遥感平台及运行特点

2章遥感平台及运行特点§2.3〔Landsat〕高光谱卫星和合成孔径雷达等四类。本章主要就这些卫星的进展、轨道参数及探测器技术性能作一些介绍。陆地卫星类包括Landsat系列〔美〕、SPOT系列〔法〕、IRS〔1P〕〔印度〕、ALOS系列〔日〕、RESURSO1系列〔俄〕等。这类卫星的特点是多波段扫描、地面区分5—30m，在现阶段，这类卫星仍旧是陆地卫星的主体。Landsat1972723TIROS-1，Nimbus〔雨云号〕，在此根底上设计了第一颗地球资源技术卫星〔ERTS-1〕，后改Landsat-119727Landsat29Landsat-71999415命为5年，后续卫星Landsat-8不再单独放射，探测器ETM+将装载在EOS-AMZ上放射。这样Landsat系列卫星寿命估量可维持到2023年。Landsat系列卫星发射时间如表2-3。〔一〕Landsat1-3Landsat1-32-72-3：LandsLANDSATLANDSAT-1-2-3-4-5-6-7放射日期1972.7.231975.1.221978.3.51982.7.161985.3.11993．101999.4.15终止日期1978.1.61982.2.51983.3.311987.7运行失败运行探测器探测器RBV，MSSRBV，MSSRBV，MSSMSS，TMMSS，TMETMETM+2-71-3仪器舱内安装有反束光导管摄像机〔RBV〕、多光谱扫描仪〔MSS〕、宽带视频记录机〔WBVTR〕和数据收集系统〔DCS〕等四种有效负载。有关这些仪器的具体介绍见第三章。H915km〔2—2—12〕103.267min13.944I=99.125°，0.986°。这样的设计产生以下几个特点：1、近圆形轨道实际轨道高度变化在905—918km之间，偏心率为0.0006。因此为近圆形轨道。轨道趋于圆形的主要目的是使在不同地区猎取的图像比例尺全都。此外近圆形轨道使得卫星的速度也近于匀速。便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避开造成扫描行之间不连接的现象。2、近极地轨道99.125°，因此是近极地轨道。轨道近极地有利于增大卫星对地面总的观测范围。这颗卫星最北和最南分别能到达北纬81°和南纬81°，81°之间的宽阔地区。3、与太阳同步轨道所谓卫星轨道与太阳同步，是指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转变。如图2-8所示。对于一般轨道〔除了与黄道面重合的轨道外〕，2-8角度有关，因此称为光照角。2-8任一时刻的光照角等于起始光照角加上地球对太阳的进动角。地球对太阳的进动一年为360°。因此平均每天的进动角为0.9856°。为了使光照角保持固定不变，必需对卫星轨道加以修正，平均每圈的修正量为：〔2-19〕n从图2-8中可以看出，实现卫星轨道与太阳同步，只要轨道面绕地轴旋转 ，也就是修正轨道参数 。Landsat-1～5的光照角都为37°30ˊ。卫星与太阳同步，使卫星以同一地方时通过地面上空。由于光照角为37°30，所以降轨运行时为当地时间9:42通过赤道上空。由于全世界按24个离散时区划分地方9:422-9图2-9在给定的纬度上卫星经过当地的时间变化与太阳同步轨道有利于卫星在相近的光照条件下对地面进展观测。但是由于季节和地理位置的变化，太阳高度角并不是任何时间都全都的。与太阳同步还有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空，并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。4、可重复轨道上一节中已讲到轨道的重复周期可由式〔2-18〕计算。与卫星的运行周期关系亲热。陆地卫星运行周期为103.267min，卫星每绕地面一圈，地球赤道由西往东2874km，2866km2866km2413.94414进入其次天，称为其次天第一条轨道，这一条轨道与前一天第一条轨道之间差0.056圈，在地面上赤道处为159km。图2-10示出了一天内卫星运行轨迹在地面上的分布。第一天第一圈编号为①，则其次天第一圈编号为⒂。图2-11示出了在第一天第一圈和第一天其次圈之间18天的轨迹分布，上面注的圈号挨次编排的圈号，下面是以天号编的圈号。第一天其次圈和第一天第三圈之间亦如此，以此类推。2-10170.9441825125219185km，26km〔14%〕2-111，即下一天轨迹比当天轨迹西移一条轨道。轨道的重复性有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测。2-1118〔赤道处〕〔二〕Landsat4/51982Landsat-1～3Landsat-41984Landsat-5Landsat-4Landsat-4/5卫星的外形如图2-12所示。卫星主体由NASA的标准多用途飞行器组合体和陆地卫星仪器舱组成。多用途飞行器组合体包括姿势掌握，通信及数据处理，电源和推动器等子系统。仪器舱装有TM传感器，MSS多光谱扫描仪，宽带波段通信子系统，高增益TDRSS〔数据中继卫星系统〕天线和其它天线，以2KW2-12Landsat-4/5外形图Landsat-4/5卫星也近圆形、近极地、与太阳同步和可重复的轨道。它的轨道高度下降为705km，对于地面区分力为30m的TM专题制图仪而言是必要的，为此98.9s，16-7，Landsat-1～32-4。Landsat-3Landsat-4/52-4Landsat1～3Landsat-4/5H915km705kmI99.125°98.22°运行周期性T103.267min98.9mina7285.438km7083.465km降交点时间〔过赤道平均太阳时〕t9:42am9:45am重复周期性D18〔251〕16〔233〕偏移系数d偏移系数d-1-7在赤道上两相邻轨迹间距离159km172km图像幅宽185km185km相邻轨道间赤道处重叠度26km(14%)13km(7%)(三)Landsat-72-13Landsat-7Landsat4/5〔2-4〕，只是传感器改型为ETM+〔增加型专题制图仪〕。Landsat2-5卫星卫星Landsat4-5Landsat-7类型太阳同步极轨高度705km倾角98.2°降交点时9:30a.m.10:00a.m.周期99min掩盖天数16d姿控3轴〔0.01°精度〕刈幅185kmSPOT198622-142-64SPOT-5ASPOT-5B，SPOT5A12023SPOT2resolutionvisible〕HRVLR(highresolutionvisibleandinfrared)成像仪，HRV〔X〕旋转，平面对左右两侧偏离垂直方向最大可达±27°，450km0.5～1.0SPOT2-72-8HRV〔HRVIR〕VI2-14SPOTSPOT2-6轨道高度H轨道高度H832km运行周期T101.4min轨道倾角i98.7°重复周期D26〔369〕偏移系数d+5卫星过降交点时刻10:30am轨迹间间隔〔赤道处〕轨迹间间隔〔赤道处〕108km所载仪器2HRV推扫描仪〔多光谱和全色〕60km117km〔重叠3km〕SPOT2-7SPOT-1-2-3-4-5A-5B放射日期1986.2.221990.1.221993.9.261998.3.242023.5.32023终止日期运行运行1996.11.14运行运行〔打算中〕探测器HRVHRVHRVHRVIRVIPoam3HRVIR+AVIHRVIR+AVIVI，Poam3SPOT5A已于2023年放射，目前已作了平台，平台与SPOT1-42-9。SPOTHRVVI2-8探测器探测器HRVHRVIRVI卫星SPOT1-3SPOT4SPOT4波段(μm)区分率扫幅区分率扫幅区分率扫幅0.43—0.471km2250km0.50—0.5920m60km20m60kmPAN0.51—0.7310m60km10m60km0.61—0.6820m60km20m60km1km2250km0.79—0.8920m60km20m60km1km2250km1.58—1.7520m60km1km2253km辐射灵敏度NE△P≤0.05≤0.05≤0.03动态范围0.1≤ρ动态范围0.1≤ρ≤0.60.1≤ρ≤0.60.1≤ρ≤0.6确定辐射精度9%9%5%掩盖天数26d26d1d波段波段HRVIR〔SPOT-5〕区分率VI〔SPOT-5〕区分率0.43—0.471km0.50—0.5910m0.61—0.680.61—0.6810m1km0.78—0.8910m1km0.58—1.7520m1kmPAN0.51—0.0735m三、IRS19796198111Bhaskara1Bhaskara2IRS198832-15IRS-1D，IRS2-10。IRS2-10卫星卫星IRS-1AIRS-1BIRS-1CIRS-1DIRS-P2类型太阳同步极轨近圆形高度905km904km817km736/825817km倾角98.8°99.1°98.7°98.7°98.7°降交点时10:30a.m.10:30a.m.10:30a.m.10：45a.m.10:15a.m.周期103min103.1min101.4min101min102.3min掩盖天数22d24d24d(下视)24d(下视)24d5d(侧视)5d(侧视)姿控姿控说明：IRS卫星已成功放射的如表2-10所列，其中只有IRS-1D仍有运行。因放射初始轨道为300km×823km，调整轨道的燃料缺乏，故维持在736km×825km椭圆轨道IRS-1DGPS2-15IRS-1D。LISSLISS-I、LISS-II〔IRS-1A，1B，P2〕，LISS-III〔IRS-1C，1D〕2-11LISS-III、PANWIFS印度遥感卫星〔IRS〕4IRS-1、IRS-P、IRS-2IRS-3IRS-2IRS-3SAR2023IRS-1IRS-P，IRS-15IRS-1A～E，IRS-P6〔IRSP2～P7〕，已发33IRS-P72023、PANWIFS2-11PANPANLISS-IIIWIFSVNIRSWIRVNIR构造CCDCCDCCDCCD波段(μm)B1:0.5—0.75B3:0.62—0.68B5:1.55—1.700.62—0.68B4:0.77—0.860.77—0.86掩盖天数24d/5d*24d24d/5d*空间区分率5.8m23m70M189m刈幅70km142km148KM810km量化6bit7bit7bit7bitMTF0.20B2:0.40B3:0.400.30B3:0.34B4:0.35B2:0.20CCD4096600021002048B2:0.52—0.59IRS-1IRS-P1183IRS-1CIRS-1D5.8m,比Landsat-7(15m)和SPOT-4B2:0.52—0.59都要高得多。IRS-1IRS-P2-122-13。IRS-12-12IRS-IRS-1A1B1C1D1E放射日期1988.3.171991.8.291995.12.281997.9.301993.9.20终止日期n.d1998.8.311998.12.31运行〔失败〕LISS-1LISS-1LISS-IIILISS-IV探测器LISS-IILISS-IILISS-IIPANPANWIFSWIFS卫星类型陆地陆地陆地陆地IRS-P2P3P4IRS-P2P3P4P5P6P7OCMLISS-IIMOSTIROCMLISS-IV探测器(2WIFSLISS-IVRadarALTMSMRWIFSX-rayX-rayScatterometerPMR陆地上海洋卫星/类型陆地海洋oceansat-1陆Resourcesat-1cartosat-1oceansat-2放射日期1994.10.151996.3.211999.5.252023.520231999〔打算中〕终止日期1995.10运行运行运行〔打算中〕2-122-13IRS-1A，1B，1C，1D，ISR-P2，IRS-P5IRS-P67CCD4LISS-I、LISS-II、LISS-IIILISS-IV，其中LISS-IV〔2.5m〕。四、中国资源一号卫星系列1999.10ZY-1〔CBERS-1〕，2-162-142-15高区分率陆地卫星1994的主要特点是地面区分率高，全色波段为1—5m，有些还小于1m。表2-16列出了这类卫星。表2-17是美国三个系列卫星轨道参数和探测器指标。2-16ZY-1ZY-12-14卫星卫星ZY-1〔CBERS-1〕类型标称圆形太阳同步轨道高度778km倾角98.5°降交点时1030周期100.26min重复周期26d/3d姿控三轴资源一号卫星01、02星主要技术指标表2-15空间空间探测器波段(μm)km象元素其他区分率〔m〕B1：0.45—0.52B2:0.52—0.59CCDB3:0.63—0.6919.51135812具有侧视功能-32°～+32°B4:0.77—0.89B5:0.51—0.73B6:0.51—1.1IRMSSB7:1.55—1.7577.81536119.5B8:2.08—2.35红外扫描仪B9:10.4—12.51567681.2°KB10:0.63—0.69WFIB11:0.77—0.89下行频道X数据率113.23Mb/s高区分率卫星表2-16国家国家卫星区分率〔全色/多色/高色〕拥有者放射时间IKONOS-11m/4mSpaceImaging成功IKONOS-21m/4mSpaceImaging2023Eowly13m/15mEarthWatch1997.12.24QuickBird0.61m/2.44m美国DigitalGlobeQrbview31m/4mOrbitalImaging1999Qrbview41m/4mOrbitalImaging打算中1m/4m/8m南非Greensat-011.8m1998Techsat-Iia〔1-1.5〕m/12mIII打算中以色列EROS(1-2)m/15mIAI1999DAVID5mISA+DLR打算中2-17卫星卫星IKONOSQuickBird2Orbview-3公司SpaceImagingEarthwatchOrbitalImaging放射时间1999.9.2419991999轨道高度轨道高度680km600km470km类型太阳同步非太阳同步太阳同步倾角98.1°98最大重访周期14d1～6d<3d降交点时10:30am10:30am10:30am波段PAN0.45—0.90PAN0.45—0.90PAN0.45—0.900.45—0.520.45—0.520.45—0.520.52—0.600.52—0.600.52—0.600.60—0.690.63—0.890.625—0.6950.76—0.900.76—0.890.76—0.90地面区分率0.82m(PAN)1m(PAN)1m(PAN)4m(MS)4m(MS)4m(MS)刈幅11km22KM8km量化11bit11bit星上存贮64GB137gbits4GB测轨GPSGPS注：由于1KONOS是三线阵CCD推帚成像，具有同轨立体的特点，可以构成准核线的立体图像，而且中间图像与前或后图像组成不同立体，供给三维同时测量的可能性。高光谱类卫星36—2565—10nm30—1000m。目前这类卫星只有军方放射的，民用高光谱类卫星还没有，这类卫星主要用于大气、海洋和陆地探测。表2-18列出了近年来放射的高光谱类卫星。高光谱类卫星表2-18卫星卫星国家探测器光谱区分率放射时间〔打算〕0.42—14.24μmEOS-AM11998.6(延期)美国MODISmin5—10nmEOS-PM12023.1236Bands0.52—11.65μmEOS-AM1美国ASTERmin60nm2023.1214Bands0.4—2.5μmEO-1美国Hyperionmin10nm2023233—309Bands0.4—2.5μmARIES-1澳大利亚ARIESmin10nm202364BandsHS0.45—2.50μmOrbview4美国2023(200Bands)(200Bands)MS0.45—2.50μm(4Bands)MODISMODIS是EQS-AM1系列卫星的主要探测仪器，它属于波段不连续，〔光谱范围0.4—14.5μm〕，数量少〔波段36个〕，地面区分率较低〔星下点离间区分率为2-172-192-2020231—2盖全球一遍。每一个HODIS仪器使用寿命为5年，将打算放射四颗卫星。2-17MODISMODIS2-19探测器探测器MODIS卫星EOS-AM1〔1999〕EOS-PM1〔2023〕降交点时10:30a.m1:30pm250m(Bands1-2)空间区分率500m(Bands3-7)500m(Bands3-7)1000m(Bands8-36)刈幅2330km(变轨)掩盖天数1—2d量化12bit波段辐射值信噪比陆地波段波宽〔μm〕〔Wm2μm-1sr-1〕S/N10.620—0.67021.812820.841—0.817624.720130.459—0.47935.324340.545—0.56529.022851.230—1.2505.47461.628—1.6527.327572.105—2.1551.0110203.660—3.8400.450.05(NEΔt)213.929—3.9892.382.00(NEΔt)223.929—3.9890.670.07(NEΔt)234.020—4.0800.790.07(NEΔt)314.780—11.2809.550.05(NEΔt)323211.770—12.2708.940.05(NEΔt)MODIS2-20光谱范围通道信噪比(NEΔt)主要用途区分率/M1—19mm，20—36μm12620—670841—876128201陆地、云边界2502503459—4792435004545—56522850051230—125074陆地、云特性50061628—165227550072105—21351105008405—42088010009438—4488380100010483—493802100011526—536754100012546—556750理、化学100013662—672910100014673—6831087100015743—753586100016862—877516100017890—920167100018931—94157大气水汽100019915—9652501000203.660—3.8400.05100021223.929—3.9893.929—3.9892.000.07地球外表和云顶温度10001000234.020—4.0800.07100024254.433—4.4984.482—4.5490.250.25大气温度10001000261.360—1.3901504100027286.535—6.8957.175—7.4750.250.25卷云、水汽10001000298.400—8.7000.051000309.580—9.8800.2510003110.780—11.2800.05臭氧1000323311.770—12.27013.185—13.4850.050.25地球外表和云顶温度100010003413.485—13.7850.2510003513.785—14.0850.25云顶高度10003614.085—14.3850.351000SAR〔合成孔径雷达〕类卫星合成孔径雷达是(syntheticApertureRadar,SAR19786SARSeasatSAR〕和陆地探测，用于军事的高区分率SAR〔例如美国的Lacrosse曲棍球卫星地面区分率≤1m。一般民用星载SAR卫星地面区分率为10—30m，大多为单参数，也有多参数，即多频、多视角和多极化的SAR。表2-21是已放射2023SAR2-22SAR已放射和将放射的民用SAR卫星表2-21国家国家SAR放射时间Seasat1978.6SIR-A1981.11〔航天飞机〕美国SIR-B1984.10〔航天飞机〕SIR-C1994.9〔航天飞机〕LightSAR2023—2023〔打算〕KOSMOS18701987A1maz-11991.3俄罗斯A1maz-1A1993PRIRODASAR1996.4〔失败〕A1maz-1B1997A1maz-21999〔打算〕ERS-11991.7ESA〔欧空局〕ERS-21995.4Envisat-12023.5〔打算〕日本JERS-1ALOS(Hiros)1992.22023〔打算〕加拿大Radarsat-1Radarsat-21995.112023(打算)印度IRS-P72023〔打算〕已放射的SAR卫星的主要技术性能表2-22SIR-C/XSIR-C/X卫星型号海洋卫星1SIR-ASIR-B长曲辊球雷达卫星1IFSAR国家美国美国美国美国美国加拿大1994.4.9-20运行时间〔年、月〕1978.6—101981.12-1982.31984.101994.9-101998.121995.11200.2.11-28轨道高度〔km〕805259225225670×680798235〔IFSAR〕工作频率〔GHz〕L〔1.2795〕L(1.275)L(1.275)L(1.275)C(5.1)X(9.65)CXC(5.3)工作波长(cm)23.523.523.523.5、5.8、3.15.66极化HHHHHHHH、HV、VH、VVHH视角数1144/84视角(°)204715—6020—55(L、C)20—5015—55〔X〕50/100〔L、C〕观测带宽〔km〕 100 50 30—60 50/100〔X〕 ` 50/100/150/500225〔IFSAR〕25×2825×12.5(L、C) 0.3〔精扫〕9×9空间区分率〔m〕 25×25 40×40 (20—50)×25 10/25〔X〕 1〔标准〕50×50/100×1006—16〔IFSAR〕 3〔宽扫〕〔30—45〕×284〔L、C〕量化级(bit)4〔L、C〕量化级(bit)543—644—6〔X〕90〔L、C〕105数据速率〔Mb/s〕1104065045〔X〕85〔回放〕奋进号航天哥伦比亚号挑战者号备注飞机(IFSAR)航天飞机航天飞机卫星型号11B2ERS-1/2Envisat-1JERS-1国家俄罗斯俄罗斯俄罗斯欧空局欧空局日本运行时间〔年、月〕1991.51997.11991.7——1992.2—1998.101995.4轨道高度(km)300—370405600785/824800568工频频率〔CHz〕S(3.1)S(3.1)X(8.59)S(3.1)X(8.59)C(5.30)C〔5.30〕L(1.275)工作波长〔cm〕9.663.49(X)3.49(X)5.665.6623.59.58(S)9.58(S)极化HHHHHHVVHH、HV、VH、VVHH视角数1(S)1(S)171视角〔°〕20—653(X)30—503(X)30—50233520—30(S、X)20—30(S、X)观测带宽(km)20—4060—70〔X〕60—70〔X〕100100〔标准〕75120—170〔X〕7×7120—170〔X〕7×7空间区分率〔m〕15—3015×715×730×3030〔标准〕18×18量化级〔bit〕30×4030×4053数据速率〔Mb/s〕80100122.810510060Radarsat加拿大的Radarsat-1是世界上第一个商业化的SAR1995年11月48.5m，790—800km，98.5°,24，SARC〔5.6cm〕，HH0—60°范围可调。主要探测目2-18，2-19分别是其卫星外形图和其工作模式图。2-18Radarsat-1卫星示意图2-19Radarsat-1其特点为：150km、75km、100km、150km、300km500km10—100m211.6MHz、17.3MHz30MHz，使区分率可调。73°N24Radarsat-12-23工作模式工作模式区分率距离向×方位向(m)扫描宽度〔km〕入射角范围(°)标准波束25×2810020—50宽幅波束宽幅波束25×3515020—40精细波束8×105037—48ScanSAR50×5030020—40ScanSAR100×10050020—50超高入射角波束25×287550—60超低入射角波束25×287510—23Radarsat-22-24波束模式波束模式观测带宽度(km)入射角〔°〕区分率距离(m)×方位(m)标准10020—5025×28宽波束15020—4525×28低入射角17010—2040×28高入射角7050—6020×28精细模式5037—4810×9扫描模式〔宽〕50020—50100×100扫描模式〔窄〕30020—4650×50标准四级化2520—4125×28精细四级化2530—4111×9三倍四级化5030—5011×9超精细〔宽〕2030—403×3超精细〔窄〕1030—403×32-24Radarsat-1Radarat-22023—20233m，多波段、多极化的Radarsat-3打算于2023—2023二、ERSERS-1ERS-219911994，ERS-2ERS-1ATSRGOME，824km层变化的资料，主要性能参数见表。ERS系列卫星主要用于海洋、极地冰层、陆地生态、地区学、森林学、大气物理、气象学等争论。2-20，98.52°，785km，80km〔100km〕。星上载有的传感器有源微波仪〔AMI〕、雷达高度计〔RA〕、沿轨扫描辐射计/微波探测器〔ATSR/M〕、激光测距设备〔LRR〕、准确测距测速设备〔PRARE〕。2-20ERS-1AMIAMIC〔5.3GHz，s；②5km×5km，C5.3GHzHV，23°,0°-180°，30m，370kbit/s；③风监测模式。本模式使用三个独立的天线来测量海平面的风速和风向，0°—360°，精度±20°，4—24m/s，50km，500km，AMI5.3GHz〔C〕，极化方式HV，数据传输速率13.8GHz，海洋冰面ScanningRadiometerandMicrowareSounder〕用来测量云层温度，大气中水汽含量，海洋表现温度。ERS-1ERS-21(INSAR)中的去相关(decorrelation)现象。小卫星500