第三章-遙感技術(shù)系統(tǒng)

1、 第三章遙感技術(shù)系統(tǒng)第三章遙感技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)容介紹與學習目的內(nèi)容介紹與學習目的： 本章主要介紹了遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成；攝影方式、掃描方式及雷達方式傳感器的基本結(jié)構(gòu)、成像機理；常見遙感衛(wèi)星軌道參數(shù)及其傳感器工作特點；航空攝影像片、專題制圖儀圖像、固體自掃描圖像、熱紅外圖像及成像雷達圖像等的特性（空間特性、波普特性、時間特性）。 通過本章的學習，要重點掌握本章典型遙感圖像的特性，正確理解不同遙感圖像的信息內(nèi)涵，從而達到在工作中能正確選擇和使用遙感圖像的目的。 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 遙感技術(shù)系統(tǒng)是實現(xiàn)遙感目的的方法論、設(shè)備和技術(shù)的總稱?，F(xiàn)已成為一個從地面到高空的多維、多層次的立體化觀測系統(tǒng)。遙感技術(shù)系

2、統(tǒng)主要有：遙感平臺系統(tǒng)，即運載工具。包括各種飛機、衛(wèi)星、火箭、氣球、高塔、機動高架車等；遙感器系統(tǒng)，如各種主動式和被動式、成像式和非成像式、機載的和星載的傳感器及其技術(shù)保障系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸和接收系統(tǒng)，如衛(wèi)星地面接收站、用于數(shù)據(jù)中繼的通訊衛(wèi)星等；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，用于地面波譜測試和獲取定位觀測數(shù)據(jù)的各種地面臺站網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于對原始遙感數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、記錄、校正、數(shù)據(jù)管理和分發(fā)；分析應(yīng)用系統(tǒng)，包括對遙感數(shù)據(jù)按某種應(yīng)用目的進行處理、分析、判讀、制圖的一系列設(shè)備、技術(shù)和方法。遙感技術(shù)系統(tǒng)是一個非常龐雜的體系。對某一特定的遙感目的來說，可選定一種最佳的組合，以發(fā)揮各分系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢和總體系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟效

3、益。一、遙感平臺一、遙感平臺 遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱為遙感平臺，它是遙感器賴以工作的場所，平臺的運行特征及其姿態(tài)穩(wěn)定狀況直接影響傳感器的性能和遙感資料的質(zhì)量。目前，遙感平臺按高度可分為地面、航空和航天遙感平臺(表31)。在不同高度進行多平臺遙感，可獲得不同比例尺、分辨率和地面覆蓋面積的遙感圖像。地面遙感平臺指用于安置遙感器的三腳架、遙感塔、遙感車等，高度在100m以下，在上放置地物波譜儀、輻射計、分光光度計等，可以測定各類地物的波譜特性。航空遙感平臺指高度在100m以上，100km以下，用于各種調(diào)查、空中偵察、攝影測量的平臺。航天遙感平臺一般指高度在240km以上的衛(wèi)星等，其中高度最高的要

4、數(shù)氣象衛(wèi)星GMS所代表的靜止衛(wèi)星，它位于赤道上空3600km的高度上，Landsat，SPOT等地球衛(wèi)星高度也在700900km之間。二二 傳感器傳感器 傳感器是記錄地物反射獲發(fā)射電磁波能量的裝置，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的核心部分，目前對成像傳感器的主要分類如下（圖3-1）：（1）按數(shù)據(jù)記錄方式可分為成像方式傳感器和非成像方式傳感器兩大類。非成像方式傳感器記錄的是地物的一些物理參數(shù)。在成像系統(tǒng)中，按成像原理又可分為攝影成像、掃描成像等類型。（2）按傳感器工作的波段可分為可見光傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。從可見光到紅外區(qū)的光學波段的傳感器統(tǒng)稱為光學傳感器，微波領(lǐng)域的傳感器統(tǒng)稱為微波傳感器。(3)按工

5、作方式可分為主動式傳感器和被動式傳感器。被動式傳感器接收目標自身的熱輻射或反射太陽輻射，如各種攝像機、掃描儀、輻射計等；主動式傳感器能向目標發(fā)射強大的電磁波，然后接收目標反射的回波，主要指各種形式的雷達，其工作波段集中在微波區(qū)。三、遙感衛(wèi)星地面接收站三、遙感衛(wèi)星地面接收站 遙感衛(wèi)星地面站是跟蹤、接收、記錄、處理遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地面系統(tǒng)。一般由地面接收站和地面處理站兩部分組成。前者由大型拋物面的主、副反射面天線和磁帶機組成，主要任務(wù)是搜索、跟蹤衛(wèi)星，接收并記錄衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)及衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)。天線具有若干波段(一般是X波段或S波段)、全半球跟蹤能力，安裝方式為方位一俯仰，并設(shè)有自動傾斜機構(gòu)，以

6、解決衛(wèi)星過頂?shù)母檰栴}。接收記錄的數(shù)據(jù)通常通過若干磁帶機記錄在高密度數(shù)字磁帶(HDDT)上。后者由計算機圖像處理系統(tǒng)和光學圖像處理系統(tǒng)組成。 計算機圖像處理系統(tǒng)主要功能是對地面接收站接收記錄的數(shù)據(jù)進行回放輸入，分幅并進行輻射校正和幾何校正處理，最后獲得衛(wèi)星數(shù)據(jù)的計算機兼容磁帶(CCT)和圖像產(chǎn)品。光學圖像處理系統(tǒng)主要功能是對數(shù)據(jù)處理后生成的潛影膠片進行沖洗、放大、合成、分割，從而產(chǎn)生各種類型和規(guī)格的正負膠片和像片等產(chǎn)品。 目前世界上有一定規(guī)模的遙感衛(wèi)星地面站約有25個(表32)，其中有18個是由接收美國陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)開始發(fā)展壯大并形成較大規(guī)模的。為了進行全球范圍的研究，美國在全世界設(shè)置覆蓋大陸的

7、陸地衛(wèi)星地面接收站，目前運行的地面站已經(jīng)達21個。全球陸地僅剩南極洲、中亞、西伯利亞等少數(shù)空白區(qū)。各國的接收站每接收一幅圖，都要在當天用微波回送到美國的地球資源觀測數(shù)據(jù)中心(EROSData)。覆蓋全球的衛(wèi)星系統(tǒng)，遍布全世界的地面站，使美國優(yōu)先獲得全球性的地球資源信息，為進行全球研究提供了可能。 中國遙感衛(wèi)星地面站于1986年底在北京建成并投入使用，它面向全國提供衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及空間遙感信息服務(wù)，是我國大陸唯一的國家級民用多種資源衛(wèi)星接收與處理基礎(chǔ)設(shè)施。20多年來，我國遙感地面站在接收、處理、存檔、分發(fā)各類對地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)接收與處理相關(guān)技術(shù)的研究上取得了重大進步，從建成時只

8、能夠接收處理一顆光學遙感衛(wèi)星發(fā)展到現(xiàn)在能接收處理十多顆衛(wèi)星，譜段涵蓋光學與微波，分辨率從1000m到2.5m，同時代理分發(fā)0.61m高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了重大的突破。 目前，中國遙感地面站是國際資源衛(wèi)星地面站網(wǎng)成員，是世界上接收與處理衛(wèi)星數(shù)量最多的地面站之一，分別與美國、歐空局、加拿大、法國、印度等國家和組織的衛(wèi)星管理機構(gòu)簽訂了衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收協(xié)議。正在接收美國LANDSAT-5，7，法國SPOT-2，4，5，加拿大RADARSAT-1，歐空局ENVISAT-1和ERS-12，印度RESOURCESAT-1，美國Terra和Aqua，以及中巴合作的CBERS-02B等11顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全天候

9、、全天時的對地觀測。四、遙感信息的傳輸四、遙感信息的傳輸 遙感平臺上遙感器所收集的信息只有準確、及時地送回地面并迅速進行處理，才能加以利用。遙感信息向地面?zhèn)鬏斠话悴捎靡韵聝煞N方式。1直接回收直接回收 這是遙感信息傳輸?shù)某跫壭问?，是在遙感平臺返回地面后，直接回收遙感器輸出的磁帶或膠片，如飛機、航天飛機等，或由遙感平臺按地面指令使再入艙與儀器艙分離，獨立返回地面，然后從再人艙內(nèi)取出磁帶或膠片，如國土衛(wèi)星等。直接回收比較容易，利于保密，但不能實時傳輸。2視頻數(shù)據(jù)傳輸視頻數(shù)據(jù)傳輸 視頻數(shù)據(jù)傳輸是將遙感器收集的目標物信息，用無線電發(fā)往地面接收站，它是將探測器輸出的視頻數(shù)據(jù)，通過通信設(shè)備，以s波段(200

10、04000MHz)15Mbps均數(shù)據(jù)率、x波段(800012500MHz)85Mbps的數(shù)據(jù)率或Ku波段(1250018000MHz)等視頻信道向地面發(fā)送。視頻數(shù)據(jù)可以在地面接收站視野內(nèi)或經(jīng)跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星(TDRS)、國內(nèi)通信衛(wèi)星(DOMSAT)在地面接收站視距作用范圍以外區(qū)域，進行實時或近實時傳輸(圖32)，也可以先將數(shù)據(jù)暫時記錄在平臺上的寬帶視頻磁帶機，待平臺飛越地面站上空時再向地面?zhèn)魉?，稱為非實時(延時)傳輸。 第二節(jié)典型傳感器工作方式第二節(jié)典型傳感器工作方式 傳感器是測量和記錄被探測物體的電磁波特性的工具，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的重要組成部分，是遙感成像技術(shù)的核心。一、傳感器的基本組成及工

11、作原理一、傳感器的基本組成及工作原理 無論哪一種傳感器，它們基本是由收集系統(tǒng)(收集器)、探測系統(tǒng)(探測器)、信息轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(處理器)和記錄系統(tǒng)(輸出器)四部分組成(圖33)。 1收集器 收集地物輻射來的能量。具體的元件如透鏡組、反射鏡組、天線等。對于多波段遙感，收集系統(tǒng)還包括按波段分波束的元件，例如濾光片、棱鏡、光柵等。2探測器 將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學能或電能。常用的探測元件有感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測元件、共振腔諧振器等。3處理器 對收集的信號進行處理。如顯影、定影、信號放大、變換、校正和編碼等。具體的處理器類型有攝影處理裝置和電子處理裝置。4輸出器 輸出獲取的數(shù)據(jù)。輸出器類型有掃描曬

12、像儀、陰極射線管、電視顯像管、磁帶記錄儀、XY彩色噴筆記錄儀等。二、傳感器的性能二、傳感器的性能 傳感器的性能表現(xiàn)在多方面，其中最具實用意義的指標是傳感器的分辨率。分辨率是遙感技術(shù)及其應(yīng)用中的一個重要概念，也是衡量遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量特征的一個重要指標，它包括空間分辨率、光譜分辨率和輻射分辨率、時間分辨率。1空間分辨率 空間分辨率是指遙感圖像上能夠詳細區(qū)分的最小單元的尺寸或大小，是用來表征影像、分辨地面目標細節(jié)能力的指標。通常用像元大小、像解率或瞬時視場來表示。 像元像元是指將地面信息離散化而形成的格網(wǎng)單元，單位為米(m)或千米(km)。如圖34所示，圖中正方形的每一個單元網(wǎng)格代表一個像元。像元大小與

13、遙感影像空間分辨率高低密切相關(guān)，像元越小空間分辨率越大。如美國QuickBird商業(yè)衛(wèi)星一個像元相當?shù)孛婷娣e061m0.61m其空問分辨率為0.61m；Landsat衛(wèi)星的TM圖像的一個像元相當?shù)孛婷娣e285m285m，簡稱空間分辨率30m；NOAAAVHRR一個像元約相當?shù)孛婷娣e1100m1100m，簡稱空間分辨率1.1km(或lkm)。像元是掃描影像的基本單元，是成像過程中或用計算機處理時的基本采樣點，由亮度值表示。 像解率像解率是用單位距離內(nèi)能分辨的線寬或間隔相等的平行細線的條數(shù)來表示，單位為線mm或線對mm。 瞬時視場瞬時視場(IFOV) 是指傳感器內(nèi)單個探測元件的受光角度或觀測視野，

14、單位為毫弧度(mrad)。瞬時視場越小，最小分辨單元(可分像素)越小，空間分辨率越高。瞬時視場取決于遙感光學系統(tǒng)和探測器大小。一個瞬時視場內(nèi)的信息，表示一個像元。然而，在任何一個給定的瞬時視場內(nèi)，往往包含著不止一種地面覆蓋類型，它所記錄的是一種復(fù)合信號，因此一般圖像包含的是“純”像元和“混合”像元的集合體，這依賴于瞬時視場的大小和地面物體的空間復(fù)雜性。 對于現(xiàn)代的光電傳感器圖像，空間分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率來表示。地面分辨率定義為影像能夠詳細區(qū)分的最小單元(像元)所代表的地面實際尺寸的大小。對于某特定的傳感器地面分辨率R是不變的定值，印制出來的遙感影像的比例尺可以放大或縮小，地面分辨

15、率在不同的比例尺的具體影像上的反映，稱為影像分辨率，它會隨影像比例尺的變化而變化。只有當生成硬拷貝遙感像片時，才使用影像分辨率，計算機熒屏上的影像沒有影像分辨率之說。例如陸地衛(wèi)星上的傳感器TM的地面分辨率為30m30m在1：10萬圖像上，其影像分辨率則為03mm。因此，影像分辨率隨影像比例尺的不同而變化。2光譜分辨率光譜分辨率 光譜分辨率是指傳感器所能記錄的電磁波譜中，某一特定的波長范圍值。波長范圍值越寬，光譜分辨率越低。例如，MSS多光譜掃描儀的波段數(shù)為5(指有5個通道)，波段寬度約為1002000nm；而成像光譜儀的波段數(shù)可達到幾十甚至幾百個波段，波段寬度則為510nm。光譜分辨率越高，區(qū)

16、分具有微小波譜特征差異地物的能力越強，數(shù)據(jù)量越大，數(shù)據(jù)傳輸、處理越困難，各波段間數(shù)據(jù)的相關(guān)性越大。地物輻射特性不利于快速探測和識別地物，因此光譜分辨率應(yīng)服從應(yīng)用目的，結(jié)合地物特征波譜位置分析，選擇能夠提供最大信息量的最佳波段和多波段組合。3輻射分辨率輻射分辨率 輻射分辨率指傳感器對光譜信號強弱的敏感程度、區(qū)分能力，即探測器的靈敏度。它是傳感器感探測元件在接收光譜信號時能分辨的最小輻射度差，或指對兩個不同輻射源的輻射量的分辨能力。輻射分辨率一般用灰度的分級數(shù)來表示，即最暗至最亮灰度值(亮度值)間分級的數(shù)目。輻射分辨率對于目標識別是一個很有意義的元素，例如Landsat衛(wèi)星MSS多光譜掃描儀，起初

17、以6bits(取值范圍063)記錄反射輻射值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理把其中3個波段擴展到7bits(取值范圍0127)；而Landsat-4，5衛(wèi)星搭載的TM專題制圖儀，7個波段中的6個波段在30m30m的空間分辨率內(nèi)，其數(shù)據(jù)的記錄以8bits(取值范圍0255)，顯然TM比MSS的輻射分辨率提高，圖像的可檢測能力增強。對于空間分辨率與輻射分辨率而言，需要說明的是，一般瞬時視場越大，最小可分像素越大，空間分辨率越低；但是，瞬時視場越大，光通量即瞬時獲得的入射能量越大，輻射測量越敏感，對微弱能量差異的檢測能力越強，則輻射分辨率越高。因此，空間分辨率越大，將伴之以輻射分辨率的降低?？梢姡呖臻g分辨率與高輻射分

18、辨率難以兩全，它們之間必須有所折中。4時間分辨率時間分辨率 時間分辨率是傳感器成像間隔的一項性能指標。傳感器對目標的運動(變化)須進行連續(xù)、均勻、不間斷的探測，其對同一目標重復(fù)成像的周期即為時間分辨率。時間分辨率有不同的數(shù)量級，主要包括：超短或短周期時間分辨率，主要針對氣象衛(wèi)星系列(極軌和靜止氣象衛(wèi)星)，以“小時”為單位，可以用來反映一天以內(nèi)的變比；中周期時間分辨率，主要指對地觀測的資源衛(wèi)星系列，以“天”為單位，可以用來反映月、旬、年內(nèi)的變化；長周期時間分辨率，主要指較長時間間隔的各類遙感信息，用以反映“年”為單位的變化。三、典型傳感器介紹三、典型傳感器介紹 遙感傳感器是獲取遙感數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備

19、，由于設(shè)計和獲取數(shù)據(jù)的特點不同，傳感器的種類也就繁多，目前遙感中使用的傳感器類型大體上可分為：攝影類型的傳感器；掃描成像類型的傳感器；雷達成像類型的傳感器；非成像類型的傳感器。以下將就前三類的典型傳感器進行介紹。 (一)光學攝影類傳感器 這種類型傳感器的基本工作原理為經(jīng)過透鏡(組)，按幾何光學的成像原理聚焦構(gòu)像，利用感光材料，通過光化學反應(yīng)直接感測和記錄目標物反射的可見光和攝影紅外波段電磁輻射能，在膠片或像紙上形成目標物固化影像。其優(yōu)點是空間分辨率高、成本低、操作易、信息容量大；缺點是局限在0313m波譜段，影像幾何畸變較嚴重，成像受氣候、光照條件和大氣效應(yīng)的限制。 典型的光學攝影類傳感器是各

20、類攝影機，按結(jié)構(gòu)及膠片曝光方式可分為幀幅攝影機、縫隙攝影機、多光譜攝影機和全景攝影機。1幀幅式攝影機 這是大家最為熟悉的一種傳感器。主要由收集器、物鏡、探測器和感光膠片組成，另外還需有暗盒、快門、光柵、機械傳動裝置等。曝光后的底片上只有一個潛像，須經(jīng)攝影處理后才能顯示出影像來。這種傳感器的成像原理是在某一個攝影瞬間獲得一張完整的像片(18cm x 18cm或23em X 23em幅面)，一張像片上的所有像點共用一個攝影中心和同一個像片面。 2縫隙攝影機 縫隙攝影機又稱航帶攝影機。在飛機或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影像，是與航向垂直，且與縫隙等寬的一條地面影像。這是由于在攝影機焦平面前方放置一開縫

21、的擋板，將縫隙外的影像全擋去的緣故(圖35)。 當飛機或衛(wèi)星向前飛行時，攝影機焦平面上與飛行方向成垂直的狹縫中的影像，也連續(xù)變化。如果攝影機內(nèi)的膠片也不斷地進行卷繞，且其速度與地面在縫隙中的影像移動速度相同，就能得到連續(xù)的條帶狀的航帶攝影負片。當飛機航速與膠片卷繞速度不匹配時，影像會產(chǎn)生仿射畸變?？p隙攝影機投影性質(zhì)，對于瞬間獲取的一條縫隙寬度的影像，仍為中心投影。但對于條帶影像，由于是在攝影機隨飛行器移動的情況下連續(xù)獲得，因此與框幅式影像的投影性質(zhì)就不一樣，其航跡線影像為正射投影，而其他部分的像點，是相對各自縫隙內(nèi)的攝影中心的中心投影，稱之為多中心投影。另外，搭載此類傳感器的飛行器，其位移和姿

22、態(tài)變化會使影像產(chǎn)生復(fù)雜的幾何畸變。3多光譜攝影機 它是為了攝取不同波段同一目標物的多光譜像片而設(shè)計的。其構(gòu)造與一般普通航空攝影機相似，但具有多鏡頭、多通道的特點。常見的多光譜攝影機可分為三種類型，即多像機型、多鏡頭型、單鏡頭分光譜型。多鏡頭型是在一架航空攝影機上，安置幾個光學特性一致的鏡頭，以攝取不同波段同一地區(qū)的像片。多像機型是將幾架航空攝影機安裝在同一飛機上，就組合成了多機型的攝的中心投影，稱之為多中心投影。另外，搭載此類傳感器的飛行器，其位移和姿態(tài)變化會使影像產(chǎn)生復(fù)雜的幾何畸變。3多光譜攝影機 它是為了攝取不同波段同一目標物的多光譜像片而設(shè)計的。其構(gòu)造與一般普通航空攝影機相似，但具有多鏡

23、頭、多通道的特點。常見的多光譜攝影機可分為三種類型，即多像機型、多鏡頭型、單鏡頭分光譜型。 多鏡頭型是在一架航空攝影機上，安置幾個光學特性一致的鏡頭，以攝取不同波段同一地區(qū)的像片。多像機型是將幾架航空攝影機安裝在同一飛機上，就組合成了多機型的攝影機。各架像機之間，光軸互相平行，按動一個快門按鈕，即可使幾個快門同時工作，從而對地物進行多光譜攝影。單鏡頭分光譜像機的特點是采用棱鏡將光束分離成幾個波段再進行攝影，或利用響應(yīng)不同波段的多感光層膠片進行多光譜攝影，膠片經(jīng)攝影處理后，得到的是一張合成了的多光譜像片，如彩色攝影和紅外彩色攝影。4全景攝影機 全景攝影機又稱掃描攝影機。全景攝影機的結(jié)構(gòu)如圖36所

24、示，它是在物鏡焦面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，并隨物鏡作垂直航線方向掃描，得到一幅掃描成的影像圖，因此稱掃描像機，又由于物鏡擺動的幅面很大，能將航線兩邊的地平線內(nèi)的影像都攝人底片，因此又稱它為全景攝影機。 全景攝影機的特點是焦距長，有的達600mm以上。幅面大，可在長約23cm寬達128cm的膠片上成像。這種攝影機的精密透鏡既小又輕，掃描視場很大，有時能達180這種攝影機是利用焦平面上一條平行于飛行方向的狹縫來限制瞬時視場，因此在攝影瞬間得到的是地面上平行于航跡線的一條很窄的影像，當物鏡沿垂直航線方向擺動時，就得到一幅全景像片。這種攝影機的底片呈弧狀放置，當物鏡掃描一次后，底片旋進一幅。由于每

25、個瞬間的影像都在物鏡中心一個很小的視場內(nèi)構(gòu)像，因此每一部分的影像都很清晰，像幅兩邊的分辨力明顯提高。但由于全景像機的像距保持不變，而物距隨掃描角增大而增大，因此出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮小的現(xiàn)象，整個影像產(chǎn)生所謂全景畸變，再加上掃描的同時，飛機向前運動，以及掃描鏡擺動的非線性等因素，使影像的畸變更為復(fù)雜，圖37為地面上正方形格網(wǎng)在全景像片上的形狀 (二)掃描成像類型的傳感器 掃描成像類型的傳感器是逐點逐行地以時序方式獲取二維圖像。有兩種主要的形式，一是對物面掃描的成像儀，它的特點是對地面直接掃描成像，這類儀器如紅外掃描儀、多光譜掃描儀、成像光譜儀、自旋和步進式成像儀及多頻段頻譜儀等；二是瞬間在像面上

26、先形成一條線圖像，甚至是一幅二維影像，然后對影像進行掃描成像，這類儀器有線陣列CCD推掃式成像儀，電視攝像機等。 1紅外掃描儀 典型的機載紅外掃描儀的結(jié)構(gòu)如圖38所示。它的具體結(jié)構(gòu)元件有一個旋轉(zhuǎn)掃描鏡，一個反射鏡系統(tǒng)，一個探測器，一個制冷設(shè)備，一個電子處理裝置和一個輸出裝置。 紅外掃描儀掃描成像過程是當旋轉(zhuǎn)棱鏡旋轉(zhuǎn)，第一個鏡面對地面橫越航線方向掃視一次，掃描視場內(nèi)的地面輻射能，由刈幅的一邊到另一邊依次進入傳感器，經(jīng)探測器輸出視頻信號，再經(jīng)電子放大器放大和調(diào)制，在陰極射線管上顯示出一條相應(yīng)于地面掃描視場內(nèi)的景物的圖像線，這條圖像線經(jīng)曝光后在底片上記錄下來。接著第二個掃描鏡面掃視地面，由于飛機向前

27、運動，膠片也作同步旋轉(zhuǎn)，記錄的第二條圖像正好與第一條銜接。依次下去，就得到一條與地面范圍相應(yīng)的二維條帶圖像。由于地面分辨力隨掃描角發(fā)生變化，因此紅外掃描影像會產(chǎn)生畸變，這種畸變通常稱之為全景畸變，其形成原因與全景攝影機類似。 紅外掃描儀還存在一個溫度分辨力的問題，溫度分辨力與探測器的響應(yīng)率尺和傳感器系統(tǒng)內(nèi)的噪聲N有直接關(guān)系。為了獲得較好的溫度鑒別力，紅外系統(tǒng)的噪聲等效溫度限制在0.10.5 K之間，而系統(tǒng)的溫度分辨力一般為等效噪聲溫度的26倍。2TM專題制圖儀 TM專題制圖儀是一個高級的多波段掃描型的儀器，包括七個光譜段，第一到第五譜段和第七譜段是可見光、近紅外和短波紅外譜段，第六譜段是熱紅外

28、譜段?？梢姽狻⒔t外和短波紅外譜段的瞬時視場為30m(軌道高度705krn)，熱紅外譜段的瞬時視場分辨率為120m。由于改善了空間分辨率，擴大了光譜搜蓋范圍，所以它能用于地球資源分類和繪制多種專題地圖。 TM專題制圖儀結(jié)構(gòu)如圖39所示，它的主反射鏡位于儀器的中下方，在它的前面是光學擋光片和第二反射鏡。第二反射鏡由支柱安裝到望遠鏡結(jié)構(gòu)支架上。主反射鏡的后面是掃描行改正器、內(nèi)部標定器和主焦面。內(nèi)部標定器采用白熾燈，通過纖維光束作為第一到第五和第七譜段的光源，第六譜段采用的是可控溫度黑體。掃描行改正器是一具有小型的、由馬達驅(qū)動的雙反射鏡像平面掃描系統(tǒng)，它的旋轉(zhuǎn)速率與衛(wèi)星軌道速度大小相同，但方向相反。

29、通過反射鏡的主動掃描，直接校正像的運動。輻射制冷器、后續(xù)光學系統(tǒng)和紅外探測器陣列位于儀器尾部末端。電子線路安裝在一個楔形盒內(nèi)，固定在望遠鏡的上方。專題制圖儀的主要性能參數(shù)見表33。3HRV線陣列推掃式掃描儀 HRV是一種線陣列推掃式掃描儀，其簡單的結(jié)構(gòu)如圖310所示。儀器中有一個平面反射鏡，將地面輻射來的電磁波反射到反射鏡組，然后聚焦在CCD線陣列元件上，CCD的輸出端以一路時序視頻信號輸出。由于使用線陣列的CCD元件作探測器，在瞬間能同時得到垂直航線的一條圖像線，不需要用擺動的掃描鏡，如縫隙攝影機那樣，以“推掃”方式獲取沿軌道的連續(xù)圖像條帶。CCD稱電荷耦合器件，是一種由硅等半導(dǎo)體材料制成的

30、固體器件，受光或電激發(fā)產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴運載，在固體內(nèi)移動，達到一路時序輸出信號。 4成像光譜儀 成像光譜儀是新一代傳感器，在20世紀80年代初正式開始研制，研制這類儀器的主要目的是在獲取大量地物目標窄波段連續(xù)光譜圖像的同時，獲得每個像元幾乎連續(xù)的光譜數(shù)據(jù)，因而稱為成像光譜儀。目前已存在成像光譜儀在可見光一紅外波段范圍內(nèi)，可以被分割成幾百個窄波段，具有很高的光譜分辨率。從其近乎連續(xù)的光譜曲線上，可以分辨出不同物體光譜特征的微小差異，有利于識別更多的目標，因此，成像光譜儀主要應(yīng)用于高光譜遙感。 成像光譜儀所依據(jù)的原理和結(jié)構(gòu)可分為兩大類型，一類可稱為線陣探測器CCD加光機掃描型(圖311)，另

31、一類為面陣CCD探測器加空間推掃型(圖312)。 前者實際上是多光譜掃描儀MSS和TM向更多光譜段的發(fā)展，所以具有線陣CCD與縫隙式攝影成像相同的行中心投影關(guān)系和多光譜掃描儀類似的技術(shù)特點：空間掃描通過掃描鏡擺動完成，從而可以獲得大的視場(可高達90)；像元配準好，不同波段任何時候都能凝視同一像元；光譜覆蓋范圍比較大，可以從可見光一直到熱紅外波段；進一步提高光譜分辨率、空間分辨率和輻射靈敏度比較困難。 第二類成像光譜儀實際上是SPOT推掃式掃描儀的進一步發(fā)展，所以具有面陣CCD與推掃式攝影成像相同的中心投影關(guān)系和HRV類似的特點：像元的凝視時間長，可以獲得較高的系統(tǒng)靈敏度和空間分辨率；在可見光

32、波段，由于器件很成熟，光譜的分辨率可以做得相當高。但是各個光譜通道之間的配準有一定難度，光學設(shè)計不容易，故總視場一般只能達到30左右；中紅外特別是熱紅外譜區(qū)，受器件的限制很大，目前尚未取得實質(zhì)性進展，難于覆蓋到這一譜段。 像光譜儀MODIS，作為美國EOS計劃第一顆衛(wèi)星TERRA(EOSAM一1)的主要傳感器，已于1999年升空。其巨大的應(yīng)用前景和免費接收政策，促使MODIS接收處理站在全球，如雨后春筍般地冒出來，MODIS將成為宏觀資源和環(huán)境遙感的重要信息源。MODIS從可見光到紅外共分36個波段，采用線陣CCD探測器與光機掃描相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，星下點的地面分辨率為250m，500m和100

33、0m，衛(wèi)星軌道與太陽同步。上午10：30過境，掃幅寬度2330km，每天基本上可覆蓋全球一次。 MODIS的光電轉(zhuǎn)換由一個雙面掃描鏡旋轉(zhuǎn)對地面掃描，以每次10km的寬度收集地物目標的波譜信號，經(jīng)鏡頭聚焦到星上的探測器。由于不同波段需用不同的探測器，因此在物鏡前設(shè)置了分光鏡，分光后，分別送到可見光(VIS)、近紅外(NIR)、短波紅外(SWIR)與中波紅外(MWIR)以及長波紅外(LWIR)四個物鏡與焦平面部件。在焦平面分別安置響應(yīng)不同波段的探測器和AD變換器，把地物目標的模擬信號變換成數(shù)字信號，再經(jīng)格式化器和緩沖器，將信號輸出，通過系統(tǒng)校正處理提供產(chǎn)品。 由于高光譜分辨力和高空間分辨力，隨之而

34、來的是數(shù)據(jù)量的急劇增加，必須考慮海量數(shù)據(jù)的實時壓縮方法，其中之一是實時地選擇有效波段，并能根據(jù)需要靈活地改變波段寬度和空間分辨力。這樣在未來的成像光譜儀傳感器系統(tǒng)中必然要有智能型的實時控制和處理能力。另外，與其他遙感數(shù)據(jù)一樣，成像光譜數(shù)據(jù)也經(jīng)受著大氣、遙感平臺姿態(tài)、地形因素的影響，產(chǎn)生橫向、縱向、扭曲等幾何畸變及邊緣輻射效應(yīng)，因此在數(shù)據(jù)提供給用戶使用之前必須進行預(yù)處理。預(yù)處理的內(nèi)容主要包括平臺姿態(tài)的校正，沿飛行方向和掃描方向的幾何校正以及圖像邊緣輻射校正。(三)雷達成像類型的傳感器 雷達是一種主動式的微波遙感傳感器，它有側(cè)視雷達和全景雷達兩種形式，其中在地學領(lǐng)域主要使用側(cè)視雷達。側(cè)視雷達是向遙

35、感平臺行進的垂直方向的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)射微波，再接收由目標反射或散射回來的微波。通過觀測這些微波信號的振幅、相位、極化以及往返時間，就可以測定目標的距離和特性。側(cè)視雷達成像與航空攝影不同，航空攝影利用太陽光作為照明源，而側(cè)視雷達利用發(fā)射的電磁波作為照射源，它與普通脈沖式雷達的結(jié)構(gòu)大體上相近。圖313為脈沖式雷達的一般組成格式，它由一個發(fā)射機，一個接收機，一個轉(zhuǎn)換開關(guān)和一根天線等構(gòu)成。發(fā)射機產(chǎn)生脈沖信號，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測地區(qū)發(fā)射。地物反射脈沖信號，也由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進入接收機。接收的信號在顯示器上顯示或記錄在磁帶上。 雷達工作時，其上的發(fā)射器通過天線在很短的微秒級時間內(nèi)發(fā)射一束能量很強的脈

36、沖波，當遇到地面物體時，被反射回米的信號再被天線接收。由于系統(tǒng)與地物距離不同，同時發(fā)出的脈沖，接收的時間則不同(圖3一14)。雷達接收到的回波中，含有多種信息。如雷達到目標的距離、方位，雷達與目標的相對速度(即作相對運動時產(chǎn)生的多普勒頻移)，目標的反射特性等。其中距離信息可用下式表示： R=1/2（t） 式中：R是雷達到目標的距離；電磁波傳播速度；t是雷達和目標間脈沖往返的時間。 雷達接收到的回波強度是系統(tǒng)參數(shù)和地面目標參數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)包括雷達波的波長、發(fā)射功率、照射面積和方向、極化等。地面目標參數(shù)與地物的復(fù)介電常數(shù)、地面粗糙度等有關(guān)。 按天線的結(jié)構(gòu)不同。側(cè)視雷達又分為真實孔徑側(cè)視雷達

37、(RAR)和合成孔徑側(cè)視雷達(SAR)。1真實孔徑側(cè)視雷達 真實孔徑側(cè)視雷達的工作原理如圖3一15所示。天線裝在飛機的側(cè)面，發(fā)射機向側(cè)向面內(nèi)發(fā)射一束窄脈沖，地物反射的微波脈沖，由天線收集后，被接收機接收。由于地面各點到飛機的距離不同，接收機接收到許多信號，以它們到飛機距離的遠近，先后依序記錄。信號的強度與輻照帶內(nèi)各種地物的特性、形狀和坡向等有關(guān)。如圖315中的a，b，c，d，e等各處的地物，a處由于地物隆起，反射面朝向天線，出現(xiàn)強反射；b處為陰影，無反射；c處為草地，是中等反射；d處為金屬結(jié)構(gòu)，電導(dǎo)率大，出現(xiàn)最強反射；e處為平滑表面，出現(xiàn)鏡面反射，回波很弱?；夭ㄐ盘柦?jīng)電子處理器的處理，在陰極射

38、線管上形成一條相應(yīng)于輻照帶內(nèi)各種地物反射特性的圖像線，記錄在膠片上。飛機向前飛行時，對一條一條輻照帶連續(xù)掃描，在陰極射線管處的膠片與飛機速度同步轉(zhuǎn)動，就得到沿飛機航線側(cè)面的由回波信號強弱表示的條帶圖像。 真實的孔徑側(cè)視雷達的地面分辨率包括距離分辨率和方位分辨率兩種。距離分辨率是脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個目標的最小距離(圖316)，它與脈沖寬度有關(guān)，用下式子表示： Rr= /2 *csec 其中Rr距離分辨率；c為光速；為脈沖寬度；為雷達波束俯角。另外真實孔徑側(cè)視雷達的距離分辨率與距離無關(guān)。若要提高距離分辨率，從上式分析，需要減小脈沖寬度，但這樣將使作用距離減小。目前一般是采用脈沖壓縮技術(shù)來提

39、高距離分辨率。此外，在=50，脈沖寬度為0.1s時，距離分辨率為23m，圖中，A，B兩點相距20m，不能被分辨。當=35，脈沖寬度不變時，距離分辨率為18m，C，D兩點相距20m，可以被分辨。這就是說，俯角越大，距離分辨率低；反之則距離分辨率提高。 方位分辨率是指相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個目標的最小距離，它與波瓣角有關(guān)（圖3一17)。雷達發(fā)射的微波向四面八方輻射，呈花瓣狀，稱波瓣，但以一個方向為主，稱為主瓣，其他方向輻射能小，形成副瓣，其中稱為波瓣角。這時的方位分辨率為： R=GR 式中：R為方位分辨率；為波長；d為天線孔徑；GR為觀測距離。要提高方位分辨率，需采用波長較短的電磁波，加大天

40、線孔徑和縮短觀測距離。這幾項措施無論在飛機上或衛(wèi)星上使用時都受到限制。目前是利用合成孔徑側(cè)視雷達來提高側(cè)視雷達的方位分辨率。2合成孔徑側(cè)視雷達 合成孔徑側(cè)視雷達是利用遙感平臺的前進運動，將一個小孔徑的天線安裝在平臺的側(cè)方，以代替大孔徑的天線，提高方位分辨率的雷達(圖318)。要用小孔徑雷達天線代替大孔徑雷達天線，在地面上通常采用若小孔徑天線組成陣列，即把一系列彼此相連、性能相同的天線，等距離地布設(shè)在一條直線上，利用它們接收窄脈沖信號(目標地物后向散射的相位、振幅等)，以獲得較高的方位分辨率。天線陣列的基線愈長，方向性愈好。 合成孔徑側(cè)視雷達的工作原理是：遙感平臺在勻速前進運動中，以一定的時間間

41、隔發(fā)射一個脈沖信號，天線在不同位置上接收回波信號，并記錄和儲存下來。將這些在不同位置上接收的信號合成處理，得到與真實天線接收同一目標回波信號相同的結(jié)果。這樣就使一個小孔徑天線，起到了大孔徑天線的同樣作用。合成孔徑雷達系統(tǒng)與真實孔徑側(cè)視雷達系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點在于它的方位分辨率與距離R無關(guān)。這樣的系統(tǒng)既可以放在航空器上，又可以放在航天器上，不會因為與地物的距離遠而減少分辨率。理論計算表明，合成孔徑雷達在沿航跡的方向上，像元尺寸(分辨率)為 Rs= d/2式中：Rs為方位分辨率；d為天線沿航跡方向的長度(不是全部天線的總長度)。例如，合成孔徑雷達天線裝置在宇宙飛船上，總長度為2km，它由多個小天線

42、排成一陣列，每一個小天線真實孔徑為8m，雷達波長4m，飛船天線側(cè)向與目標地物的距離為400km時，該合成孔徑的方位分辨率為4m；如果以8m小天線真實孔徑作側(cè)視雷達天線，其方位分辨率為2000m；如果以天線全長2km為真實孔徑天線，其方位分辨率為8m(圖3一19)。 第三節(jié)遙感衛(wèi)星運行特征及傳感器第三節(jié)遙感衛(wèi)星運行特征及傳感器 搭載著傳感器從宇宙空間觀測地球的人造衛(wèi)星，稱為遙感衛(wèi)星或地球觀測衛(wèi)星。近年來遙感技術(shù)越來越受到各國的普遍重視，各國的空間發(fā)展計劃取得了突飛猛進的發(fā)展，新的傳感器及遙感衛(wèi)星使遙感技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域進一步拓寬，人們對遙感技術(shù)的重視進一步提高。以下就主要的遙感衛(wèi)星及其搭載的傳感器工

43、作性能進行概要介紹。一、衛(wèi)星軌道及運行姿態(tài)一、衛(wèi)星軌道及運行姿態(tài) (一)衛(wèi)星軌道參數(shù)與軌道類型 衛(wèi)星圍繞地球運行是按一定的軌道進行的，其運行規(guī)律像行星圍繞太陽運行一樣，滿足開普勒三大定律。衛(wèi)星軌道在空間的具體形狀和位置，由六個軌道參數(shù)來確定，分別為升交點赤經(jīng)、近地點角距、軌道傾角i、衛(wèi)星軌道的長半軸a、衛(wèi)星軌道的偏心率(或稱扁率)e、衛(wèi)星過近地點時刻T(圖320)。除此之外，衛(wèi)星軌道還有其他一些參數(shù)，如衛(wèi)星速度、衛(wèi)星運行周期、衛(wèi)星高度及重復(fù)周期等。以下將重點介紹一些常用衛(wèi)星軌道參數(shù)。1軌道高度軌道高度 衛(wèi)星軌道為一橢圓，按其高度可分為低軌、中軌和高軌三種軌道。低軌衛(wèi)星：一般距離地面約15030

44、0km。低軌衛(wèi)星可獲取大比例尺、高分辨率的遙感影像，但壽命較短，一般只有幾天到幾周的工作時間，多用于偵察遙感。中軌衛(wèi)星：一般距離地面約1000km。這種衛(wèi)星壽命較長，適用于各種環(huán)境遙感和資源遙感。 高軌衛(wèi)星：距離地面高度約35860km。此時衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，又稱為地球同步衛(wèi)星。2衛(wèi)星運行周期和衛(wèi)星重復(fù)周期衛(wèi)星運行周期和衛(wèi)星重復(fù)周期 衛(wèi)星運行周期也稱衛(wèi)星軌道周期，是指衛(wèi)星繞地一圈所需的時間，即從升交點開始運行到下一次過升交點時的時間間隔。 衛(wèi)星重復(fù)周期(衛(wèi)星覆蓋周期)是指衛(wèi)星從某地上空開始運行，經(jīng)過若干時間的運行后，回到該地上空時所需要的天數(shù)。3軌道傾角軌道傾角 軌道傾角(i)

45、是指衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的夾角，也即從升交點一側(cè)的軌道量至赤道面。當i=0時，軌道平面與赤道平面重合，稱為赤道軌道，若衛(wèi)星運行方向與地球自轉(zhuǎn)二致且運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等，稱為地球靜止軌道。當i=90時，軌道地面與赤道面有垂直，稱為極地軌道，可以覆蓋全球。介于上述兩者情況之間的軌道則都為傾斜軌道。4升升(降降)交點交點 衛(wèi)星質(zhì)心與地心連線同地球表面的交點稱星下點，該點在衛(wèi)星飛行過程中在地面移動的軌跡稱星下點軌跡。當軌道傾角不為0時，它與赤道面有兩個交點，分別為升交點和降交點。升交點為衛(wèi)星由南向北運行時，軌道與地球赤道面的交點；反之，由北向南飛行時的另一個交點稱為降交點。 (二)衛(wèi)星運行

46、姿態(tài) 衛(wèi)星在軌道上運行時，其姿態(tài)有三種情況：偏航、俯仰和側(cè)滾(圖321)。若以衛(wèi)星質(zhì)心為坐標原點，沿軌道前進的切線方向為x軸，垂直軌道面的方向為y軸，垂直xy平面的為z軸。則繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱之為側(cè)滾；繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱俯仰；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱偏航。這里的衛(wèi)星姿態(tài)角與遙感影像幾何變形有直接的關(guān)系。遙感過程中，必須對衛(wèi)星的x，y，z三軸進行定向，以使其保持一定的空中姿態(tài)，保證傳感器始終對準地面。二、二、Landsat陸地資源衛(wèi)星系列陸地資源衛(wèi)星系列 1972年美國發(fā)射了第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星(ERTS-1)，幾年后地球資源衛(wèi)星改名為陸地資源衛(wèi)星(Landsat)，至今陸地資源衛(wèi)星共發(fā)

47、射了7顆，其中Landsat-6衛(wèi)星因未能進人軌道而失敗，Landsat-5，7衛(wèi)星目前仍在運行(表34)。 1Landsat系列衛(wèi)星傳感嘉及參數(shù) Landsat系列衛(wèi)星搭載的傳感器共三種：反束光導(dǎo)攝像機(RBV)、多光譜掃描儀(MSS)專題制圖儀(TM)。Landsat-1，2，3上載有RBV和MSS，Landsat-4，5裝載TM和MSS，Landsat-7上裝有增強型專題制圖儀(ETM+)。目前，對于Landsat系列衛(wèi)星來說，應(yīng)用最多的數(shù)據(jù)是TM及ETM+。 第一代陸地資源衛(wèi)星(Landsat-1，2，3)上裝有返束光導(dǎo)攝像機和多光譜掃描儀Mss，其中Landsat-1，2搭載的MSS

48、有四個通道(光譜段)分別稱為MSS4，MSS5，MSS6，MSS7，分辨率為80m(圖322)。Landsat-3上裝載的MSS在這四個波段的基礎(chǔ)上又增加了一個熱紅外通道MSS8，波長范圍104126m(表35)。 20世紀80年代，美國分別發(fā)射了第二代陸地資源衛(wèi)星Landsat-4，5(圖323)，陸地資源衛(wèi)星在技術(shù)上有了較大改進，平臺采用新設(shè)計的多任務(wù)模塊，增加了新型的專題繪圖儀TM，可通過中繼衛(wèi)星傳送數(shù)據(jù)。與第一代衛(wèi)星傳感器相比，TM的波譜范圍比MSS大，每個波段范圍變窄，因而波譜分辨率比MSS圖像高，其地面分辨率改進為30m(TM6的地面分辨率為120m)。20世紀90年代，美國又分別

49、發(fā)射了第三代陸地資源衛(wèi)星(Landsat-6，7)。1999年美國航宇局發(fā)射了Landsat-7衛(wèi)星，以保持地球圖像、全球變化的長期連續(xù)監(jiān)測。該衛(wèi)星裝備了一臺增強型專題繪圖儀(ETM+)，該設(shè)備增加了一個15m分辨率的全色波段(pan)波長為0.50.9m，瞬間視場為13m15m(表36)；另外，熱紅外波段的探測器陣列從4個增加到8個，從而使其空間分辨率也提高了一倍，達到60m。2Landsat系列衛(wèi)星軌道參數(shù) Landsat系列衛(wèi)星屬于中高度極軌衛(wèi)星并與大陽同步，16天即可覆蓋全球一次，衛(wèi)星具體軌道參數(shù)見表37。三、三、SPOT衛(wèi)星衛(wèi)星 SPOT衛(wèi)星是法國聯(lián)合比利時、瑞典等一些歐共體國家，主

50、要由法國空間研究中心研制的一種地球觀測衛(wèi)星系統(tǒng)(圖324)。從1986年2、月發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星開始，SPOT系列衛(wèi)星至今已發(fā)射了5顆，目前在軌運行的有SPOT-4，5。 SPOT衛(wèi)星與美國“陸地資源衛(wèi)星”相比，其優(yōu)越之處在于SPOT衛(wèi)星圖像的分辨率可達1020m，超過了“陸地資源衛(wèi)星”系統(tǒng)，加之SPOT衛(wèi)星可以拍攝立體像對，因而在繪制基本地形圖和專題制圖方面將會有更廣泛的應(yīng)用。1SPOT衛(wèi)星的傳感器 SPOT-1，2，3的主要成像傳感器為高分辨率可見光掃描儀(HRV)。HRV傳感器地面分辨率為：1020m，圖像的獲取以“推掃式掃描”進行，即隨著衛(wèi)星沿垂直于影像的軌道向前方飛行，CCD掃過整

51、個影像，從而產(chǎn)生一個圖像。HRV的靈敏度很高，在良好光照條件下，可以探測到低于0.5的地面反射變化。SPOT衛(wèi)星上由兩臺HRV組成的HRV系統(tǒng)，有兩種觀測模式，即垂直觀測模式和傾斜觀測模式。在垂直觀測模式中，由兩臺HRV的瞄準軸放在正中一擋方向上，與鉛垂線約成2的角，處于鉛垂線左右兩側(cè)。每臺HRV的瞬時地面視場的舷向?qū)挾葹?0km，兩臺HRV的瞬時地面視場左右相接，覆蓋地面的重疊部分為3km，故兩臺HRV的瞬時地面視場合成一條舷向?qū)?17km、航向僅為20m(或10m)寬的細長條(圖325)。 在傾斜觀測模式中，兩臺HRV的瞄準軸都調(diào)整到偏離正中擋的位上，對地面作傾斜觀測，瞬時視場也離開天底點

52、。當瞄準軸選最邊緣的擋位時，每臺HRV的地面探測條帶的舷向?qū)挾葹?0km。當瞄準軸選擇最邊緣的擋位時，每臺HRV的瞄準軸在27。角度內(nèi)91個擋位上逐一停留進行觀測，能觀測到的地面舷向?qū)挾葘⑦_950km左右(圖326)。 每臺HRV工作波段及地面分辨率為：全色波段(051073m)，地面分辨率為l0m；多光譜方式(0506m，060：7m，0809m)，地面分辨率為20m(表38)。 SPOT-2除了載有兩臺HRV外，還有一臺固體測高儀(DORIS，即衛(wèi)星集成的多普勒成像與無線電定位儀)。SPOT-3除兩臺改進型HRV和一臺DORIS外，還有一臺極地臭氧和氣溶膠測量儀(POAM-11)。SPOT

53、-4搭載的HRVIR傳感器對先前使用的HRV專感器作出改進：采用與多光譜B2波段光譜范圍相同的單色模式M，取代了原來的全色模式；而且增加了一個短波紅外波段(SWIR)，增強了SPOT衛(wèi)星在農(nóng)業(yè)和森林資源調(diào)查、地表積雪覆蓋的監(jiān)測及地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘探等方面的應(yīng)用潛力(表39)。 此外，SPOT-4還搭載了其他一些探測儀器，其中為歐盟國家合作項目開發(fā)的VEGETATION儀器，提供2000km幅寬、地面分辨率約lkm的觀測數(shù)據(jù)，該儀器選用HRVIR傳感器的B2，B3和SWIR波段，另外增加了一個B0波段(043047m)，用于觀察全球環(huán)境的變化。2002年發(fā)射的SPOT-5衛(wèi)星搭載有三種成像裝置，除了

54、前幾顆衛(wèi)星上的高分辨率幾何裝置(HRG)和植被探測器 VEGETATION)外，SPOT-5更有一個高分辨率立體成像裝置(HRS)，這幾種探測器的分辨率和視場見表310。2SPOT衛(wèi)星的軌道參數(shù) SPOT衛(wèi)星的軌道為圓形、近極地、太陽同步軌道。衛(wèi)星采用這種軌道飛行，可以取得比例尺大致固定的圖像，能夠飛越地球上的所有地區(qū)，同時對地球上任何地區(qū)重復(fù)觀測時，能夠保證相同的太陽光照度。SPOT衛(wèi)星軌道具體參數(shù)見表31l。 四、四、CBERS衛(wèi)星衛(wèi)星 CBERS(中巴地球資源衛(wèi)星)是我國和巴西聯(lián)合研制的應(yīng)用衛(wèi)星，目前已發(fā)射三顆分別是CBERS一1(1999年)、CBERS一2A(2003年)及CBERS

55、一2B(2007年)，CBERS-1已停止使用。其遙感影像數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于農(nóng)、林、牧、水利、地礦、測繪、海洋、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害監(jiān)測、氣象、交通選線等國民經(jīng)濟眾多領(lǐng)域。中巴地球資源衛(wèi)星主要提供三種遙感影像數(shù)據(jù)資料，它們分別是通過電荷耦合器件相機(CCD)、紅外多光譜掃描儀(IRMSS)以及寬視場成像儀(WFI)得到的。各傳感器主要技術(shù)指標見表312。中巴地球資源衛(wèi)星軌道的主要參數(shù)見表3-13。五、五、Quickbird衛(wèi)星衛(wèi)星 Quickbird高分辨率遙感衛(wèi)星是由美國DigitalGlobe公司于2001年10月發(fā)射成功的目前全世界最高分辨率的商用遙感衛(wèi)星。Quickbird遙感衛(wèi)星影像在空間分辨

56、率（0.61m）、多光譜成像（1個全色通道，4個多光譜通道）成像幅寬（16.5km*16.5km）、成像擺角（0-25）等方面具有顯著的優(yōu)勢，能夠滿足更專業(yè)更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的遙感應(yīng)用需求。目前Quickbird衛(wèi)星數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于陸地水資源調(diào)查、土地資源調(diào)查、植被資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、城市遙感調(diào)查、海洋資源調(diào)查測繪、考古調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測和規(guī)劃管理等方面。Quickbird遙感衛(wèi)星上搭載傳感器主要技術(shù)指標及衛(wèi)星軌道的主要參數(shù)見表3-14。Quickbird衛(wèi)星軌道的主要參數(shù)見表3-15.六、六、Radarsat系列衛(wèi)星系列衛(wèi)星 加拿大的Radarsat-1是世界上第一個商業(yè)化的SAR運行系統(tǒng)（圖3-2

57、7）由加拿大太空署美國政府、加拿大私有企業(yè)于1995年合作發(fā)射，衛(wèi)星高度796km，傾角98.6，重復(fù)周期24天，軌道類型與太陽同步（晨昏）。目前Radarsat衛(wèi)星圖像主要應(yīng)用于海冰監(jiān)測、制圖、地質(zhì)勘探、海事監(jiān)測、救災(zāi)減災(zāi)和農(nóng)林資源監(jiān)測，以及地球上的一些脆弱生境的保護等方面。 Radarsatr-1的合成孔徑雷達系統(tǒng)(SAR)采用C波段(56cm)HH極化，它的突出的優(yōu)點是，該系統(tǒng)有可變的波束選擇方式，包括多種地面刈幅、分辨率、視角等，還有寬波束的掃描“ScanSAR”方式。在數(shù)據(jù)收集時，可以使用二個、三個或四個單波束觀測(圖328)。 單波束包括標準模式、寬模式、精細模式、超高模式、超低模

58、式；ScanSAR類包括窄掃描“ScanSAR”和寬掃描“ScanSAR”(表316)。精細模式有最高的空間分辨率，最小的成像范圍。標準模式有7個成像位置。優(yōu)秀的圖像質(zhì)量。寬模式的分辨率與標準模式接近，成像范圍更大，但這是以輕微犧牲圖像質(zhì)量為代價的。超低模式由于成像在最佳角度范圍外，圖像質(zhì)量可能有少許降低。超高模式有6個成像位置，優(yōu)秀的圖像質(zhì)量，但同樣由于成像在最佳角度范圍外，圖像質(zhì)量可能有少許降低。 2007年發(fā)射的Radarsat-2，其主要圖像傳感器也是具有多種成像模式能力的c波段SAR雷達，保留了Radarsat-1衛(wèi)星目前所有的成像模式，并且包括了重要的創(chuàng)新和改進。Radarsat-

59、2采用多極化工作模式，大大增加可識別地物或目標的類別，可為用戶提供3100m分辨率、幅寬從10500km范圍的雷達數(shù)據(jù)，在原有水平極化(HH)的基礎(chǔ)上增加了垂直極化(VV)和正交極化(HV或VH)，四種極化模式將提供全面的極化數(shù)值設(shè)定。另外，每一個主要的成像模式能夠在每一維提供3m一采樣點的條帶圖像。由于無論在衛(wèi)星軌道的左或者右邊，所有成像模式均有效，所以衛(wèi)星的再訪時間縮短。 第四節(jié)第四節(jié) 常見遙感圖像特征常見遙感圖像特征 遙感圖像是各種傳感器所獲信息的產(chǎn)物，是遙感探測目標的信息載體。由地物反射或自身發(fā)射的電磁輻射，通過成像系統(tǒng)處理后產(chǎn)生與原物相似的形象稱影像。遙感影像經(jīng)過處理或再編碼后產(chǎn)生的

60、與原物相似的形象稱遙感圖像。為區(qū)別不同成像方式的遙感影像，常稱光學攝影成像的二維連續(xù)的影像為像片，掃描成像的一維連續(xù)離散或二維離散的影像為圖像。 依據(jù)成像遙感器工作波段和成像方式可對遙感圖像進行分類，詳細劃分見表3-17。 一、航空攝影像片特性 航空攝影是以飛機或氣球作為遙感平臺，使用攜帶的航空攝影機在空中對地面，以攝影方式進行目標物信息的收集、處理，獲取各種圖像、數(shù)據(jù)的全過程。攝影方式所使用的傳感器，主要有航空攝影機和多光譜攝影機。攝影方式獲取的像片具有信息量大，分辨率高等特點，還可以獲取地物從可見光到近紅外各個波段的光譜輻射。但因受感光乳劑的限制，只能獲取波長為0.31.3m的近紫外、可見