课件遥感地质学

第六章航天遥感

航天遥感是利用搭载在人造地球卫星、探测火箭、宇宙飞船和航天飞机等航天平台上的遥感器对地表进行的遥感。与航空遥感相比，航天遥感具有以下特点：航天遥感的视野比航空遥感开阔得多，观察的地面范围大得多，可以发现地面大面积内宏观的、整体的特征；在同样长的时间内，航天遥感的观察范围远远大于航空遥感。因此，航天遥感的效率比航空遥感高得多；人造地球卫星是最常用的航天平台，它发射上天后，可在空间轨道上自动运转数年，不需供给燃料和其它物资，因此，对于取得同样面积的地面资料而言，航天遥感的费用比航空遥感低廉得多；航天遥感可以对地球进行周期性的、重复的观察，这极有利于对地球的资源、环境、灾害实行动态监测；由于航天平台远远大于航空平台的航高，航天遥感的地面分辨率逊于航空遥感的地面分辨率，航天遥感数据对地面细部的表现力较差，但对整体的、宏观的表现较好。

§6.1遥感卫星的姿态与轨道参数

遥感卫星，也称地球观测卫星，是航天遥感平台的一种主要类型，目前我们所应用的航天遥感资料多数是遥感卫星搭载的传感器获取一、

遥感卫星的姿态

遥感卫星在太空中飞行时由于受各种因素的影响，其姿态是不断变化的，这使得它所搭载的传感器在获取地表数据时不能始终保持设定的理想状态，这对图像数据有很大的影响。为了修正这些影响，在获取遥感数据的同时，必须测量、记录遥感卫星的姿态数据。一般来说，遥感卫星的姿态变化可以分为以下两种：

1、三轴倾斜三轴倾斜是指遥感卫星在飞行的过程中发生的滚动、俯仰与偏航现象。滚动是一种横向摇摆，俯仰是一种纵向摇摆，偏航则是指遥感卫星在飞行过程中偏移运行轨道。

2、振动振动是指遥感卫星运行过程中除滚动、俯仰与偏航以外的非系统性的的不稳定振动，一般变化很快。

遥感卫星运行中的姿态对其所获取的数据有很大影响。在使用摄影机的情况下，因为拍摄的是瞬时图像，在一张图像内上述原因引起的失真并不是很大的问题，但在扫描成图的情况下，位置、倾斜的时间性变化对扫描图像有很大的影响。为此必须在平台上姿态测量传感器和记录仪。在遥感卫星上，由于位置及三轴倾斜等的时间变化缓慢，可以表示成时间的函数，在提高测量精度的同时可以取得用于几何校正的足够数据。为了保证扫描图像的精度，需要卫星姿态相对稳定，卫星采用X、Y、Z三轴自动定向控制卫星姿态(图3—22)三、遥感卫星的轨道类型遥感卫星的轨道可分为地球同步轨道和太阳同步轨道。地球同步轨道其运行周期等于地球的自转周期，如果从地面上各地方看过去，卫星在赤道上的一点静止不动，所以又叫静止轨道卫星。静止轨道卫星能够长期观测特定的地区，卫星高度高，能将大范围的区域同时收入视野，因此被广泛应用于气象卫星和通信卫星中。

资源卫星轨道一方面要求保证在固定不变的光照条件下对地球表面进行观测，同时又要求卫星轨道面与太阳同步，使得卫星通过任意纬度时平均地方时间保持不变，例如卫星过降交点的平均地方时问总是为9点40分，过升交点的平均地方时问总是为2l点30分。这样获得的图像有利于对同一地区不同时相的图像进行对比解译，

卫星轨道面与太阳同步是指由于地球自西向东旋转，使得卫星轨道面相对于地球的角进动与太阳相对于地球的角进动相等，方向相同，换句话说，卫星轨道面横跨赤道的速度与地球自转速度相同，方向相反。

卫星轨道面与太阳光的夹角为光照角，在赤道上的光照β角要求为37.°30′，中等纬度光照角在25°～30°之间，在这样的光照条件下对成像最有利。由于地球的公转运动，在赤道上光照角β在秋分点时为37°30′，随着地球的公转，在赤道上的光照角相应地发生变化，如图3—28(a)，在冬至点时β变为75°，到立冬时变为120°，这样的光照角对扫描图像极为不利，甚至无法扫描，为了保证光照角β保持不变，必须对卫星轨道面加以纠正(图3—28(b))。纠正方法是使卫星轨道面以南北方向为轴心，向东逐步偏转，卫星每绕地球运行一圈，向东偏转0.0706°，每天向东偏转0．9856°，每年卫星轨道面向东回转一周360°。这样卫星轨道面对地球的偏转纠正量每昼夜约为1°，恰好等于地球对太阳公转的角进动，既保证了卫星轨道面与太阳同步，又保证了对成像有利的光照条件。§6.2陆地卫星Landsat系列一、

概述

美国国家航空航天局（NASA）在1967年制订了一个“地球资源技术卫星”计划预定发射6颗地球资源技术卫星，并分别命名为ERTS-1、ERTS-2、ERTS-3等。1972年7月NASA成功地发射了第一颗地球资源卫星ERTS—1。1975年，在发射ERTS-2之前，NASA将这一计划改名为“陆地卫星”计划（LANDSAT计划），将6颗卫星改名为“陆地卫星”（LANDSAT），分别称为LANDSAT-1、LANDSAT-2、LANDSAT-3等。1993年发射LANDSAT-6卫星，以替代LANDSAT-4/5的工作，由于卫星上天后发生故障而陨落，实际上没有成功。1999年，LANDSAT-7成功发射，一直运行到现在。在美国的LANDSAT-7计划中，以建立并定期更新全球陆地卫星存档数据库为目的，设计了长期数据获取计划。计划在5年之内定期地获取每一景无云的陆地图象数据。为保证对地面数据的正常获取、及对数据的充分利用，LANDSAT-7对ETM+传感器的信号处理部分进行了重新设计，使其可以在两种状态下工作，即高增益状态和低增益状态。(一)陆地卫星运行特征七颗卫星的飞行高度、轨道倾角、轨道长短半径见表3

1轨道特征第1、2号陆地卫星的轨道长半轴为7285．82km，短半轴为7272．82km，长短半轴仅相差13km，轨道近似圆形。卫星飞行高度在705～918km之间，卫星轨道倾角是指卫星轨道面与地球赤道面的夹角，夹角大小决定了卫星飞越地面覆盖纬度的范围。若卫星轨道倾角为0，即卫星轨道面与地球赤道面重合称为赤道轨道；若卫星轨道倾角为90°，即卫星轨道面与地球赤道面垂直称为极地轨道，卫星可以覆盖整个地球。第1，2号陆地卫星轨道倾角为99.114°，第三，颗为99．143°，第4、5、6颗为98．2°，因此，陆地卫星轨道是一个中等高度近极地的。圆形轨道，卫星可以覆盖地球南北纬81°之间的地区。2．卫星的运行周期卫星运行周期指卫星绕地球一圈需要的时间，卫星覆盖周期指卫星覆盖全球一遍需要的时间，即对某一地区卫星重飞一次需要的时间。为了说明覆盖周期，以Lamdsat—l卫星为例说明之。卫星绕地球一圈与地球赤道面有两个交点，卫星由北向南运行与赤道面的交点为降交点；卫星由南向北运行与赤道面的交点为升交点。Landsat—1卫星绕地球一圈需103．267分，一天内可绕地球14圈。由于地球由西向东的自转，使得卫星轨道在地面上的轨迹向西退，即降交点西退，升交点东进。卫星每绕地球一圈，卫星轨道在地面上的轨迹向西旋转25°49′，即轨迹在赤道上西退2875km，卫星一天绕地球运行14圈，14周在地球上的轨迹见图3-23、24。第二天的“圈与前一天的14圈轨道平行，但在赤道上向西偏移了159km，这样相邻的两条轨迹上的扫描图像，在赤道上可重叠26km，随着纬度的增大，重叠部分也相应增大(图3—25)。这样在2875km的空间，18天可以全部覆盖，即18天(或251圈)卫星覆盖全球(图3—26)。Landsat—4，5卫星覆盖全球见图3—27。图6.4陆地卫星一天中的星下点轨迹三、LANDSAT系列卫星的传感器和数据参数

LANDSAT系列卫星搭载的传感器共3种：反束光导摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS）、专题制图仪（TM）。应用最多的数据是（MSS）和（TM）。

1．多光谱扫描仪（MSS）

多光谱扫描仪是陆地卫星上装载的一种多光谱段光学-机械扫描仪，当卫星在向阳面从北向南飞行时，MSS以星下点为中心自西向东在地面上扫描185公里，此时为有效扫描，可得到地面185公里×475米的一个窄条的信息；接着MSS进行自东向西的回扫，此时为无效扫描，不获取信息。这样，卫星在向阳面自北向南飞行时，共获得以星下点轨迹为中轴、东西宽185公里，南北长约20000公里的一个地面长带的信息。

陆地卫星-1，2上各有一台MSS，其4个通道（光谱段）分别称为MSS4、MSS5、MSS6、MSS7，光谱段颜色分别为绿（0.5-0.6微米）、红（0.6-0.7微米）、深红-近红外（0.7-0.8微米）和近红外（0.8-1.1微米）。陆地卫星-3上装载的MSS在这4个波段的基础上又增加了一个热红外通道MSS8，波长范围10.4-12.6微米。陆地卫星4，5搭载的MSS为4个波谱段，即保留了MSS4，5，6，7通道，并将其改名为MSS1，2，3，4。陆地卫星-7没有装载MSS。MSS所有的光谱段中，只有MSS8通道的地面分辨力为240米，其它4个通道的地面分辨力均为80米。2.图像成像原理多光谱扫描仪(MSS)垂直卫星航行方向扫描，扫描仪视场角为11.56°，在910km轨道高度对应地面宽度为185km。扫描仪由西向东扫描进行工作，由东向西扫描不工作。

扫描频率为15.2次／秒，扫描镜摆动角为土2．89°，由西向东一次扫描6条扫描线，一条扫描线宽79米，6条扫描线共宽474米。通过滤光系统将光束分成4个或5个光谱带在成像板上成像，成像板按4×6或5×6阵列排列，四列对应4个波段，六行分别对应6条扫描线，产生24个像或26个像，成像板面积相当于79×79m2，MSS8波段成像板面积为240×240m2。成像板面积取决于扫描仪的瞬时视场的大小。每条扫描线有3240个象元。一幅图像共扫390次，共有2340条扫描线，图像的成像面积为185×185km2。射到成像板上的光通过滤光器和光谱带专用的光学纤维传送到探测器，经过采样、编码变成时序脉冲编码信号，向地面实时发送或记录在磁带上，以作延时发送。一幅MSS图像由2340条扫描线组成，每条扫描线有3240个像元，一幅MSS图像共有2340X3240个像元。像元是图像的最小基本单元，它的大小取决于探测器采样的间距或采样点的大小。探测器在垂直扫描方向上(称行向)采样间距与扫描仪瞬时视场在这个方向上的长度是一致的，都是79米，而在平行扫描线方向上，采样间距与扫描瞬时视场在这个方向上的宽度不同，瞬时视场宽度是79米,而采样间距为57米,因此，Mss图像的像元大小为57×79m2，相邻两个像元所对应的瞬时视场在扫描方向上有22米的重叠.像元的值是对应地面57×79m2的辐射亮度量化后的值。MSS图像像元取值范围0~1272．专题制图仪（TM）

专题制图仪是第二代多光谱段光学—机械扫描仪。TM采取双向扫描，正扫和回扫都有效，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，提高了检测器的接收灵敏度。在LANDSAT—4、5

上各有一台TM，有7个通道，波段情况如下：TM1：蓝通道，波长范围为0.45微米—0.52微米；TM2：绿通道，波长范围为0.52微米—0.60微米；TM3：红通道，波长范围为0.63微米—0.69微米；TM4：近红外短波通道，波长范围为0.76微米—0.90微米TM5：近红外中波通道，波长范围为1.55微米—1.75微米TM6：远红外(热红外)通道，波长范围为10.40微米—12.50微米。TM7：近红外长波通道，波长范围为2.08微米—2.35微米LANDSAT-7搭载增强型专题成像传感器ETM+，增加了分辨率为15米的全色波（PAN）；热红外波段的探测器阵列从过去的4个增加到8个，对应地面的分辨率从120米提高到60米；ETM+数据绝对辐射精度为5%，波段间配准精度为0.3个像元。在不使用地面控制点的情况下，地理定位精度为250米。专题制图仪（TM）扫描镜由西向东和由东向西均为有效扫描，扫描镜摆动频率为7次/秒，增加了探测时对地面的驻留时间，提高了光谱辐射分辨率，辐射亮度值由128级增到256级。TM1-5,7每次扫描16条扫描线，每条扫描线宽30米，每次扫描宽480m，每条扫描线有6480个象元。一次扫描覆盖185Km×480m，一幅标准TM图像185×185Km2，共有6176×6480个象元。TM6波段每次扫描有4条扫描线，每条扫描线宽120米，一幅标准TM6图像有1544条扫描线。TM共有100个成像板,像元大小TM1-5,7为30m×30m，TM6为120m×120m。这样，TM1，2，3，4，5，7的地面分辨率均为30×30米，TM6地面分辨率为120×120米。图像的空间特性

投影性质：多光谱扫描仪和专题制图仪是逐行逐点扫描，每一像点有一个投影中心，但在同一条扫描线上各点成像时间差很小，因此可以认为一次扫描有一个投影中心，一幅MSS图像有390次扫描，共有390个投影中心，一幅TM图像有386次门描，有386个投影中心，所以MSS、TM图像的投影性质为多中心投影。

图像的几何畸变：多中心投影的图像也存在着地形起伏引起的像点位移，位移量与航高、地物的高度和扫描距离有关。由于陆地卫星飞行高度大，总扫描角小，地形起伏引起图像的变形小。引起MSS、TM图像几何畸变主要有以下几种情况：

(1)由于扫描本身所造成使图像由中心到两侧比例尺变小，在扫描方向上产生几何畸变，这种畸变又称全景畸变。

(2)卫星姿态、速度、高度发生变化，引起影像的变形。

(3)卫星前进造成扫描线歪斜及扫描镜不均匀摆动，引起影像的变形。

(4)地球自转造成扫描的偏斜，偏斜的程度随纬度而变化。4．MSS、TM图像的重叠

由于地球的自转及卫星的运行周期使得卫星轨道在地面上的轨迹向西偏移，陆地卫星1、2、3号第二天的轨迹比前一天的轨迹向西偏移了159km，相邻两条‘轨迹在赤道上形成的图像有26km的重叠，这一重叠称为横向(或旁向)重叠，MSS图像的重叠率为14％，TM图像的重叠率为7．3％。随着纬度的增高，横向重叠率增大，不同纬度图像的重叠率见表35．MSS、TM图像的经纬度

卫星图像的经纬度是根据图像形成的精确时间、卫星姿态数据和前进方向等数据，通过计算机求得像主点的经纬度，在此基础上扩展而成的，并记录在卫星图像的原始胶片上和磁带上，这项任务由数据处理中心完成。在中低纬度的图像上以半度为一注记，在高纬度图像上以1‘为一注记，经纬度网格的连线是以经纬度注记左侧或右侧(上边或下边)有一短线，相同经度或纬度一侧短线的内端点连线为相应的经度线或纬度线。

由于卫星轨道面与地球南北极有一夹角，因此造成图像上的经度线或纬度线与卫星轨迹明显斜交(图3—32)，纬度越高地区的图像经、纬线的斜度也越大，在极地附近卫星轨迹几乎与纬线平行，所以在极圈附近的图像上下为东西方向，与一般的地图方向不同

6．MSS、TM图像的灰阶和多波谱、多时相效应

(1)灰阶：MSS、TM图像是数字化图像，MSS图像象元亮度值范围在0～127，TM图像象元亮度值范围在0～255。象元点亮度值(DN)代表了相应地面的平均辐射亮值。亮度值归并成人跟所能识别的15个灰度级，称为灰阶。MSS8、TM6为8个灰阶，在图像的正下方表示出来。灰阶是区分地物辐射能力的差异。不同波段的图像由于DN值的有效范围不同，都划分为15个灰阶，因此不同波段图像上的灰阶相当，但它们的亮度值并不一定相等。图像上的灰阶或色调记录了地物电磁辐射信息的强弱，地物的电磁辐射信息强，在图像上为浅色调，反之为深色调。不同波段图像记录地物不同波段的电磁辐射信息，如MSS4图像上色调记录了地物反射太阳0．5～0．6μm的电磁辐射信息，TM5图像色调记录了地物反射太阳1．55～1，75μm的电磁辐射信息，TM6图像色调记录了地物发射10．4～12．5μrn的电磁辐射信息，……不同波段的图像色调的物理含义却是不同的。地物的电磁辐射特征是图像的解译依据，不同地物在同一波段反射率或发射能力有所差异，这种差异能力在不同的波段亦不相同，因而在不同波谱段的图像上识别区分不同地物的能力有所不同，这就是图像的多光谱效应。下面详细介绍MSS、TM图像的多波谱效应MSS、TM图像多波谱效应：．

MSS4(0．5～0．6μm)属于黄绿光波段。对水体有较强的透射作用，水体的反射率与水深呈负相关关系，根据色调的深浅有利于研究水下地形及其制图，植物在此波谱段反射率低，在图像上为深色调，能较好的显示植物的分布范围和生长密度，可用于探测健康植物的绿色反射率来评价植物的活力。对部分岩石、松散沉积物及基岩构造解译效果好。水面上的油污和金属化合物妨碍兰绿光的透过，因此，可识别水体中的污染，但MSS图像因受到散射的影响图像较为模糊。MSS5(0．6～0．7μm)属于橙、红光波段。对水体有一定的透射作用，对水中的泥沙含量灵敏，水的反射率与水中泥沙含量成正相关关系，有利于识别水中泥沙含量及运移方向。植物在此波段反射率低，在图像上呈黑色色调，可明显显示植物的分布范围及生长密度。地貌特征影像清晰，有利于一些地貌、岩性、构造、松散沉积物的识别。MSS6(0．7—0．8μm)属于红、近红线波段。对水体有强烈的吸收，水体在图像上呈黑色色调，有利于识别水体、圈定水体界线，寻找浅层地下水。对湖岸线、海岸线研究效果好。对土壤和松散沉积物的含水量敏感，有利于不同含水量的松散沉积物的区分和隐伏充水断裂的识别。植物在此波段反射率高，在图像上为浅色调，而且不同植物反射率的差异在此波段最大，是区分不同植物的最佳波段图像，健康植物对近红外具有强的反射率，病虫害的植物及中毒植物反射率低，与MSS5图像对比可识别区分健康与非健康植物。此波段图像微地貌特征清晰，立体感强，能显示各种地物细节，如微水系、微地貌和一些人工建筑等．MSS7(0，8～1．1μm)属于近红外波段。基本上同MSS6图像的特点，但比MSS6更为典型，对水体有强烈的吸收，水体在图像上为黑色调，有利于识别水体、圈定水体界线、寻找浅层地下水等。对土壤、湿地反映灵敏，有利于识别湿地，对土壤含水性敏感，可识别区分不同时期含水量不同的第四系沉积物，隐伏充水断裂。植物具有强的反射率，在图像上呈浅色调，不同植物的反射率差异最大，是区分不同植物的最佳波段图像，微地貌特征清晰，有利于纹理特征分析，根据色调、纹理特征固定植物的分布范围，区分森林、草地、农作物，调查植物量和测定农作物的长势。从MSS4，5，6，7图像的波谱效应中可以看出，MSS4与MSS5图像的波谱效应有相似性，即相关性大；而MSS6与MSS7具有相似的波谱效应。而MSS4，5与MSS6，7其相关性相对小，波谱效应有较明显的不同。

TM图像的多波谱效应：

TMl(0.45～0．52μm)属于兰绿光波段。对水体穿透能力强，有助于水质、水色、水深、沿海水流情况的调查及制图．对植物的叶绿素浓度反映敏感，有助于森林调查，区分针叶林、阔叶林，·对植物、水体、土壤反射率有明显差异，易于区分土壤、水体和植物。

TM2(0.52～0.60μm)同MSS4TM3(0.63～0.69~μm)同MSS5TM4(0.76～0.90μm)同MSS7TM5(1．55～l.75μm)属于近红外波段(又称短波红外)。水体强烈吸收，有助于水体的识别和圈定，对土壤和植物的含水量敏感，可用于对土壤湿度和植物含水量的调查，多用于农作物生长期内叶绿素含水量测定和植物的分类，监测农作物需水状况和土壤墒情。区别于云和雪、新鲜雪和陈雪，并圈定它们的范围。

TM6(10．4～12．5μm)和MSS8(10.4－12.6μm)记录了地物的发射电磁波信息，对地表热异常敏感，探测地表热异常，易于区分草本植物和木本植物。对水体敏感，可以区分识别含水量不同的第四系沉积物、充水隐伏断裂，有助于研究河流、湖泊的变迁，也可区分热惯量明显的不同的岩性。TM7(0．28～2．35μm)近红外波段(短波红外)，此波段为地质设置的，用于热液蚀变岩石的探测及填图，圈定成矿有利地段，提供一种快速有效的找矿方法。TM图像检测蚀变岩石、矿物有：(1)三氧化二铁、氢氧化铁、硫酸盐矿物(赤铁矿、针铁矿、黄钾铁钒矿)。(2)含羟基的粘土矿物(高岭石、蒙脱石、云母等)。(3)碳酸盐岩(方解石、白云石)和含水硫酸盐矿物(石膏、明矾石)。碳酸盐矿物在2.33μm有吸收峰值；含水硫酸盐矿物在1．75μm，2．15μm有吸收峰值；含羟基的粘土矿物在2．2μm有吸收峰值(图3—33)。它们在TM5波段反射串比较高，在TM7波段反射率比较低。赤铁矿、针铁矿、褐铁矿在可见光波段反射波谱曲线有较大的斜率，在0.9μm有一吸收峰值(图3—34)，利用TM7识别、提取蚀变岩石信息。此外，在TM7波段范围内对水体有强烈吸收作用，有助于圈定水体范围，区分云与雪、新雪和陈雪。四、LANDSAT系列卫星的数据产品

LANDSAT系列卫星的数据产品包括像片、胶片、数字软盘和数字磁带四类。胶片按片基的不同，可分为透明胶片（有负片和正片两种）和像纸片（只有正片）两类。按波段的不同，可分为各个单波段的黑白片和由几个波段合成的彩色合成片（有真、假彩色片之分）。胶片尺寸有70毫米×70毫米（2.75英寸）和240毫米×240毫米(9.50英寸)两种。TM胶片有未校正片和已校正片两种。中国卫星遥感地面接收站提供240毫米的彩色和黑白的胶片和像纸片，放大片的最大尺寸可达1.2米。数字软盘和数字磁带

数字软盘是以1.44兆软盘为介质的LANDSAT单波段数据，遥感地面站可提供512×512子区和1024×1024子区两种产品。数字磁带有HDDT、CCT、8mm磁带、CD-ROM等不同记录介质。高密度数字磁带（HDDT）能快速记录大量遥感信息，每英寸记录1万位以上的二进制数据。但HDDT不能直接进入通用计算机，必须经过一个磁带转换机才能把它转换为计算机兼容磁带。计算机兼容磁带（CCT）一般采用半英寸宽的标准磁带，可以直接进入通用计算机。HDDT和CCT必须经过数/模转换（D/A）后才能进入普通计算机进行各种数据处理，再现图像。目前CD-ROM产品最为常见。

§6.3陆地卫星SPOT系列一、概述

1978年起，以法国为主，研制了一颗名为“地球观测实验系统”（SPOT）的卫星，又称地球观测实验卫星。1986年2月22日，该卫星由法国的阿丽安娜（ARIANE）火箭送入太空，代号SPOT-1。SPOT-1星体似长方形箱，体积为2M×2M×3.5M，重1750KG。星体包括两部分：多功能平台(仪器服务舱)和有效载荷。两台具有相同分辨率的可见光扫描仪安装在星体右部，一前一后并列；星体左侧上带有一块方形太阳能电池帆板（见图6.5）。SPOT-2与SPOT-3已分别于1990年1月22日和1993年9月发射上天。

SPOT-4于1996年成功发射，SPOT-4增加了一个中红外（MIR）谱段，地面分辨率也有一定提高；同时加载一个植被探测仪（VEGATATION），有蓝、红、红外和短波红外4个谱段。SPOT-5卫星于2002年4月发射，它是目前国际上最优秀的对地观测卫星之一，它实现了在不减少视场范围的条件下成倍提高图像的分辨率，全色黑白多光谱图像分辨率将达到2.5米，彩色图像分辨率将提高到10米，最大视场仍然保持在120公里。星上搭载了立体成像仪，能够在180秒内获取72，000平方公里范围的可测定地形高度的立体影像数据，SPOT-5卫星是集合了多重分辨率、多种传感器的新一代地球资源空间遥感平台。SPOT的性能不断提高，但其产品保持了一致性和系列性。SPOT系列卫星提供立体像对，数据具有地学立体判读分析和测图（包括制图和地图修测）兼容优点，所以其产品广泛应用于制图

图6.5SPOT-1外形图二、SPOT系列卫星的轨道特征SPOT-1、2、3的主要成像传感器为高分辨率可见光扫描仪HRV。SPOT-2除了载有两台HRV外，还有一台固体测高仪（DORIS，即卫星集成的多普勒成像与无线电定位仪）。SPOT-3除两台改进型HRV和一台DORIS外，还有一台极地臭氧和气溶胶测量仪（POAM-Ⅱ）。SPOT-4对先前使用的传感器作出改进：在HRV中增加了一个1.5-1.7微米、地面分辨率为20米的短波红外谱段；原10米分辨率的全色通道改为0.61-0.68微米的红色通道。同时，SPOT-4加载植被探测仪（VEGATATION）、微波辐射计等传感器。固体自扫描仪（HRV）成像特点法国SPOT卫星携带有二台高分辨率的固体自扫描仪对地面可垂直成像和倾斜成像，获得三个多波段图像和一个全色波段图像。二台HRV对地面垂直成像(图3—36)，每台HRV成像地面宽度为60km，二台HRV成像地面宽度为117km，中间重叠3km。可获得一个全色波段和三个多波段HRV图像。

SPOT卫星的HRV系统倾斜成像，传感器HRV的反射镜可以向两侧倾斜土27°，并以0.6°为间隔分档向地面倾斜扫描成像，在不同轨道上调整主反射镜的倾斜角度，从不同角度可获得同一地面的扫描图像，因此，可获得重叠率高的图像，即可获得立体图像。获得的倾斜图像像幅最大宽度为80km(图3—37)。

SPOT卫星覆盖周期为26天，但由于可倾斜成像，在26天中在赤道上可重复观测7次，在中等纬度12次，在纬度70°处可达28次(图3—38)。提高了图像的时相分辨率，使重复周期26天缩短到1—4天，对探测短时间的地物变化尤为有利。固体自扫描仪为纵向扫描，在同一扫描线上各象元同时成像，对于同一基准面上图像比例尺是相同的，几何精度高，此外SPOT卫星设计时考虑到地球自转效应，将平台设计成可绕航偏轴旋转使图像呈正方形或矩形，卫星姿态稳定，因此大大提高了HRV图像的几何精度。图3－36扫描带示意图图3－37倾斜观察扫描范围示意图

3、HRV的波谱段

高分辨率可见光扫描仪(HRV)有三个多谱段通道（微米）：XS1：0.5—0.59微米(绿)；XS2：0.61—0.68微米(红)；XS3：0.79—0.89微米(近红外)；其地面分辨率是20米×20米。HRV的全色光谱段是：0.51—0.73微米(绿—深红)，地面分辨率是10×10米。全色谱段包括绿、黄、橙、红直至深红，但不包括青、蓝、紫光。多谱段的XS1，XS2，XS3相当于TM2，TM3，TM4。HRV缺少MSS6（MSS3），TM1，TM5，TM6，TM7相应的谱段。

HRV图像具有以下特点：（1）

垂直图像每幅为近于正方形的菱形，各边对应地面长度为60Km；倾斜图像横向宽度对应于地面舷向宽度60Km—80Km。（2）在正常情况下以垂直观测图像覆盖全球；在有某些特殊要求时，也可以调整瞄准轴而获得一些倾斜观测图像。（3）相邻轨道垂直图像间的旁向重叠，在赤道上是4.3Km左右，越向两极走，这种重叠越大.在垂直观时，两台HRV的图像之间重叠3KM，固定不变。（4）SPOT处在不同轨道上时，可对同一地区从不同角度观测成像，得到立体像对，这有利于摄影测量、形态地学及水文等方面的研究。地面几何分辨率较高，多谱段为20米，全色为10米（均指在天底点附近）。地面几何分辨率较高，多谱段为20米，全色为10米（均指在天底点附近）。四、SPOT系列的数据产品

SPOT图像数据处理质量标准分为四级五等，即1A，1B，2，3，4。其中1A处理精度最低，4级处理精度最高。此外，还有一种S级产品，是各时期均可以重叠处理的图像。无论哪一级产品，都有胶片和CCT磁带两类产品，影像基本比例尺为1：40万。1、图像产品图像产品分为胶片和像片，多谱段胶片有黑白和彩色两种（如表6-5所示）。多谱段像片也有黑白和彩色两种（表6-6所示）。2、CCT磁带

CCT采用陆地卫星地面站规定格式。1A，1B，2级，S级的全色磁带（CCTS）和多谱段磁带（CCT）都有两种规格—6250或1600字节/英寸。在多光谱记录中，6250字节/英寸为谱段逐行交替记录，1600字节/英寸有谱段顺行记录和谱段逐行交替记录两种格式。

SPOT的地面接收站较少，主要有两个：法国南部的图卢兹站和瑞典的基律纳站。此外，还有加拿大的艾伯特王子城站和温哥华附近的纳奈莫站，孟加拉的达卡站，印度的海德拉巴站。我国北京的遥感卫星地面站可兼容接收陆地卫星和SPOT的数据。§6.5其它卫星系列一、海洋卫星海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海水的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。（一）美国的“海洋卫星系列”（SEASAT）1978年6月26日，美国发射了第一颗海洋卫星——SEASAT-1。1、轨道特征SEASAT轨道是近极地、近圆形、太阳同步轨道，轨道高790KM，轨道倾角为108º。一次扫描覆盖海面宽度是1900KM。卫星能探测南北纬72º之间的地区，占全球表面积的95%。2、传感器SEASAT卫星装载5种传感器，其中3种是成像传感器。这3种成像传感器是合成孔径侧视雷达（SAR-A）、多通道微波扫描辐射计（SNMR）和可见光—红外辐射计（VIR）。（1）SAR-ASAR-A工作频率为1.27GHZ，波长为23.6CM，属L频段，HH极化，扫描带宽度100KM，空间分辨率为25M。（2）SNMRSNMR是一种被动式成像微波遥感器.有5个微波通道，波长分别为0.811CM，1.43CM，1.67CM，2.81CM，4.54CM。空间分辨率为22KM—100KM，扫描宽度600KM，辐射分辨率达零点几K(K是绝对温度的单位)；有云时测温精度为2K，测风精度为2M/S。（3）VIRVIR有两个通道:0.52M—0.73M和10.5M—12.5M。VIR可获得可见光和热红外影像，可测海水温度等。空间分辨率为2KM—5KM，带宽1900KM。海洋卫星虽然只工作105天便停止工作，但它开创了海洋遥感—微波遥感的新阶段。为观察海况，研究海面形态、海面温度、海面风场、海水和大气含水量等开辟了新途径，因而在军事、科研和经济方面具有重要意义。美国航空航天局（NASA）、国家海洋大气局（NOAA）和海军共同提出了一个带探索性质的实用业务计划---国家海洋卫星系统。它包括海军海洋遥感卫星（NROSS）、海洋拓扑实验卫星（TOPEX）、海洋水色成像仪卫星（OCI）等同步观测海洋的专用卫星。其传感器性能在SEASAT-1的传感器基础上有所提高，可为天气、气候、海冰、海浪、海风、海面起伏、叶绿素含量等的研究以及海洋声传播预报提供实时资料。（二）日本的“海洋观测卫星”系列1、概述“海洋观测卫星”一号（MOS-1）于1987年2月19日发射上天，进入极轨道。该卫星发射后改名为“桃花”一号（MOMO-1）。“海洋观测卫星”一号B于1990年2月7日发射成功，后改名为“桃花”一号B（MOMO-1B）。两星的星体相同，主要参数基本相同。2、轨道特征桃花一号卫星为近圆形近极地太阳同步轨道，轨道高907.8KM，倾角99.1；绕地球周期6190.5秒，每天绕地球13.958圈；回归周期17天，在一个回归周期中绕地球237圈；降交点时刻为上午10:05；相邻轨迹在赤道的间距为159KM。3、传感器桃花一号卫星载有3种遥感器:多谱段电子自扫描辐射计(MESSR)、可见光—热红外辐射计（VTIR）和微波辐射计（MSR）。（1）（1）MESSRMESSR是由CCD构成的自扫描推帚式多谱段扫描仪，简称CCD像机。其地面分辨率为50M，可获立体图像。舷向总探测带宽为185KM（两台MESSR综合起来的总带宽）。（2）VTIRVTIR有一个可见光谱段和3个热红外谱段。其用途是监测海洋水色和海洋表面温度。地面分辨率为900M（可见光）或2700M。地面扫描带的宽度为1500KM。MSR是工作在K频段的双频微波辐射计。主要用于水蒸汽量、冰量、雪量、雨量、气温、锋面、油污等的观察。MOMO-1应用于陆地遥感时，其性能优于陆地卫星的MSS。（三）“欧洲遥感卫星”（ERS）系列1、概述“欧洲遥感卫星”（ERS）系列主要用于海洋学、冰川学、海冰制图、海洋污染监测、船舶定位、导航、水准面测量、海洋岩石圈的地球物理及地球固体潮和土地利用制图等领域。1991年7月17日发射了ERS-1，1995年4月20日又发射了ERS-2，继承了ERS-1的工作。ERS-1和ERS-2使用能全天候的测量和成象的微波技术，提供全球重复性的观测数据，并且他们能覆盖目前还未有或不足的观测领域，包括海况、洋面风、海洋循环及海洋/冰层等。ERS观测数据可以改善我们对海洋-大气间相互作用的理解，海洋循环及能量传输方面知识的更新，南北极冰盖质量平衡的估计，海岸动态过程和污染的监测，及改善土地利用变化的探测和管理。2、轨道特征“欧洲遥感卫星”（ERS）系列轨道为圆形极地太阳同步轨道，高度为782KM—785KM。回归周期为3天，3天内绕地球43圈。3、传感器“欧洲遥感卫星”（ERS）系列卫星上载有7种仪器：源微波仪、测风散射计、雷达测高仪、轨道跟踪扫描辐射击计和微波探测器、精密测距测速仪、激光反射器、星载处理系统。其中源微波仪（AMI）综合了合成孔径雷达、波浪散射计和风散射计的功能。雷达地面分辨率可达30M。由于雷达的扫描带狭窄，要经过35天（501圈）才能完成对全球的观测。（四）加拿大的“雷达卫星“（RADARSAT）1、

概述RADARSAT是加拿大第一颗遥感卫星，由加、美、德、英4国合作研制，发射于1995年11月。雷达卫星应用于农业、海洋、水雪、水文、资源管理、渔业、航海业、环境监测、北极和近海勘测等。2、轨道特征RADARSAT轨道为圆形近极地太阳同步轨道。升交点与降交点时刻为早、晚六点，此种轨道称为晨暮轨道。轨道高度798KM，倾角98.6，周期101分钟，回归周期24天。3、传感器RADARSAT携带的成像传感器有合成孔径雷达(SAR)、多谱段扫描仪、先进甚高分辨率幅射计（AVHRR），非成像遥感器有散射计（1）SARSAR是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为5.3GHZ，属C频段，HH极化。SAR扫描左侧地面，有5种工作模式。5种模式的照射带分别为500KM，300KM，200KM，300KM与500KM，800KM，地面分辨率分别为28M*25M，28M*25M，9M*10M，30M*35M与55M*32M，28M*31M。（2）多谱段扫描仪（MSS）MSS

MSS是多线列式传感器，有4波段（O.45M—O.50M，0.52M—0.59M，0.62M—0.68M，0.84M--0.88M），地面覆盖宽度为417KM，地面分辨率为30M。AVHRR有五个波段(0.58M—0.68M，0.725M—1.1M，3.55M—3.93M，10.3M—11.3M，11.5M—12.5M)，地面宽度300KM，地面分辨力1300M。散射计用于测量海洋表面风速、风向。测量风带精度约±10%，风向精度20，向卫星两侧各覆盖600KM。二、地球资源卫星（一）IKONOS卫星美国在1999年9月24日发射了高精度的IKONOS卫星，这是世界上第一颗商用1米分辨率的遥感卫星。1、轨道特征IKONOS卫星为太阳同步轨道。轨道高度为680Km，轨道倾角为98.2卫星每日环绕地球飞行14圈，即每98分钟一圈，重复周期为3天。2、传感器IKONOS卫星装载的传感器有四个通道，其中通道1是0.45m—0.52m

蓝光波段；通道2是0.52m—0.60m绿光波段；通道3是0.63m—0.69m红光波段；通道4是0.76m—0.90m近红外波段。3、主要产品IKONOS卫星影像像幅宽度为11Km

，扫描面积有1111Km，13056Km，37100Km，11100Km111000Km等规格，镶嵌图面积最大可达10000Km2。该卫星的分辨率有1米和4米两种，其具体情况如下：1米分辨率全色波长范围是0.45M---0.90M4米分辨率多光谱提供具有航片效果的卫星数据“照片”，能直观清楚的分辨出道路上的交通标志线，所以其影像广泛应用于精度相对较高的城市内部的绿化、交通、污染、建筑密度、土地、地籍等的现状调查、规划、测绘地图、大型工程选址、勘察、测图和已有工程受损监测等；还可应用于农业、林业、灾害等领域内的详细调查和监测。（二）中巴地球资源卫星（CBERS）1、概述中巴合作的“资源一号”卫星于1997年10月14日用中国“长征四号”火箭发射成功，这是我国第一颗数字传输型资源卫星，是我国在现有卫星技术的基础之上与巴西之间的国际合作，其目标是在互利和各负其责的基础上发展空间技术。“资源一号”卫星整体系统包括5个部分：星体、测控、数据接收和处理系统、运载工具、发射场。卫星上有效载荷包括：三台成像传感器、一台数据收集系统（DCS）、一台检测空间高能辐射的空间环境监测仪（SEM）、一台实验性高密度磁带机（HDDR）。三台成像传感器为：广角成像仪（WFI）、高分辨率CCD像机（CCD）、红外多谱段扫描仪（IR-MSS），其中WFI为巴西的产品。2、轨道特征“资源一号”卫星的轨道倾角是98.5，高度是778Km，地面相邻轨道间隔时间3天，属于太阳同步轨道.回归周期26天.卫星设计寿命为2年。1、

传感器

“资源一号”卫星搭载的传感器包括CCD像机、广角成像仪（WFI）和红外多谱段扫描仪（IR-MSS）。表6-5-1列出“资源一号”卫星搭载的各种传感器。（1）CCD像机

CCD像机是“资源一号”卫星的主要传感器，分5个段：0.45-0.521，0.52-0.59，0.63-0.691，0.77-0.891，0.51-0.731微米，地面覆盖宽度113公里，天底点空间分辨率为19.5米。（2）红外多光谱扫描仪(IR-MSS)IR-MSS为4波段：0.50-1.10，1.55-1.75，2.08-2.35，10.4-12.5微米。地面覆盖宽度为119.5公里，空间分辨率波段0.50-1.10和2.08-2.35微米时为77.8米，波段10.4-12.5微米时为156米（3）广角成像仪（WFI）广角成像仪(WFI)的波段为:0.63—0.69，0.77—0.89微米。覆盖地面宽度885公里，分辨率为256米。4、主要产品“资源一号”卫星的数据将由北京站、西北站和华南站接收处理。主要产品及分级如下:0级提供CCT磁带、胶片、像片。1A级经像元辐射纠正、去除条带、传递函数校正。1B级经辐射纠正与几何校正，也可与任何标准地图投影匹配，定位精度优于2公里，内畸变误差不超过3个象元。2A