學(xué)鏡校正燈平行光管光學(xué)鏡產(chǎn)生成像焦平面校正燈入口孔調(diào)制光電掃描儀調(diào)制光電掃描儀MOS-IRSMOS-IRS光譜儀行攝像機光譜儀固定安置構(gòu)件步進馬達太陽校正反射板校正元件AVHRR數(shù)據(jù)的波段及主要應(yīng)用數(shù)據(jù)的波段及主要應(yīng)用NOAA-16 NOAA-16 日期日期: 2003: 2003年年0505月月1111日日時間時間: 04:59:14 (: 04:59:14 (UTC)UTC) （UTCUTC指國際標準時間指國際標準時間或格林尼治時間）或格林尼治時間） NOAA-17 NOAA-17 日期日期: 2003: 2003年年5 5年年1111日日 時間時間: