2遥感平台及运行特点ppt课件.ppt

第三章遥感数据采集系统,1,第一节遥感平台,复习：遥感平台,2,3,第二节陆地卫星轨道参数及特点一、卫星轨道参数随着遥感技术的发展，各种地球资源卫星提供了越来越多的卫星遥感图像（简称卫星图像）。人造地球卫星在空间的位置可以用几个特定数据来确定，这些数据称为轨道参数,对地观测卫星轨道一般为椭圆形，轨道有6个参数：,4,1、长半轴a:即卫星离地面的最大高度,它用来确定卫星轨道的大小；2、偏心率e:决定卫星轨道的形状；这两个参数决定了卫星轨道的形状,5,3、升交点赤经W:卫星轨道与地球赤道面有两个交点，卫星由南向北飞行时与地球赤道面的交点称为升交点，卫星由北向南飞行时与地球赤道面的交点称为降交点；升交点与春分点之间的角距为4、近地点角距w:升交点向径与轨道近地点向径之间的夹角；,6,5、轨道面倾角i:地球赤道平面与卫星轨道平面间的夹角；6、卫星过近地点的时刻T这四个参数决定了卫星轨道面与赤道面的相对位置,7,其它一些常用的参数1、卫星速度：当轨道为圆形时，其平均速度为：2、卫星运行周期：3、卫星高度：4、同一天相邻轨道间在赤道处的距离5、每天卫星绕地圈数：6、重复周期：,8,第三节陆地卫星及轨道参数介绍1:landsat概况:1967年计划72年发射第一颗,78年失败75年发射第二颗,82年失败78年发射第三颗,83年失败82年发射第四颗,一年后失败83年发射第五颗,至今93年发射第六颗,下落不明99年发射第七颗,2003年5月,传感器损坏.,9,Landsat1-3系列1）卫星轨道平均高度H设计在915公里，偏心率为0.0006轨道近圆形优点：图像比例尺一致卫星匀速，避免扫描行之间不衔接2）轨道倾角在99.125度近极地轨道优点：有利于增大卫星对地面总的观测范围。,10,3）、与太阳同步轨道卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变,11,光照角保持不变，就必须对卫星轨道加以修正。使卫星在同一地方时间通过地面上。优点：有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测。有利于卫星在固定的时间飞临接收站上空，并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳高度。,12,4）、可重复轨道：优点：有利于地面或自然现象的变化作动态监测。,13,美国陆地卫星4、5号(LANDSAT4、5)除MSS传感器外，搭载了主题成像传感器（TM）Landsat-7传感器为ETM传感器，不必依靠中继卫星传送数据，可以把数据存储在星上，然后利用天线直接发送给地面站。2.spot系列卫星Spot对地观测卫星系统是由法国空间研究中心发展的，参与的国家还有比利时和瑞典。系统包含了卫星、对卫星控制和编程的地面设施、图像制作处理和分发的机构等。,14,SPOT5号卫星上搭载有三种成像装置，除了前几颗卫星上的高分辨率几何装置(HRG)和植被探测器(VEGETATION)外，SPOT5更有一个高分辨率立体成像(HRS)装置。这几种探测器的分辨率和视场分别如下：书页、中巴卫星（中国资源一号卫星系列）1999年发射，比的空间分辨率高，比SPOT的波段多,15,分辨率：0.61米全色2.44米多光谱快鸟卫星电磁波谱设置：蓝光波段(450-520nm);绿光波段(520-600nm);红光波段(630-690nm);近红外波段(760-900nm),4、QuickBird卫星,QuickBird卫星于2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射，具有最高的地理定位精度.,16,圣地亚哥全色影像全色450-900nm(45-90)跨越整个多光谱波段长度,圣地亚哥多光谱影像蓝光波段(450-520nm);绿光波段(520-600nm);红光波段(630-690nm);,17,IKONOS卫星参数介绍:轨道高度681公里轨道倾角98.1度轨道运行速度6.5-11.2千米/秒影像采集时间每日上午10:00-11:00轨道周期98分钟轨道类型太阳同步重量817千克(1600磅),5、IKONOS卫星,18,6、高光谱卫星：EO-1、MODIS7、SAR类卫星：8、商业小卫星,19,三、其它卫星参数的计算（坐标、姿态）1、卫星坐标的测定和解算1）星历表法解算卫星坐标卫星的轨道参数+卫星的运行时刻，预先编制成卫星星历表2）GPS测定卫星坐标,20,2、卫星姿态角定义：卫星质点为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为X轴，垂直轨道面的切线方向为Y轴，垂直XY平面的为z轴。滚动：绕X轴旋转的姿态角俯仰：绕y轴旋转的姿态角航偏：绕z轴旋转的姿态角仪器主要有：姿态测量仪、星相机、3个GPS,21,22,第四节遥感传感器及成像原理一、传感器的分类3.2遥感图像特征3.3扫描类型的传感器3.4雷达成像仪,23,一、传感器的分类一）传感器的分类概念:收集,探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器.摄影类型的传感器扫描类型的传感器雷达成像类型的传感器非图像类型的传感器,24,二）组成：,收集器,探测器,处理器,输出器,胶卷光电器件热电器件半导体,透镜反射镜天线,光电倍增管电子倍增管,胶片磁带,25,收集器：收集地物辐射的能量，透镜、反射镜、天线。探测器：收集的辐射能转换成化学能和电能。胶卷、光电器件、热电器件处理器：对收集的信号进行处理，光电倍增管、电子倍增管输出器：输出获得的数据。胶片、磁带,26,三、传感器的性能,1、空间分辨率：传感器瞬时视场所观察到地面的大小。,分辨率与像元,27,2、辐射分辨率：传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力,28,3、光谱分辨率,29,30,31,32,33,34,35,36,特点：依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像,一）、扫描成像类传感器,四、传感器及成像原理,37,对物面扫描的成像仪：特点:对地面直接扫描光机扫描仪(红外扫描仪，多光谱扫描仪)，成像光谱仪，多频段频谱仪对像面扫描的成像仪：特点:瞬间在像面上先形成一条线图像,甚至是一幅二维影像,然后对影像进行扫描成像.线阵列推扫式成像仪，电视摄像机,38,（一）对物面进行扫描1、红外扫描仪1）结构特点：收集器采用旋转扫描镜和反射镜系统，有制冷器，输出端为阴极射线管和胶片。,39,2）、扫描成像过程当旋转棱镜旋转时，镜面对地面横越航线方向扫视一次，在地面瞬时视场内的地面辐射能由旋转棱镜反射到反射镜组，经其反射，聚焦在分光器上，经光器分光后分别照射到相应的探测器上。探测器则将辐射能转变为视频信号，再经电子放大器放大和调整，在阴极射线管上显示瞬时视场的地面影像，底,40,片曝光后记录下来，或者视频信号经模数转换器转换。变成数字的电信号，经采样，量化和编码，变成数据流，向地面作实时发放或由磁带记录仪记录后作延时回放。随着棱镜的旋转，垂直于飞行方向上的地面依次对地面进行扫描，形成一条条相互衔接的地面影像，最后形成连续的地面条带影像。,41,A）瞬时视场角：扫描系统在某一时刻对空间所张的角度。探测原件的线度与光学系统的总焦距之比。B）像点：瞬时视场角在影像上对应的点，也叫像元，像素。,42,C）分辨率：瞬时视场在地面对应的距离。扫描角越大，分辨率越低，航高越高，分辨率也越低垂直摄影时，扫描角为a=dH/fd：为探测器尺寸，f：为扫描仪焦距，：为航高,43,D）扫描线的衔接为探测器的地面分辨率为旋转棱镜扫描一次的时间为飞机的地速这时，两个扫描带的重叠度为但是没有空隙为使扫描线正确衔接，速度与行高之比应为一个常数,44,3）热红外像片的色调特征热红外扫描仪对温度敏感性高，因为它与温度的4次方成正比，温度的变化能产生较高的色调差别。,45,2、多光谱扫描仪1）结构,46,扫描反射镜：m范围反射镜组：聚焦在成像板成像板：个玻璃纤维单元，按波段排成行，每个单元对应空间分辨率，79m*79m探测器：将辐射能转化成电信号处理器：调制解调器输出器：磁带记录仪,47,2）成像过程扫描仪每个探测器的瞬时视场角为86微弧度，卫星高度为915公里，因此，扫描瞬间每个像元的大小的探测单元与飞行方向平行排列，这样瞬间看见的地面大小为474m79m.扫描一次每个波段获取条扫描线图像，其地面范围为474m185km,扫描周期为73.4ms（1000毫秒秒），在扫描一次的时间里卫星向前正好移动474m,因此扫描线正好衔接,扫描方向,飞行方向,79m,56m,48,3）产品的产品分为几个类别：粗加工产品（辐射校正，几何校正）精加工产品（在粗加工的基础上用控制点进行了校正）特殊产品,49,3、专题制图仪高级的多波段扫描型的地球资源敏感仪器与相比，增加一个扫描改正器，使扫描行垂直于飞行轨道，另外使往返双向都对地面扫描，探测器个，分个波段,探测器每组16个,6波段为4个,TM1-5和TM7每个探测元件的瞬时视场在地面为30*30,TM6为120*120米,摄影瞬间16个探测器观测地面的长度为480米,扫描线的长度仍为185公里,一次扫描成像为地面的480米*185公里.,50,探测技术指标,51,4、ETM增强型专题制图仪与TM传感器相比有以下方面的改进：）增加全色波段，分辨率为米）采用双增益技术使远红外波段的分辨率提高到米）卫星的辐射定标误差小于,52,成像原理：以法国SPOT卫星上装载的HRV为例把电荷耦合器件做成电极数目相当多的一个线阵列,（二）对像面扫描的成像仪,53,法国卫星上装载的是一种线阵列推扫式扫描仪，仪器中有一个平面反射镜，将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组，然后聚焦在线阵列元件上，的输出端以一路时序视频信号输出由于使用做探测器，在瞬间能同时得到垂直航线的一条图像线，不需要用摆动的扫描镜，以推扫方式获取沿轨道的连续图像条带,54,55,卫星有两种，一种是多光谱型的，一种是全色的两种的主要参数如下：具体的SPOT卫星探测器主要技术指标见书页,56,（三）成像光谱仪将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像它基本上属于多光谱扫描仪，其构造与线阵列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪类型相同，区别在于通道数目多，各通道的波段宽度很窄,57,它一边飞，一边从嘴里发出一种声音。这种声音叫做超声波，人的耳朵是听不见的，蝙蝠的耳朵却能听见。超声波像波浪一样向前推进，遇到障碍物就反射回来，传到蝙蝠的耳朵里，蝙蝠就立刻改变飞行方向。,58,飞机上的雷达的天线就像蝙蝠的（嘴）。雷达发出的无线电波就像蝙蝠的（超声波）。雷达的荧光屏就像蝙蝠的（耳朵）。,59,（四）雷达成像仪,1、雷达：雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后利用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器,60,2、侧视雷达天线安装在遥感平台的下方，与遥感平台的运动方向形成角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射电磁波，接收回波信号。,61,真实孔径侧视雷达：以实际孔径天线进行工作的,62,侧视雷达工作原理距离分辨力Pg,在侧视方向的分辨率距离分辨率Pg=c/2（斜距分辨率）脉冲持续期（脉冲宽度），俯角c光速,/2,Pg=csec/2（地距距分辨率）,63,沿航线方向的分辨率方位分辨率，沿迹分辨率:R/d波长越短，天线孔径越大，观测距离越小，方位分辨率越高,64,合成孔径雷达工作原理,合成孔径雷达（SAR，SyntheticApertureRadar）,也是侧视雷达。基本原理：利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术，产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观测精度。在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处理过程联系在一起。在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，相位和强度不同，形成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象。,65,66,合成孔径雷达工作原理,理论计算表明：合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为：ra=l/2l为实际天线长度,67,68,3、侧视雷达的几何特点斜距投影1）、垂直飞行方向的比例尺由小变大。,69,2）、造成山体前倾，朝向传感器方向被压缩，背向传感器方向被拉长；有重影现象。,70,3）、高差产生的投影差与中心投影相反，位移量也不同。出现反立体。,71,4、相干雷达