石大遙感導論課件06航天遙感

第六章航天遙感平臺：衛(wèi)星、火箭、宇宙飛船和航天飛機等特點：1.平臺高，可觀察到更宏觀的地表特征；

2.發(fā)射費用昂貴，但運行費用極低，一旦發(fā)射上天，幾乎不再有其他費用產(chǎn)生，整體費用低廉.

3.周而復始，可進行周期性的重復觀測，有利于實現(xiàn)動態(tài)觀測。不足之處：分辨率低于航空遙感，但高分傳感器出現(xiàn)后，已部分改變了這種不足。6.1遙感衛(wèi)星的姿態(tài)與軌道參數(shù)1.三軸傾斜：理想情況下，衛(wèi)星應按既定姿態(tài)和軌道航行，但經(jīng)常會發(fā)生滾動、俯仰和偏航，在XYZ軸上有傾斜。2.振動：上下的不穩(wěn)定振動。衛(wèi)星裝載有姿態(tài)測量儀，實時測量和記錄著自己的姿態(tài)數(shù)據(jù)。遙感衛(wèi)星的軌道參數(shù)：軌道參數(shù)多樣，但對遙感來說，有六個參數(shù)需要掌握：1.軌道傾角：軌道面與赤道面的交角2.衛(wèi)星高度：衛(wèi)星距離地面的高程3.運行周期：衛(wèi)星繞地一圈的時間，與衛(wèi)星平均高度正相關。4.重復周期：衛(wèi)星從某地上空開始運行，經(jīng)過若干時間的運行后，回到該地上空所需的天數(shù)或時數(shù)。5.降交點時刻：衛(wèi)星經(jīng)過降交點時的地方太陽時的平均值6.掃描帶寬度：衛(wèi)星沿一條軌道運行時其傳感器所觀測地面帶的橫向?qū)挾?。遙感衛(wèi)星的軌道類型地球同步衛(wèi)星：分布在赤道平面上，運行周期等于地球的自轉(zhuǎn)周期，如果從地面上各點看去，衛(wèi)星在赤道上似乎靜止不動，高度在2-3萬公里，能夠觀測1/3-1/4個地球，可在0.5小時內(nèi)對下墊面進行周期性觀測，主要用于氣象和通訊領域。靜止軌道衛(wèi)星太陽同步衛(wèi)星：軌道傾角大，繞過地球極地，又叫極軌衛(wèi)星。一般在1000公里以下，衛(wèi)星軌道面永遠與當時的“地心-日心連線”保持恒定角度，因此太陽的入射角幾乎是固定的，使衛(wèi)星在不同時相對同一地區(qū)遙感時，太陽高度角大致相等。氣象衛(wèi)星分布：極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星遙感衛(wèi)星分類陸地衛(wèi)星系列：Landsat系列、SPOT系列、

IKNOS系列、中巴資源衛(wèi)星系列等氣象衛(wèi)星系列海洋衛(wèi)星系列6.2陸地衛(wèi)星Landsat系列美國國家航空航天局（NASA），1972年發(fā)射，共8顆星Landsat-82013.2.11OLI/TIRS(OperationalLandImager)Landsat衛(wèi)星的軌道特征：降交點時刻：當?shù)氐胤綍r8:50-9:45掃描影像的旁向重疊TMETMOLI10.450-0.5150.43-0.45、0.45-0.5130m20.525-0.6050.53-0.5930m30.630-0.6900.64-0.6730m40.775-0.9000.85-0.8830m51.550-1.7501.36-1.38、1.57-1.65、30m610.40-12.5010.6-11.15、11.50-12.5160/10072.090-2.3502.11-2.2930m8PAN0.520-0.9000.50-0.6815mOLI陸地成像儀:CCD式ETM+和TM的圖象差異

86878889909192939495969798992000010203040506070809

SPOT5

SPOT4衛(wèi)星運行服務中斷發(fā)射日或重新開始服務日

SPOT1

SPOT2SPOT3

SPOT系列衛(wèi)星的發(fā)射和運行情況Spot衛(wèi)星軌道參數(shù)高分辨率可見光掃描儀HRV(IR)的參數(shù)兩臺HRV(IR)的并行觀測傾斜觀測時有91檔位置選擇，0.6度HRV（IR）可作兩種觀測：垂直觀測和傾斜觀測，對北緯45度帶，可做到單星重復觀測周期為1－4天，多星可達1天每顆SPOT衛(wèi)星上都裝有兩個性能相同的CCD式成像傳感器，瞬間成的是一個寬60公里的窄帶總掃描寬度117公里，不僅能垂直觀測，還能向旁向傾斜觀測，左右偏轉(zhuǎn)475公里范圍內(nèi)可以隨意觀測，對同一點的重復觀測能力增加

Spot的異軌立體像對三星同時運作，最短獲取同一對影像的時間差為20分鐘，經(jīng)相關處理后得到的DEM相對高程精度可達10米SPOT1－3：1986年始，三個可見光近紅外波段，空分20米，全色10米SPOT－4：四個可見光近紅外波段，空分20米。及一個植被探測器。SPOT－5：2002年始，搭載三種傳感器A、高分辨率幾何裝置(HRG)：3個可見光和近紅外波段10m（0.49-0.61、0.61-0.68、0.78-0.89um）、1個短波近紅外20m（1.58-1.75um）、1個全色波段2.5-5m（0.49-0.69），視場60km。2.5m分辨率圖的獲得(合成)2.5米

全

色植被探測器(VEGETATION)：4個藍、紅、近紅外及短波近紅外1km，視場2250km。SPOT4也有搭載。高分辨率立體成像(HRS)裝置：1個全色波段10m（0.49-0.69m），視場120公里立體成像裝置HRS（同軌立體像對），自動相關生成DEM，高程精度為5-10米SPOT6：2012年9月9日發(fā)射，多光譜6米，藍(0.455-0.525μm)；綠(0.530μm-0.590μm)；紅(0.625-0.695μm)；近紅外(0.760-0.890μm)；全色1.5米(0.455-0.745μm)。能在同一軌道上前后擺動45°，向旁側(cè)軌道擺動35°。制定編程計劃過程中集成了自動天氣預報，最大化提高了接收成功率；SPOT系列衛(wèi)星的特點近極地太陽同步軌道衛(wèi)星兩臺CCD傳感器并行觀測可做垂直和傾斜兩種觀測，重復觀測能力增加（用戶可以提前提出申請，提前七天不收費，緊急申請收費）可獲得立體像對，獲取地面高程后續(xù)衛(wèi)星命名為Pleiades，

Pleiades-1

和Pleiades-2

。2011年12月17日、2012年12月?？辗?.5m

，幅寬20km陸地衛(wèi)星系列--IKONOS-21999年9月24日發(fā)射，第一顆高分－商業(yè)遙感衛(wèi)星。號稱具有航片效果的衛(wèi)星影像，開創(chuàng)了商業(yè)衛(wèi)星遙感的開端。1米全色和4米多光譜（4個波段），融合成1米分辨率的彩色影像?？色@取同軌立體像對，平面精度2米，垂直精度3米，專業(yè)制圖1:10000，概覽成圖極限1:2500。軌高680km，太陽同步，傾角98.2o，140天內(nèi)繞地球飛行2049圈，掃描帶寬11km。視角沿軌向和垂直軌向均可調(diào)整，對同一點的重訪周期為1.5-3天。陸地衛(wèi)星系列--QuickBird2001年10月18日發(fā)射，QuickBird－2衛(wèi)星。全色0.61m，4個多光譜波段為2.44m，是第一顆提供亞米級衛(wèi)片的商業(yè)衛(wèi)星，對同一點的重訪周期:1-3.5天太陽同步軌道，高450公里，掃描幅寬16.5公里。存檔數(shù)據(jù)：衛(wèi)星已拍過的區(qū)域，保存在數(shù)據(jù)庫中編程數(shù)據(jù)：訂制所需區(qū)域的最新影像，時間周期1-12月，云量和拍攝角度陸地衛(wèi)星系列---中巴資源衛(wèi)星CBERS

01星1999年10月發(fā)射，2000年3月正式交付使用，2003年8月停止使用；02星2003年10月發(fā)射，2007年基本不能使用，02B星新裝2.5米全色CCD，2008年發(fā)射，目前不能使用軌道參數(shù)、波段設置及分辨率接近SPOT，主傳感器為CCD相機，空間分辨率19.5m03星2013年12月發(fā)射，失敗，未入預定軌道補充：美國的EOS（地球觀測系統(tǒng)）計劃：全球環(huán)境變化、全球氣候變化和自然災害增多等全球性問題，美國NASA1991年啟動了把地球作為一個整體進行綜合觀測的計劃。由一系列低軌大型衛(wèi)星，裝載先進儀器，做長達15年的連續(xù)觀測，通過反演確定全球環(huán)境和氣候變化的程度、原因，加深對自然過程如何影響人類而人類活動又如何影響自然過程的理解。上午衛(wèi)星(EOS-TERRA)：1999年12月18日發(fā)射升空，過境時間為當?shù)貢r間上午10：30和晚上10:30共有5套傳感器，依其分辨率的不同，覆蓋全球的時間在1天～16天一次。下午衛(wèi)星(EOS-AQUA)：2002年5月2日成功發(fā)射，過境時間為下午14:30和凌晨2:30。CERES（云與地球輻射能量系統(tǒng)）、MOPITT（對流層污染測量）MISER：多角成像光譜輻射計，由9個CCD攝像機組成，分別沿9個方向探視，解決了迄今的大多數(shù)衛(wèi)星傳感器只有垂直向下或側(cè)向探視地表的能力的不足（多角度遙感是目前新遙感的熱點），對于全球變化研究中需要采集自然條件下太陽光沿不同方向上的散射能量有實際意義；ASTER：星載高級熱輻射與反射輻射計，14個波段，3個可見光與近紅外的空間分辨率達15米，6個短波紅外波段30m，5個熱紅外波段90m，可傾斜觀測，還可獲得同軌立體像對，掃描帶寬60km，回歸周期16天。MODIS：中分辨率成像光譜輻射計，波長范圍400－1440nm，36個波段，空間分辨率為0.25-1km，是當時光譜分辨率最高的星載傳感器。成像幅寬大（2330km），每1－2天可以獲取全球地表數(shù)據(jù)，對陸地、海洋溫度場測量、海洋洋流、全球土壤濕度測量、全球植被填圖及變化監(jiān)測意義重大地球觀測衛(wèi)星EO系列：2000年陸地衛(wèi)星的特點近極地太陽同步衛(wèi)星較高的分辨率回歸周期較長，對同一點的重復觀測能力較差現(xiàn)在的發(fā)展趨勢是傳感器具有側(cè)擺功能，觀測靈活性增加；除多光譜波段外，增設全色波段；多為推掃式傳感器。6.4氣象衛(wèi)星系列氣象衛(wèi)星：太空中的自動高級氣象站，探測全球大氣變化，主用于云分布（可見光云圖和紅外云圖）、云移、云層厚度、云頂高度、海洋表面溫度、對流層上部水蒸氣分布以及輻射平衡等方面的測定和研究，在陸地資源和環(huán)境方面亦可用于土壤和植被的分布、濕度、冰雪覆蓋、火情和水情等監(jiān)測。第一顆氣象衛(wèi)星由美國在1960年4月1日發(fā)射，現(xiàn)有多國的十多顆氣象衛(wèi)星同時對地球進行氣象觀測氣象衛(wèi)星分布：極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星靜止衛(wèi)星：高度36000km，運行周期24h，觀測范圍達1/4-1/3個地球，南北緯60度以內(nèi)。時間分辨率0.5小時，主要用于短期天氣預報。日本的葵花GMS系列，俄羅斯的GOMS系列，美國的GOES系列，歐盟的METEOSAT系列、中國的風云二號系列低軌衛(wèi)星：近極地太陽同步軌道衛(wèi)星，高度800-1500km，掃描寬度3000公里左右，對同一點一天兩次獲取資料，提供全球中長期數(shù)值天氣預報所需數(shù)據(jù)資料。分辨率相對較高（NOAA的甚高分辨率輻射計AVHRR為1-4km）。美國的泰羅斯、雨云、艾薩、諾阿系列，中國的風云一號

中國的風云三號（2013年）極軌氣象衛(wèi)星系列—諾阿衛(wèi)星NOAA由泰羅斯、雨云、艾薩氣象衛(wèi)星系列升級而來，1970年，目前已19顆星，軌高850公里左右，對同一點每天兩次觀測，12小時。除在氣象領域的應用外，還能廣泛用于海洋油污監(jiān)測、探測火山噴發(fā)、測定森林火災和田野禾草燃燒位置，以及海洋涌流、探測植被生產(chǎn)力、確定蝗蟲孳生地范圍、農(nóng)作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)、探測湖面水位變化等。由兩顆星組成的雙星系統(tǒng)，分上午軌道（降交點地方時7點）和下午軌道（14點），每天可對同一點實現(xiàn)四次觀測。目前同時在役的有四顆衛(wèi)星：NOAA-15(K)1998-05-13上午軌道

NOAA-17(M)2002-06-24上午軌道NOAA-18(N)2005年5月下午軌道

NOAA-19(O)2009-06-21下午軌道NOAA上搭載的傳感器：高級甚高分辨率輻射計：AVHRR，掃描幅寬3000km，有效掃描角左右56度，星下點1.1km，邊側(cè)4km，早期有5個波段，1998年以后改為6個波段。表6.7、6.8P140-141泰羅斯垂直探測器系統(tǒng)（TOVS）：測量大氣中氣溫及濕度垂直分布的多通道分光計。由高分辨率紅外探測器（分辨率17.4km）、微波探測器（MSU，分辨率110km）和平流層探測器（SSU，分辨率4.7km）組成。其他儀器：數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、空間環(huán)境監(jiān)測儀、太陽紫外背向散射儀、地球輻射預測儀、高級微波測深儀、高級海岸帶彩色掃描儀通道波長范圍主要用途10.58-0.68白天圖像、植被、冰雪、氣候…20.725-1.00白天圖像、植被、水/路邊界、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、土地利用調(diào)查…3a*1.58-1.64白天圖像、土壤濕度、云雪判識、干旱監(jiān)測、云相區(qū)分…3b*3.55-3.93下墊面高溫點、夜間云圖、森林火災、火山活動410.30-11.30晝夜圖像、海表和地表溫度、土壤濕度511.50-12.50晝夜圖像、海表和地表溫度、土壤濕度NOAA（K~H）衛(wèi)星AVHRR譜段

3、1999年5月10日FY-1C星發(fā)射業(yè)務星4、2002年5月15日FY-1D星發(fā)射業(yè)務星極軌氣象衛(wèi)星系列—

風云一號/三號系列1、1988年9月7日FY-1A星發(fā)射試驗星

2、1990年9月3日FY-1B星發(fā)射試驗星5、2008年5月27日FY-3A星發(fā)射業(yè)務星6、2010年10月5日FY-3B星發(fā)射業(yè)務星風云一號衛(wèi)星的軌道參數(shù)有效掃描角：左右55.4度掃描寬度：3225km星下點分辨率：1.1km圖象邊緣區(qū)分辨率：4kmFY-1C\D通道編號、波長范圍及其主要用途

表6.10P143通道1、2：0.58-0.68（R）0.84-0.89（IR）,分別處于植被反射的低谷和高峰區(qū)，可用于計算各種植被指數(shù)（數(shù)值越高，說明？），能反映作物、森林、草場的生長情況，病蟲害及作物缺水狀況，并能進行作物估產(chǎn)。還可判識水陸邊界，河口泥沙海冰等。通道3：3.55-3.93um，短波紅外，白天夜間均可拍攝，對檢測地面高溫熱源（森林草場火災）

通道4、5：10.3-11.3、11.5-12.5um，？紅外，測量地面溫度，兩個通道相結(jié)合可對大氣削弱進行訂正，計算地表和海表溫度，在農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、洋流、城市熱島等方面有廣泛的應用。通道6：1.58-1.64um，對雪的反射率較低，用于云、雪的判識，同時對土壤濕度較敏感，干旱監(jiān)測。通道7-9：0.43-0.58um，海洋水色通道，反映海洋中葉綠素含量、海洋渾濁度和海洋污染以及赤潮通道10：0.9-0.965um，低層水汽通道，用于大氣修正和大氣透過率的計算。高空靜止衛(wèi)星：風云二號/四號氣象衛(wèi)星風云二號（A、B、C、D、E、F星）：1997年始，東經(jīng)105°赤道上空，高35800km，覆蓋范圍：20°*20°，覆蓋以我國為中心的1億km2，包括亞洲、大洋洲、非歐的一部分，每半個小時獲取一幅影像三通道可見光、熱紅外和水汽自旋掃描輻射計云圖廣播數(shù)據(jù)收集轉(zhuǎn)發(fā)器風云四號衛(wèi)星（FY－4）：2016年12月11日，輻射成像通道14個，覆蓋了可見光、短波紅外、中波紅外和長波紅外等波段。還配置有912個光譜探測通道的干涉式大氣垂直探測儀，可在垂直方向上對大氣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高精度定量探測。中國首次研制的靜止軌道閃電探測儀器：閃電成像儀1.軌道：低軌和高軌。2.成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數(shù)據(jù)處理容量。3.短周期重復觀測：靜止氣象衛(wèi)星30分鐘一次；極軌衛(wèi)星半天一次，利于動態(tài)監(jiān)測。4.資料來源連續(xù)、實時性強、成本低。氣象衛(wèi)星的特點高軌每半小時掃描1/3－1/4地球，用于短時間天氣預報低軌：幾百公里，極地太陽同步，每條軌道寬3000km左右，對同一點每12小時觀測一次。如NOAA系列。6.5其他衛(wèi)星系列海洋衛(wèi)星：主要且于海洋溫度場，海流的位置、界線、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，海水的類型、密集度、數(shù)量、范圍以及水下信息、海洋環(huán)境等方面的動態(tài)監(jiān)測。海洋云水汽嚴重，可見光紅外電磁波被強烈吸收、散射和反射，難以實現(xiàn)全范圍和全時觀測，微波能繞過云及其他大氣粒子，基本不受天氣情況影響，觀測海洋主要使用微波傳感器。美國SEASAT:近極地，軌道高790km，周期100min，一次掃描寬度1900km，南北緯72°之間的地區(qū)，3種成像傳感：合成孔徑測視雷達、多通道微波掃描輻射計、可見光—紅外輻射計歐洲ERS：極軌，785km，繞地周期100min，7種傳感器（主動微波儀、雷達高度計、微波探測器等等），主要用于海洋學、冰川學、海洋制圖、海洋污染監(jiān)測、船舶定位、導航、水準面測量、海洋巖石圈的地球物理及地球固體潮和土地利用制圖本章習題：1