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文档简介

第六章航天遥感平台:卫星、火箭、宇宙飞船和航天飞机等特点:1.平台高,可观察到更宏观的地表特征;

2.发射费用昂贵,但运行费用极低,一旦发射上天,几乎不再有其他费用产生,整体费用低廉.

3.周而复始,可进行周期性的重复观测,有利于实现动态观测。不足之处:分辨率低于航空遥感,但高分传感器出现后,已部分改变了这种不足。6.1遥感卫星的姿态与轨道参数1.三轴倾斜:理想情况下,卫星应按既定姿态和轨道航行,但经常会发生滚动、俯仰和偏航,在XYZ轴上有倾斜。2.振动:上下的不稳定振动。卫星装载有姿态测量仪,实时测量和记录着自己的姿态数据。遥感卫星的轨道参数:轨道参数多样,但对遥感来说,有六个参数需要掌握:1.轨道倾角:轨道面与赤道面的交角2.卫星高度:卫星距离地面的高程3.运行周期:卫星绕地一圈的时间,与卫星平均高度正相关。4.重复周期:卫星从某地上空开始运行,经过若干时间的运行后,回到该地上空所需的天数或时数。5.降交点时刻:卫星经过降交点时的地方太阳时的平均值6.扫描带宽度:卫星沿一条轨道运行时其传感器所观测地面带的横向宽度。遥感卫星的轨道类型地球同步卫星:分布在赤道平面上,运行周期等于地球的自转周期,如果从地面上各点看去,卫星在赤道上似乎静止不动,高度在2-3万公里,能够观测1/3-1/4个地球,可在0.5小时内对下垫面进行周期性观测,主要用于气象和通讯领域。静止轨道卫星太阳同步卫星:轨道倾角大,绕过地球极地,又叫极轨卫星。一般在1000公里以下,卫星轨道面永远与当时的“地心-日心连线”保持恒定角度,因此太阳的入射角几乎是固定的,使卫星在不同时相对同一地区遥感时,太阳高度角大致相等。气象卫星分布:极轨卫星和静止卫星遥感卫星分类陆地卫星系列:Landsat系列、SPOT系列、

IKNOS系列、中巴资源卫星系列等气象卫星系列海洋卫星系列6.2陆地卫星Landsat系列美国国家航空航天局(NASA),1972年发射,共8颗星Landsat-82013.2.11OLI/TIRS(OperationalLandImager)Landsat卫星的轨道特征:降交点时刻:当地地方时8:50-9:45扫描影像的旁向重叠TMETMOLI10.450-0.5150.43-0.45、0.45-0.5130m20.525-0.6050.53-0.5930m30.630-0.6900.64-0.6730m40.775-0.9000.85-0.8830m51.550-1.7501.36-1.38、1.57-1.65、30m610.40-12.5010.6-11.15、11.50-12.5160/10072.090-2.3502.11-2.2930m8PAN0.520-0.9000.50-0.6815mOLI陆地成像仪:CCD式ETM+和TM的图象差异

86878889909192939495969798992000010203040506070809

SPOT5

SPOT4卫星运行服务中断发射日或重新开始服务日

SPOT1

SPOT2SPOT3

SPOT系列卫星的发射和运行情况Spot卫星轨道参数高分辨率可见光扫描仪HRV(IR)的参数两台HRV(IR)的并行观测倾斜观测时有91档位置选择,0.6度HRV(IR)可作两种观测:垂直观测和倾斜观测,对北纬45度带,可做到单星重复观测周期为1-4天,多星可达1天每颗SPOT卫星上都装有两个性能相同的CCD式成像传感器,瞬间成的是一个宽60公里的窄带总扫描宽度117公里,不仅能垂直观测,还能向旁向倾斜观测,左右偏转475公里范围内可以随意观测,对同一点的重复观测能力增加

Spot的异轨立体像对三星同时运作,最短获取同一对影像的时间差为20分钟,经相关处理后得到的DEM相对高程精度可达10米SPOT1-3:1986年始,三个可见光近红外波段,空分20米,全色10米SPOT-4:四个可见光近红外波段,空分20米。及一个植被探测器。SPOT-5:2002年始,搭载三种传感器A、高分辨率几何装置(HRG):3个可见光和近红外波段10m(0.49-0.61、0.61-0.68、0.78-0.89um)、1个短波近红外20m(1.58-1.75um)、1个全色波段2.5-5m(0.49-0.69),视场60km。2.5m分辨率图的获得(合成)2.5米

色植被探测器(VEGETATION):4个蓝、红、近红外及短波近红外1km,视场2250km。SPOT4也有搭载。高分辨率立体成像(HRS)装置:1个全色波段10m(0.49-0.69m),视场120公里立体成像装置HRS(同轨立体像对),自动相关生成DEM,高程精度为5-10米SPOT6:2012年9月9日发射,多光谱6米,蓝(0.455-0.525µm);绿(0.530µm-0.590µm);红(0.625-0.695µm);近红外(0.760-0.890µm);全色1.5米(0.455-0.745µm)。能在同一轨道上前后摆动45°,向旁侧轨道摆动35°。制定编程计划过程中集成了自动天气预报,最大化提高了接收成功率;SPOT系列卫星的特点近极地太阳同步轨道卫星两台CCD传感器并行观测可做垂直和倾斜两种观测,重复观测能力增加(用户可以提前提出申请,提前七天不收费,紧急申请收费)可获得立体像对,获取地面高程后续卫星命名为Pleiades,

Pleiades-1

和Pleiades-2

。2011年12月17日、2012年12月。空分0.5m

,幅宽20km陆地卫星系列--IKONOS-21999年9月24日发射,第一颗高分-商业遥感卫星。号称具有航片效果的卫星影像,开创了商业卫星遥感的开端。1米全色和4米多光谱(4个波段),融合成1米分辨率的彩色影像。可获取同轨立体像对,平面精度2米,垂直精度3米,专业制图1:10000,概览成图极限1:2500。轨高680km,太阳同步,倾角98.2º,140天内绕地球飞行2049圈,扫描带宽11km。视角沿轨向和垂直轨向均可调整,对同一点的重访周期为1.5-3天。陆地卫星系列--QuickBird2001年10月18日发射,QuickBird-2卫星。全色0.61m,4个多光谱波段为2.44m,是第一颗提供亚米级卫片的商业卫星,对同一点的重访周期:1-3.5天太阳同步轨道,高450公里,扫描幅宽16.5公里。存档数据:卫星已拍过的区域,保存在数据库中编程数据:订制所需区域的最新影像,时间周期1-12月,云量和拍摄角度陆地卫星系列---中巴资源卫星CBERS

01星1999年10月发射,2000年3月正式交付使用,2003年8月停止使用;02星2003年10月发射,2007年基本不能使用,02B星新装2.5米全色CCD,2008年发射,目前不能使用轨道参数、波段设置及分辨率接近SPOT,主传感器为CCD相机,空间分辨率19.5m03星2013年12月发射,失败,未入预定轨道补充:美国的EOS(地球观测系统)计划:全球环境变化、全球气候变化和自然灾害增多等全球性问题,美国NASA1991年启动了把地球作为一个整体进行综合观测的计划。由一系列低轨大型卫星,装载先进仪器,做长达15年的连续观测,通过反演确定全球环境和气候变化的程度、原因,加深对自然过程如何影响人类而人类活动又如何影响自然过程的理解。上午卫星(EOS-TERRA):1999年12月18日发射升空,过境时间为当地时间上午10:30和晚上10:30共有5套传感器,依其分辨率的不同,覆盖全球的时间在1天~16天一次。下午卫星(EOS-AQUA):2002年5月2日成功发射,过境时间为下午14:30和凌晨2:30。CERES(云与地球辐射能量系统)、MOPITT(对流层污染测量)MISER:多角成像光谱辐射计,由9个CCD摄像机组成,分别沿9个方向探视,解决了迄今的大多数卫星传感器只有垂直向下或侧向探视地表的能力的不足(多角度遥感是目前新遥感的热点),对于全球变化研究中需要采集自然条件下太阳光沿不同方向上的散射能量有实际意义;ASTER:星载高级热辐射与反射辐射计,14个波段,3个可见光与近红外的空间分辨率达15米,6个短波红外波段30m,5个热红外波段90m,可倾斜观测,还可获得同轨立体像对,扫描带宽60km,回归周期16天。MODIS:中分辨率成像光谱辐射计,波长范围400-1440nm,36个波段,空间分辨率为0.25-1km,是当时光谱分辨率最高的星载传感器。成像幅宽大(2330km),每1-2天可以获取全球地表数据,对陆地、海洋温度场测量、海洋洋流、全球土壤湿度测量、全球植被填图及变化监测意义重大地球观测卫星EO系列:2000年陆地卫星的特点近极地太阳同步卫星较高的分辨率回归周期较长,对同一点的重复观测能力较差现在的发展趋势是传感器具有侧摆功能,观测灵活性增加;除多光谱波段外,增设全色波段;多为推扫式传感器。6.4气象卫星系列气象卫星:太空中的自动高级气象站,探测全球大气变化,主用于云分布(可见光云图和红外云图)、云移、云层厚度、云顶高度、海洋表面温度、对流层上部水蒸气分布以及辐射平衡等方面的测定和研究,在陆地资源和环境方面亦可用于土壤和植被的分布、湿度、冰雪覆盖、火情和水情等监测。第一颗气象卫星由美国在1960年4月1日发射,现有多国的十多颗气象卫星同时对地球进行气象观测气象卫星分布:极轨卫星和静止卫星静止卫星:高度36000km,运行周期24h,观测范围达1/4-1/3个地球,南北纬60度以内。时间分辨率0.5小时,主要用于短期天气预报。日本的葵花GMS系列,俄罗斯的GOMS系列,美国的GOES系列,欧盟的METEOSAT系列、中国的风云二号系列低轨卫星:近极地太阳同步轨道卫星,高度800-1500km,扫描宽度3000公里左右,对同一点一天两次获取资料,提供全球中长期数值天气预报所需数据资料。分辨率相对较高(NOAA的甚高分辨率辐射计AVHRR为1-4km)。美国的泰罗斯、雨云、艾萨、诺阿系列,中国的风云一号

中国的风云三号(2013年)极轨气象卫星系列—诺阿卫星NOAA由泰罗斯、雨云、艾萨气象卫星系列升级而来,1970年,目前已19颗星,轨高850公里左右,对同一点每天两次观测,12小时。除在气象领域的应用外,还能广泛用于海洋油污监测、探测火山喷发、测定森林火灾和田野禾草燃烧位置,以及海洋涌流、探测植被生产力、确定蝗虫孳生地范围、农作物长势监测与作物估产、探测湖面水位变化等。由两颗星组成的双星系统,分上午轨道(降交点地方时7点)和下午轨道(14点),每天可对同一点实现四次观测。目前同时在役的有四颗卫星:NOAA-15(K)1998-05-13上午轨道

NOAA-17(M)2002-06-24上午轨道NOAA-18(N)2005年5月下午轨道

NOAA-19(O)2009-06-21下午轨道NOAA上搭载的传感器:高级甚高分辨率辐射计:AVHRR,扫描幅宽3000km,有效扫描角左右56度,星下点1.1km,边侧4km,早期有5个波段,1998年以后改为6个波段。表6.7、6.8P140-141泰罗斯垂直探测器系统(TOVS):测量大气中气温及湿度垂直分布的多通道分光计。由高分辨率红外探测器(分辨率17.4km)、微波探测器(MSU,分辨率110km)和平流层探测器(SSU,分辨率4.7km)组成。其他仪器:数据收集系统、空间环境监测仪、太阳紫外背向散射仪、地球辐射预测仪、高级微波测深仪、高级海岸带彩色扫描仪通道波长范围主要用途10.58-0.68白天图像、植被、冰雪、气候…20.725-1.00白天图像、植被、水/路边界、农业估产、土地利用调查…3a*1.58-1.64白天图像、土壤湿度、云雪判识、干旱监测、云相区分…3b*3.55-3.93下垫面高温点、夜间云图、森林火灾、火山活动410.30-11.30昼夜图像、海表和地表温度、土壤湿度511.50-12.50昼夜图像、海表和地表温度、土壤湿度NOAA(K~H)卫星AVHRR谱段

3、1999年5月10日FY-1C星发射业务星4、2002年5月15日FY-1D星发射业务星极轨气象卫星系列—

风云一号/三号系列1、1988年9月7日FY-1A星发射试验星

2、1990年9月3日FY-1B星发射试验星5、2008年5月27日FY-3A星发射业务星6、2010年10月5日FY-3B星发射业务星风云一号卫星的轨道参数有效扫描角:左右55.4度扫描宽度:3225km星下点分辨率:1.1km图象边缘区分辨率:4kmFY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途

表6.10P143通道1、2:0.58-0.68(R)0.84-0.89(IR),分别处于植被反射的低谷和高峰区,可用于计算各种植被指数(数值越高,说明?),能反映作物、森林、草场的生长情况,病虫害及作物缺水状况,并能进行作物估产。还可判识水陆边界,河口泥沙海冰等。通道3:3.55-3.93um,短波红外,白天夜间均可拍摄,对检测地面高温热源(森林草场火灾)

通道4、5:10.3-11.3、11.5-12.5um,?红外,测量地面温度,两个通道相结合可对大气削弱进行订正,计算地表和海表温度,在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。通道6:1.58-1.64um,对雪的反射率较低,用于云、雪的判识,同时对土壤湿度较敏感,干旱监测。通道7-9:0.43-0.58um,海洋水色通道,反映海洋中叶绿素含量、海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮通道10:0.9-0.965um,低层水汽通道,用于大气修正和大气透过率的计算。高空静止卫星:风云二号/四号气象卫星风云二号(A、B、C、D、E、F星):1997年始,东经105°赤道上空,高35800km,覆盖范围:20°*20°,覆盖以我国为中心的1亿km2,包括亚洲、大洋洲、非欧的一部分,每半个小时获取一幅影像三通道可见光、热红外和水汽自旋扫描辐射计云图广播数据收集转发器风云四号卫星(FY-4):2016年12月11日,辐射成像通道14个,覆盖了可见光、短波红外、中波红外和长波红外等波段。还配置有912个光谱探测通道的干涉式大气垂直探测仪,可在垂直方向上对大气结构实现高精度定量探测。中国首次研制的静止轨道闪电探测仪器:闪电成像仪1.轨道:低轨和高轨。2.成像面积大,有利于获得宏观同步信息,减少数据处理容量。3.短周期重复观测:静止气象卫星30分钟一次;极轨卫星半天一次,利于动态监测。4.资料来源连续、实时性强、成本低。气象卫星的特点高轨每半小时扫描1/3-1/4地球,用于短时间天气预报低轨:几百公里,极地太阳同步,每条轨道宽3000km左右,对同一点每12小时观测一次。如NOAA系列。6.5其他卫星系列海洋卫星:主要且于海洋温度场,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、海洋环境等方面的动态监测。海洋云水汽严重,可见光红外电磁波被强烈吸收、散射和反射,难以实现全范围和全时观测,微波能绕过云及其他大气粒子,基本不受天气情况影响,观测海洋主要使用微波传感器。美国SEASAT:近极地,轨道高790km,周期100min,一次扫描宽度1900km,南北纬72°之间的地区,3种成像传感:合成孔径测视雷达、多通道微波扫描辐射计、可见光—红外辐射计欧洲ERS:极轨,785km,绕地周期100min,7种传感器(主动微波仪、雷达高度计、微波探测器等等),主要用于海洋学、冰川学、海洋制图、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本章习题:1

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