遥感技术基础-第04讲遥感平台及相关知识

FundamentalsofRemoteSensing,解放军信息工程大学测绘学院遥感信息工程系,遥感技术基础,第四讲遥感平台及相关知识,主要内容：一、遥感平台的分类二、地面遥感平台三、航空遥感平台四、航天遥感平台五、遥感卫星六、卫星轨道、轨道根数七、几种遥感卫星及轨道参数八、遥感平台的姿态,一、遥感平台的分类,遥感平台：遥感过程中，搭载传感器（成像设备）的工具。,遥感平台的分类方法,按高度分为：地面平台：H150km,二、地面平台,地面平台：放在地面或水面的、装载传感器的、固定的或可移动的装置（H100m）。用途：地面光谱测量（如地物的光谱特性测量）、航空遥感和航天遥感的地面试验、近景摄影测量等。,地面平台举例,地面遥感平台主要有：三角架、遥感塔、遥感车、遥感船等。街道旁边的、安装了拍摄车辆违规情况照相机的杆。,三、航空平台,相对地面平台而言，航空遥感平台较高（100mH150km）。优点：在很高的位置上对地球表面进行观察，可以更宏观、综合地把握观测对象。航天平台主要有：遥感卫星（最常用）、空间轨道站（主要用于空间实验，航天飞机主要作为航天运输工具）等。,俄罗斯和平号空间站,空间站轨道站的优缺点,优越：与遥感卫星相比，有较大负载容量，可带多种仪器，在飞行中可进行多种试验，资料回收方便；组件式结构，可维修性好；在太空运行数年甚至更长时间。缺点：成本高、技术难度大，只有发达国家才有实力建造空间轨道站。,航天飞机,航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由3部分组成的3级火箭。其主体可以回收，两个助推器也可回收，重复使用，这是它的优点之一。航天飞机是一种灵活、经济的航天平台。自1981年4月以来，美国已经发射过“哥伦比亚”号、“发现”号、“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号等航天飞机。前苏联也曾成功地进行了无人驾驶航天飞机的飞机实验。,五、遥感卫星,返回式遥感卫星：一般携带摄影型相机，采用摄影胶片记录所拍摄到的地物信息，最后通过返回舱将相机和胶片带回地面。返回式遥感卫星由于受胶片感光范围的限制，摄影像片一般仅能记录波长在微米以内的电磁波信息，此外由于摄影型相机所携带的胶片有限，卫星工作寿命一般较短（一般十几天），性能价格比不高。传输型卫星：一般携带扫描类传感器，采用专门的光敏、热敏和CCD探测器把收集到的地物电磁波能量变成电信号记录下来，然后可通过无线电频道向地面发送，从而实现遥感信息的实时或准实时传输。传输型卫星的工作寿命可以设计的很长（一般几年）。,遥感卫星的观测资料或数据是怎样送到地面的？,传输型遥感卫星的数据传输方式,两种方式（参考图说明）,六、卫星轨道、轨道根数,遥感卫星按什么轨道运行？,按近极轨道运行时的地面轨迹如何？,按近极轨道运行时的地面覆盖情况如何？,相邻地面条带的覆盖情况,遥感卫星的运行轨道还影响重访周期（后面介绍）,卫星运行规律遵循开普勒三大定律,定律一：卫星运行的轨道为一椭圆，地球位于该椭圆一个焦点上。近地点A，远地点B，则有：HA=a(1-e)-RHB=a(1+e)-R,定律二：行星在椭圆轨道上运动时，卫星与地球的连线在相等的时间内扫过相等的面积（卫星是非匀速运动，它在近地点附近运行速度快，而在远地点附近运行速度慢）。,卫星运行规律遵循开普勒三大定律,定律三：卫星运行周期的平方与其轨道平均半径的立方成正比。T2/(R+Hi)3=C其中C=2.7516*10-8分钟2/公里3，称为开普勒常数R=6378Km地球半径（是极半径，赤道半径6357）Hi=(HA+HB)/2，是卫星离地平均高度T周期，单位分钟,卫星运行规律遵循开普勒三大定律,轨道根数,轨道根数（尤拉元素）：用于确定轨道形状及卫星在某时刻的位置需要的参数（或者说：表示卫星运动轨道特征的参数）。思考：相对地球而言，确定轨道形状及卫星在某时刻的位置需要哪些元素？,轨道根数,通常用六个参数来描述：轨道长半径a轨道偏心率e轨道面倾角i升交点赤经近地点角距卫星过近地点时刻t及周期T,轨道长半径a,卫星轨道远地点到椭圆中心的距离。,按轨道高度进行分类,A低轨卫星：低高度、短寿命高度为150km350km，寿命只有1星期3星期。可获得较高地面分辨力的图像。多数用于军事侦察。B中轨卫星：中高度、长寿命高度为350km1800km，寿命在1年以上。属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等。C高轨卫星：高高度、长寿命它也称为地球同步卫星或静止卫星。高度约为36000km。这类卫星已大量用作通讯卫星，气象卫星，也用于地面动态监测，如监测火山、地震、林火及预报洪水等。目前，部分卫星有变轨技术（锁眼卫星）,轨道偏心率e,当e趋近与0时，则为近圆形轨道。采用近圆形轨道，卫星运行速度均匀，便于曝光时间地控制和获取全球范围内比例尺趋于一致地图像。a和e共同确定了轨道的形状。,轨道面倾角i,卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。,按轨道面倾角进行分类,i=0赤轨卫星0i90顺轨卫星i=90极轨卫星90i180逆轨卫星,i角影响星下点之间的距离i角确定了卫星的对地观测范围（从北纬i到南纬i）,星下点,卫星在轨道上成像时，卫星与地心的连线在地表上的交点。（一般卫星）,对地观测范围,180,-180,90,-90,0,20,-20,-40,0,40,升交点赤经,卫星轨道的升交点向径与春分点向径之间（在赤道上）的夹角。,升交点：卫星由南向北运行时与赤道面的交点。降交点：卫星由北向南运行时与赤道面的交点。,春分点的解释,地球绕太阳公转=太阳相对于地球作视运动,关于“春分点”的重要概念,天球：半径无穷大的球，任意长的距离与它相比都可忽略不计。（球心可以是地心、太阳），天球不是一个客体，是一个抽象概念。天轴：过天球中心平行于地球自转轴的直线。南北天极：天轴向外延伸与天球有两个交点，北边的叫北天极，南边的叫南天极。天赤道面：过天球中心，垂直于天轴的平面。天赤道：天赤道面与天球相交的大园。黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆。二分点：天球上黄道与赤道相交的两点，一是春分点，二是秋分点。春分点：每年3月23日前后，太阳沿黄道由南半球转入北半球时，经过赤道的交点叫“春分点”秋分点：每年9月23日前后，太阳沿黄道由北半球转入南半球时，经过赤道的交点叫“秋分点”。,升交点赤经的物理意义,升交点赤经确定了轨道面与太阳光线之间的夹角，也就确定了星下点在成像时刻的太阳高度角。,轨道面与太阳光线之间夹角的变化,每年变化360，每天变化360/365=0.98565，若卫星每天运行n圈，则每圈修正量=0.98565/n。在对地观测时，最好保持各地物在相同光照条件下成像，才能正确反映地物间波谱特性的差异。因此，在成像时要保持地面太阳高度角不变，在众多类型的卫星轨道中，对地观测卫星常选择太阳同步轨道。,太阳同步轨道,卫星轨道面与太阳地球连线之间的夹角不随地球绕太阳公转而变化的轨道。升交点赤经每天的变化率为,i90为正升交点东进i=90为零因而，在轨道设计时，应使轨道面每天的进动量与一致（太阳同步轨道）。,近地点角距,升交点向径与近地点向径之间的夹角。近地角距确定了轨道面中长轴的方向。,卫星过近地点时刻t及周期T,卫星过近地点的时间称为过近地点时刻。卫星从升交点（或降交点）通过时刻到下一个升交点（或降交点）通过时刻之间的平均时间称为卫星轨道周期。T满足开普勒第三定律。,六个元素中，轨道长半径a、轨道偏心率e确定了轨道的大小和形状；轨道面倾角i、升交点赤径确定了轨道面的方向；近地角距确定了轨道面中长轴的方向，过近地点时刻t确定了卫星在轨道中的位置。六个根数全部确定后，方可确定卫星于某时刻在轨道上的位置。,轨道根数的意义,七、几种遥感卫星及轨道参数,Landsat卫星系列（美国）,Landsat-5,Landsat-7,Landsat卫星系列,近极近圆形太阳同步轨道,SPOT卫星系列（法国）,IKONOS-2卫星（美国）,ERS卫星系列（欧洲）,椭圆形太阳同步轨道轨道高度：780公里半长轴：7153.135公里轨道倾角：98.52o飞行周期：100.465分钟每天运行轨道数：14-1/3降交点的当地太阳时：10：30空间分辨率：方位方向30米距离方向26.3米幅宽：100公里,JERS卫星（日本）,太阳同步轨道赤道上空高度：568.023公里半长轴：6946.165公里轨道倾角：97.662o周期：96.146分钟轨道重复周期：44天经过降交点的当地时间：10：30-11：00空间分辨率：方位方向18米距离方向18米幅宽：75公里,CBERS-1卫星（中国巴西）,CBERS-1中巴资源卫星由中国与巴西于1999年10月14日合作发射，是我国的第一颗数字传输型资源卫星，目前已发射两颗卫星。太阳同步轨道轨道高度：778公里倾角:98.5o重复周期：26天平均降交点地方时为上午10：30相邻轨道间隔时间为4天扫描带宽度:185公里传感器：CCD传感器、IRMSS红外扫描仪、广角成像仪分辨率：20米256米分辨率的11个波段不同幅宽数据,八、遥感平台的姿态,遥感平台的姿态：滚动(Rolling)、俯仰(Pitching)、偏航(Yawing)。,卫星本身的姿态,卫星姿态参数：卫星姿态的变化主要是三轴倾斜：滚动(Rolling)、俯仰(Pitching)和偏航(Yawing)。控制卫星的姿态稳定，是通过姿态控制系统实现的（主要有星上姿态控制系统和地面卫星测控系统来实现）