遥感技术系统

1、遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS内容提要：内容提要： 本章概括介绍遥感平台、传感器、数据本章概括介绍遥感平台、传感器、数据接收记录与处理系统等遥感技术系统，讲授接收记录与处理系统等遥感技术系统，讲授重点是遥感影像获取的基本原理，传感器组重点是遥感影像获取的基本原理，传感器组成、特点与种类，不同传感器的性能比较。成、特点与种类，不同传感器的性能比较。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 遥感平台遥感平台(Platform): 指装载遥感传感器的运指装载遥感传感器的运载工具。载工具。 按平台距地面的高度

2、可分为：按平台距地面的高度可分为： 地面平台地面平台 航空平台航空平台 航天平台航天平台遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 地面平台地面平台 置于地面上和水上的装载传感器的固定的置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三角或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三角架、遥感塔、遥感车等，高度一般在架、遥感塔、遥感车等，高度一般在100m以下以下. 作用作用：近距离测量地物波谱和摄取供试验：近距离测量地物波谱和摄取供试验研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。感作校准

3、和辅助工作。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航空平台航空平台 定义定义：悬浮在海拔：悬浮在海拔80km以下的大气（平流以下的大气（平流层、对流层层、对流层)中的遥感平台叫做航空平台。包括中的遥感平台叫做航空平台。包括飞机和气球两种。飞机和气球两种。 特点特点：航空平台具有飞行高度较低、地面：航空平台具有飞行高度较低、地面分辨力较好、机动灵活、不受地面条件限制、分辨力较好、机动灵活、不受地面条件限制、调查周期短、资料回收方便等优点。调查周期短、资料回收方便等优点。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航空平台航

4、空平台气球气球 低空气球低空气球: 位于对流层及其以下高度的气球位于对流层及其以下高度的气球称为低空气球，大多数可用人工控制在空中固称为低空气球，大多数可用人工控制在空中固定位置上进行遥感。定位置上进行遥感。 高空气球高空气球: 位于平流层以上的气球称为高空位于平流层以上的气球称为高空气球，大多是自由漂移的，可升至气球，大多是自由漂移的，可升至1200040000m高空。高空。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航空平台航空平台飞机飞机 飞机是航空遥感的主要遥感平台。飞机是航空遥感的主要遥感平台。 飞机性能的飞机性能的要求要求：航速不宜过快，稳定性能：

5、航速不宜过快，稳定性能好；续航能力强，有较大的实用升限；有足够宽好；续航能力强，有较大的实用升限；有足够宽敞的机舱容积；具备在简易机场起飞的能力及先敞的机舱容积；具备在简易机场起飞的能力及先进的导航设备等。进的导航设备等。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航空平台航空平台飞机飞机飞机遥感的飞机遥感的特点特点：u飞机遥感具有分辨率高飞机遥感具有分辨率高u携带传感器类型样式多携带传感器类型样式多 u不受地面条件限制不受地面条件限制u调查周期短、测量精度高调查周期短、测量精度高u信息回收方便信息回收方便遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4

6、.1 遥感平台遥感平台 航空平台航空平台飞机飞机低空飞机低空飞机：飞行高度在距离地面：飞行高度在距离地面2000m以下，以下，能够取得大比例尺、中等比例尺航空遥感图像。能够取得大比例尺、中等比例尺航空遥感图像。中空飞机中空飞机：飞行高度：飞行高度2000m6000m，通常使，通常使用这类平台取得中小比例尺的航空遥感图像。用这类平台取得中小比例尺的航空遥感图像。高空飞机高空飞机：飞行高度在：飞行高度在12000m30000m之间，之间，一般用于航空遥感的飞机达不到这个高度。一般用于航空遥感的飞机达不到这个高度。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航天平台

7、航天平台定义定义：位于海拔：位于海拔80km高度以上的遥感平台称高度以上的遥感平台称为航天平台。为航天平台。 作用作用：航天平台上进行的遥感是航天遥：航天平台上进行的遥感是航天遥感，航天遥感可以对地球进行宏观的、综合感，航天遥感可以对地球进行宏观的、综合的、动态和快速的观察。航天平台主要有高空的、动态和快速的观察。航天平台主要有高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机等。道站和航天飞机等。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航天平台航天平台高空探测火箭高空探测火箭 飞行高度一般飞行高度一般300

8、400km，介于飞机和人，介于飞机和人造地球卫星之间。造地球卫星之间。优点优点：火箭可在短时间内发射并回收，利用：火箭可在短时间内发射并回收，利用好天气快速遥感，不受轨道限制，应用灵活，好天气快速遥感，不受轨道限制，应用灵活，可对小范围地区遥感。可对小范围地区遥感。缺点缺点：火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器，：火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器，代价大，取得的资料少，不是理想的遥感平台。代价大，取得的资料少，不是理想的遥感平台。 遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航天平台航天平台高空探测火箭高空探测火箭 人造地球卫星是航天遥感中应用最广泛的遥人造地球卫星是

9、航天遥感中应用最广泛的遥感平台，在资源环境调查和监测中起着主要作感平台，在资源环境调查和监测中起着主要作用。按卫星运行轨道高度和寿命，可分为三种用。按卫星运行轨道高度和寿命，可分为三种类型：类型： 低 高 度 、 短 寿 命 卫 星低 高 度 、 短 寿 命 卫 星 ： 轨 道 高 度 为： 轨 道 高 度 为 150km350km，寿命只有几天到几十天。可获，寿命只有几天到几十天。可获得较高地面分辨力的图像，多数用于军事侦察，得较高地面分辨力的图像，多数用于军事侦察，最近发展的高空间分辨率小卫星遥感多采用此最近发展的高空间分辨率小卫星遥感多采用此类卫星。类卫星。 遥遥 感感 原原 理理 与与

10、 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航天平台航天平台高空探测火箭高空探测火箭 中高度、长寿命卫星中高度、长寿命卫星：轨道高度：轨道高度3501800km，寿命一般在，寿命一般在35年。属于这类的有陆地年。属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等，是目前遥感卫星卫星、海洋卫星、气象卫星等，是目前遥感卫星的主体。的主体。 高高度、长寿命卫星高高度、长寿命卫星：也称为地球同步卫星：也称为地球同步卫星或静止卫星，高度约为或静止卫星，高度约为36000km，寿命很长。常，寿命很长。常作为通讯卫星、气象卫星，可在一定周期内，对作为通讯卫星、气象卫星，可在一定周期内，对地面同一地区进行重复探

11、测。地面同一地区进行重复探测。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航天平台航天平台宇宙飞船（包括航天站）宇宙飞船（包括航天站） 优点优点：有较大负载容量，可带多种仪器，可：有较大负载容量，可带多种仪器，可及时维修，在飞行中可进行多种试验，资料回及时维修，在飞行中可进行多种试验，资料回收方便。收方便。 缺点缺点：飞行时间短（：飞行时间短（7d30d），飞越同一），飞越同一地区上空的重复率小。地区上空的重复率小。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.1 4.1 遥感平台遥感平台 航天平台航天平台航天飞机（航天飞机（Space ShuttleSpa

12、ce Shuttle） 航天飞机是一种新式大型空间运载工具，航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由是由3部分组成的部分组成的3级火箭。级火箭。 航天飞机是火箭、载人飞船和航空技术综航天飞机是火箭、载人飞船和航空技术综合发展的产物。它像火箭那样垂直向上发射，合发展的产物。它像火箭那样垂直向上发射，像卫星和飞船那样在空间轨道上运行，还像飞像卫星和飞船那样在空间轨道上运行，还像飞机那样滑翔降落到地面，具有三者的优点。是机那样滑翔降落到地面，具有三者的优点。是一种灵活、经济的航天平台。一种灵活、经济的航天平台。 遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 概念概

13、念：传感器：传感器(Sensor)也叫敏感器或探测器，也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪它是收集、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器，是遥感技术系统的核心部分。器，是遥感技术系统的核心部分。 遥感的能力遥感的能力：包括传感器探测电磁波波段的：包括传感器探测电磁波波段的响应能力，传感器的空间分辨率和物理分辨率，响应能力，传感器的空间分辨率和物理分辨率，传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度，传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度，以及遥感成像方式等。以及遥感成像方式等。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成

14、传感器组成 传感器的种类很多，但从其结构上看，由传感器的种类很多，但从其结构上看，由收收集器集器、探测器探测器、处理器处理器、输出器输出器等器件组成。只等器件组成。只有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完成，无需在传感器内进行信号处理。成，无需在传感器内进行信号处理。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成 透镜透镜反射镜反射镜天线天线胶卷胶卷光电器件光电器件热电器件热电器件光电倍增光电倍增管管电子倍增电子倍增管管胶片胶片磁带磁带 收集器收集器 探测器探测器 处理器处理器 输出器输出器遥

15、遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成收集器收集器概念概念：收集器的功能在于负责收集或接收目标：收集器的功能在于负责收集或接收目标物发射或反射的电磁辐射能，并把它们进行聚焦，物发射或反射的电磁辐射能，并把它们进行聚焦，然后送往探测系统。然后送往探测系统。类型类型：透镜：透镜(组组)，反射镜，反射镜(组组)或天线（卡塞格或天线（卡塞格伦系统）。伦系统）。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成探测器探测器概念概念：探测器是传感器中接收地物电磁辐射的：探测器是传感器中接收地物

16、电磁辐射的器件，它的功能就是负责能量转换，测量和记录器件，它的功能就是负责能量转换，测量和记录接收到的电磁辐射能。接收到的电磁辐射能。原理原理：探测元件之所以能探测到电磁波的强弱，：探测元件之所以能探测到电磁波的强弱，是因为探测器在电磁波作用下发生了某些物理或是因为探测器在电磁波作用下发生了某些物理或化学变化，这些变化被记录下来并经过一系列处化学变化，这些变化被记录下来并经过一系列处理，便成为人眼能看到的影像和数据。理，便成为人眼能看到的影像和数据。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成探测器探测器类型类型：根据光物作用的不同效应

17、，常用的探测：根据光物作用的不同效应，常用的探测元件有感光胶片、光电敏感元件和波导。元件有感光胶片、光电敏感元件和波导。u感光胶片感光胶片：通过光化学作用探测近紫外至近红：通过光化学作用探测近紫外至近红外（外（0.31.4m）的电磁辐射，这一波段的电磁）的电磁辐射，这一波段的电磁辐射使感光胶片上的卤化银颗粒分解，析出银粒辐射使感光胶片上的卤化银颗粒分解，析出银粒的多少反映了光照的强弱并构成地面物像的潜影，的多少反映了光照的强弱并构成地面物像的潜影，胶片经过显影、定影处理，就能得到稳定的可见胶片经过显影、定影处理，就能得到稳定的可见影像。影像。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2

18、4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成探测器探测器u 光电敏感元件光电敏感元件：利用光电效应把电磁波信息：利用光电效应把电磁波信息转换为电信号来探测电磁辐射，工作波段紫外至转换为电信号来探测电磁辐射，工作波段紫外至红外波段。红外波段。 光电子器件光电子器件：在光子作用下表面电子逸出成：在光子作用下表面电子逸出成为自由电子。为自由电子。 光伏器件光伏器件：在光子作用下产生的光生载流子：在光子作用下产生的光生载流子聚集在二极管的两侧形成电位差。聚集在二极管的两侧形成电位差。 热敏器件热敏器件：探测器吸收辐射能量后，温度升：探测器吸收辐射能量后，温度升高，温度改变引起其电阻值或体积发生变

19、化。高，温度改变引起其电阻值或体积发生变化。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成处理器处理器 处理器的处理器的主要功能主要功能是负责将探测器探测得到是负责将探测器探测得到的化学能或电能等信息进行加工处理，即进行信的化学能或电能等信息进行加工处理，即进行信号的放大、增强或调制。号的放大、增强或调制。 信号处理系统可以直接进行电光转化，也可信号处理系统可以直接进行电光转化，也可以先记录在模拟磁带或数字磁带上，再经磁带回以先记录在模拟磁带或数字磁带上，再经磁带回放，仍需经电光转化，输出光信号。放，仍需经电光转化，输出光信号。遥遥 感感

20、 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成输出器输出器 接收到的各种电磁波信息，用适当方式输出，接收到的各种电磁波信息，用适当方式输出，亦即提供原始的资料、数据。遥感影像信息的输亦即提供原始的资料、数据。遥感影像信息的输出一般分直接与间接两种方式。出一般分直接与间接两种方式。直接方式直接方式：摄影分幅胶片，扫描航带胶片、合：摄影分幅胶片，扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片；还有一种是在显像管荧光成孔径雷达的波带片；还有一种是在显像管荧光屏上显示，对于荧光屏上的图像仍需用摄影方式屏上显示，对于荧光屏上的图像仍需用摄影方式把它拍成胶片。把它拍成胶片

21、。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器组成传感器组成输出器输出器间接方式间接方式：模拟信号和数字信号。模拟信号回：模拟信号和数字信号。模拟信号回放出来的信息可通过电光转化显示成图像；数字放出来的信息可通过电光转化显示成图像；数字信号记录时要经过模数转换，回放时要经过数模信号记录时要经过模数转换，回放时要经过数模转换，最后通过光电转化才能显示成图像。转换，最后通过光电转化才能显示成图像。输出器类型输出器类型：扫描晒像仪、阴极射线管、电视：扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、彩色喷墨记录仪等。显像管、磁带记录仪、彩色喷墨记录仪等。遥遥

22、 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器的分类传感器的分类 传感器是获取遥感数据的关键设备。由于设传感器是获取遥感数据的关键设备。由于设计和获取数据的特点不同，传感器的种类较多：计和获取数据的特点不同，传感器的种类较多：电磁辐射源电磁辐射源分类分类：主动式、被动式传感器。：主动式、被动式传感器。传感器成像原理和图像的传感器成像原理和图像的性质性质：摄影机、扫描：摄影机、扫描仪和雷达三种。仪和雷达三种。 记录记录方式方式：成像方式传感器和非成像方式的传：成像方式传感器和非成像方式的传感器。感器。 遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.

23、2 遥感传感器遥感传感器 传感器的性能传感器的性能 传感器是遥感技术系统的传感器是遥感技术系统的关键设备关键设备，其性能，其性能直接影响到遥感成果的好坏。反映传感器性能的直接影响到遥感成果的好坏。反映传感器性能的指标很多，其中最重要的且直接影响到应用效果指标很多，其中最重要的且直接影响到应用效果的是：地面分辨率、灰度分辨率、波谱分辨率和的是：地面分辨率、灰度分辨率、波谱分辨率和时间分辨率。时间分辨率。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器的性能传感器的性能地面分辨率地面分辨率：表征传感器获得的影像反映地表：表征传感器获得的影像反映地表景物细节能

24、力的指标。定义为影像上能够详细区景物细节能力的指标。定义为影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距离的大小。分的最小单元所代表的地面距离的大小。灰度分辨率灰度分辨率：表征传感器对电磁辐射强弱的敏：表征传感器对电磁辐射强弱的敏感程度、区分能力，即灵敏度的指标。指传感器感程度、区分能力，即灵敏度的指标。指传感器所能探测到的、影像记录的最小辐射功率，以及所能探测到的、影像记录的最小辐射功率，以及辐射量的最小差值。辐射量的最小差值。遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.2 4.2 遥感传感器遥感传感器 传感器的性能传感器的性能光谱分辨率光谱分辨率：传感器所选用的波段数量、波长：传感器所选用

25、的波段数量、波长位置及波长间隔（带宽）。传感器的波段越多，位置及波长间隔（带宽）。传感器的波段越多，带宽越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。带宽越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。时间分辨率时间分辨率：指传感器按一定的时间间隔，周：指传感器按一定的时间间隔，周期性重复采集数据的性能指标。这种重复观测的期性重复采集数据的性能指标。这种重复观测的最小时间间隔称为时间分辨率，也称回归周期。最小时间间隔称为时间分辨率，也称回归周期。它由平台的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨它由平台的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等参数所决定。道间隔、偏移系数等参数所决定。 遥遥 感感 原原 理理

26、 与与 方方 法法RS4.3 4.3 遥感数据的接收记录与处理系统遥感数据的接收记录与处理系统 u控制中心控制中心u跟踪站跟踪站u遥感数据接收站遥感数据接收站u数据中继卫星数据中继卫星u数据处理中心数据处理中心u地面遥测数据收集站地面遥测数据收集站遥遥 感感 原原 理理 与与 方方 法法RS4.3 4.3 遥感数据的接收记录与处理系统遥感数据的接收记录与处理系统 地面接收站地面接收站主要功能主要功能：接收卫星发送下来的遥感图像信息：接收卫星发送下来的遥感图像信息及卫星姿态、星历参数等，将这些信息记录在高及卫星姿态、星历参数等，将这些信息记录在高密度存储介质上，然后送往数据处理中心处理成密度存储介质上，然后送往数据处理中心处理成可提供用户使用的胶片和数字图像产品。可提供用户使用的胶片和数字图像产品。 辅助功能辅助功能：发送控制指令，指挥星体的运行和：发送控制指