遥感原理与应用-第3章-1 遥感平台与遥感传感器-遥感平台及运行特点

遥感原理与应用

RemoteSensingPrincipleandApplication遥感物理基础遥感平台特点遥感传感器影像处理基础影像几何处理影像辐射处理遥感影像判读影像识别分类遥感技术应用遥感系统影像处理遥感应用影像处理遥感遥感原理与应用课程框架遥感平台与遥感传感器

遥感平台及运行特点

遥感传感器及成像原理遥感平台及运行特点遥感平台的分类

卫星轨道及其运行特点

遥感卫星轨道类型

主要卫星遥感系统遥感平台(platform)：是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。按平台距离地面的高度大体上可以分为三类：地面平台航空平台航天平台遥感平台的分类遥感平台的分类地面平台地面平台：高度在0~50m范围内，包括车、船、塔、三脚架、遥感塔、遥感车等。遥感平台的分类遥感平台的分类航空平台航空平台：高度在百米~10多公里，包括低、中、高空飞机，以及飞艇、气球等。飞机：高空：喷气式飞机低空：无人小飞机，大比例尺航片气球：高空气球航空平台历史悠久，主要是飞机摄影。遥感平台的分类飞艇无人飞机飞机平台气球平台航空平台遥感平台的分类

俯仰

滚动

偏航飞机姿态角遥感平台的分类航空遥感及其特点优点

空间分辨率高、信息容量大。

灵活，适用于一些专题遥感研究。

作为实验性技术系统，是各种星载遥感器的先行检验者。信息获取方便。不足

受天气等条件限制大；

观测范围受限；

数据的周期性和连续性差。遥感平台的分类航空遥感

高空（10000m-20000m）；

中空（5000m-10000m）；

低空（<5000m）。无人机遥感技术无人机测绘遥感平台的分类

飞行高度较低，可解决四川盆地的天气问题具有明显的成本优势具有很高的灵活性空间分辨率高遥感平台的分类遥感平台的分类飞行平台遥感平台的分类遥控设备遥感平台的分类地面站遥感平台的分类

航飞准备阶段收集实验区已有的地形地貌资料；规划无人机航线。遥感平台的分类无人机航拍——起飞遥感平台的分类无人机航拍——拍摄ZSS遥感平台的分类无人机航拍——降落遥感平台的分类返回本章首页刺点刺点刺点野外测量遥感平台的分类遥感平台的分类航天平台航天平台：高度在150km以上（36000km静止卫星，700~900km陆地观测卫星）

航天飞机：240~350km高度；

卫星：低轨：150~300km，大比例尺、高分辨率遥感中轨：700~1000km，资源与环境遥感高轨：35860km，地球静止卫星，通信、气象卫星航天平台目前发展最快、应用最广：气象卫星系列、海洋卫星系列、陆地卫星系列。遥感平台的分类航天飞机(Shuttle)空间站人造卫星返回本节首页遥感平台的分类

卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定律。开普勒第一定律

星体绕地球（或者太阳）运动的轨道是一个椭圆，地球（太阳）位于椭圆的一个焦点上。

卫星轨道及其运行特点

开普勒第二定律

从地心或者太阳中心到星体的连线（星体向径），在单位时间扫过的面积相等。卫星在离地近的地方经过时的速度要快些，在离地远的地方运行的速度要慢些。卫星轨道及其运行特点

开普勒第三定律指绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆轨道长半轴的立方与周期的平方之比是一个常量。

T：运行周期；

a：长半径；

K：开普勒常数。=GM/(4π2)卫星轨道及其运行特点其他常用轨道参数

卫星速度V：当轨道为圆形时，其平均速度为

G—万有引力常熟；M—地球质量；

R—平均地球半径；H—卫星平均离地高度

卫星运行周期T：指卫星绕地一圈所需要时间，即从升交点开始运行到下次过升交点时的时间间隔。卫星轨道及其运行特点

卫星高度H：依据开普勒第三定律同样可解求卫星的平均高度

同一天相邻轨道间在赤道处的距离L

R—地球长轴半径

每天卫星绕地圈数n卫星轨道及其运行特点

重复周期D(覆盖周期)：指卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行后，回到该地上空时所需要的天数。对比运行周期。

其他相关概念：星下点：卫星在地球表面的投影；节点：卫星星下点轨迹与赤道的交点；升轨：卫星由南向北运行；降轨：卫星由北向南运行；升轨（交）点：升轨时的节点；降轨（交）点：降轨时的节点。

卫星轨道及其运行特点返回本节首页EarthSatellite人造卫星与地球遥感卫星轨道类型地球同步轨道与地球静止轨道地球同步轨道：又称24小时轨道，卫星的轨道周期等于地球的自转周期，且方向亦与之一致，卫星在每天同一时间的星下点轨迹相同。地球静止轨道：当地球同步轨道是倾角为零（轨道与赤道平面重合）的圆形轨道时，称为地球静止轨道。在这样的轨道上运行的卫星将始终位于赤道某地的上空，相对于地球表面是静止的。遥感卫星轨道类型太阳同步轨道太阳同步轨道：指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，轨道的倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极地太阳同步轨道。为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道平面每天平均向地球公转方向（自西向东）转动0.9856度（即360度／年）。卫星轨道面永远与当时的“地心—日心连线”保持恒定角度遥感卫星轨道类型

相对于地球西向逆行；

多数卫星高度约700km~800km；

轨道周期90~100min；

每天绕地球旋转14~16圈。Landsat-1,-2,-3在单天内的轨道覆盖太阳同步轨道特点遥感卫星轨道类型不同轨道下陆地卫星遥感特点近圆形轨道：不同地区获取的影像比例尺一致。固定扫描频率对地面扫描成像，扫描行之间无缝衔接。近极地轨道：有利于增大卫星对地面的总体观测范围。太阳同步轨道：太阳光的入射角几乎是固定的，在不同时相对同一地区遥感时，太阳高度角大致相等；有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测（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一致的）。有利于卫星在固定的时间飞越地面接收站上空，并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。可重复轨道：有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测。遥感卫星轨道类型返回本节首页38中等分辨率陆地卫星高分辨率陆地卫星高光谱卫星气象卫星小卫星主要卫星遥感卫系统中等分辨率陆地卫星类Landsat卫星系列；SPOT卫星系列；

中巴资源卫星CBERS；IRS卫星系列；

台湾福卫2号；

日本陆地观测卫星ALOS

………

主要卫星遥感卫系统Landsat卫星系列1972年7月23日，美国发射了第一颗地球资源卫星，后改名为Landsat-1，1972~1999年，美国共发射了7颗Landsat系列卫星。

卫星发射日期终止日期携带传感器

Landsat-11972.7.231978.1.6RBV,MSSLandsat-21975.1.221982.2.5RBV,MSSLandsat-31978.3.51983.3.31RBV,MSSLandsat-41982.7.161993MSS,TMLandsat-51985.3.1（运行）TMLandsat-61993.10.5（发射失败）ETMLandsat-71999.4.15（运行）ETMPlus主要卫星遥感卫系统Landsat-5简介Landsat-5设计寿命为3年，但却成功在轨运行27年，是目前在轨运行时间最长的光学遥感卫星，成为全球应用最为广泛、成效最为显著的地球资源卫星遥感信息源。2011年11月18日，美国地质调查局（USGS）发布消息称由于卫星上的放大器迅速老化，目前已停止获取Landsat-5的卫星遥感影像，意味着Landsat-5极有可能结束其使命。目前，Landsat-5已进入90天的卫星初始状态，USGS工程师们试图采取各种办法恢复卫星与地面间的影像传输能力。主要卫星遥感卫系统Landsat-5卫星主要轨道参数轨道类型近极地太阳同步轨道高度705km轨道倾角98.22°运行周期98.9min轨道长半轴7083.465km降交点时间(过赤道平均太阳时)9:45am+/-15min重复周期16天

(233圈)在赤道上两相邻轨迹间距离172km图像幅宽185km相邻轨道间赤道处重叠度13km(7%)主要卫星遥感卫系统SpacingBetweenAdjacentLandsat5OrbitTracksattheEquator主要卫星遥感卫系统TimingofAdjacentLandsat5CoverageTracksAdjacentswathsareimaged7daysapart主要卫星遥感卫系统Landsat-5的TM传感器Landsat-5搭载专题绘图仪(ThematicMapper,TM)传感器，共分为7个波段，各波段的参数如表所示Blue10.45-0.52µm30mGreen20.52-0.60µm30mRed30.63-0.69µm30mNearIR40.76-0.90µm30mSWIR51.55-1.75µm30mLWIR(ThermalIR)610.40-12.50µm120mSWIR72.08-2.35µm30m为什么LWIR波段空间分辨率相对较低？颜色波段波长范围空间分辨率主要卫星遥感卫系统Landsat-7简介Landsat-7于1999年4月15日发射升空后，由于其优越的数据质量，以及与以前的Landsat系列卫星保持了在数据上的延续性，现在已成为中国遥感卫星地面站的主要产品之一。2003年5月31日，Landsat-7ETM+机载扫描行校正器(SLC)故障，导致此后获取的图像出现了数据条带丢失，严重影响了LandsatETM遥感影像的使用。此后Landsat7ETMSLC-on是指2003.5.31日Landsat7SLC故障之前的数据产品，Landsat7ETMSLC-OFF则是故障之后的数据产品。部分学者开展了受损修复研究，使用插值方法修补缺失的条带部分。主要卫星遥感卫系统Landsat-7卫星主要轨道参数Landsat-5与Landsat-7卫星主要轨道参数基本相同。但降交点时间(过赤道平均太阳时)约为10am。主要卫星遥感卫系统Landsat-7的ETM传感器搭载增强型专题绘图仪(EnhancedThematicMapperPlus,ETM+)传感器，同Landsat-5的最主要差别有：增加了分辨率为15米的全色波段（PAN波段）；波段6的数据分低增益和高增益数据，分辨率从120米提高到60米。Blue10.45-0.52µm30mGreen20.52-0.60µm30mRed30.63-0.69µm30mNearIR40.76-0.90µm30mSWIR51.55-1.75µm30mLWIR(ThermalIR)610.40-12.50µm60mSWIR72.08-2.35µm30mPan80.52–0.90µm15m颜色波段波长范围空间分辨率主要卫星遥感卫系统Landsat-7ETM+8个波段的影像（圣地亚哥，加利福利亚）主要卫星遥感卫系统Landsat-7ETM+成都,2002年获取成都都江堰主要卫星遥感卫系统Landsat-7ETM+影像（费城，美国）主要卫星遥感卫系统Landsat-8简介NASA和USGS（UnitedStatesGeologicalSurvey，美国地质调查局）联合执行的LDCM(LandsatDataContinuityMission)计划，发射Landsat8卫星，旨在长期对地进行观测。该计划主要对资源、水、森林、环境和城市规划等提供可靠数据。2013年2月11日，成功发射了Landsat8卫星，为走过了四十年辉煌岁月的Landsat计划又注入了新鲜的血液。和之前的卫星相比，Landsat8的光线、热量感应器精准度更高，同时其视野也更广，有助于科学家们进行大气气胶、高空卷云、水质、耗水量等方面的研究。主要卫星遥感卫系统Landsat-8上携带有两个主要载荷：OLI和TIRS。其中OLI（全称：OperationalLandImager，运营性陆地成像仪）具有9个波段；TIRS（全称：ThermalInfraredSensor，热红外传感器），是有史以来最先进，性能最好的TIRS，有2个波段。TIRS将收集地球两个热区地带的热量流失，目标是了解所观测地带水分消耗，特别是美国西部干旱地区。Landsat-8与Landsat-7主要轨道参数基本相同、幅宽（南北向约170km，东西向183km）和分辨率相同。主要卫星遥感卫系统LandsatData

Continuity

Mission

(LDCM)Landsat-8

Launch

February11,2013BandsWavelength

(micrometers)Resolution

(meters)Band1-Coastalaerosol0.43-0.4530Band2-Blue0.45-0.5130Band3-Green0.53-0.5930Band4-Red0.64-0.6730Band5-NearInfrared(NIR)0.85-0.8830Band6-SWIR11.57-1.6530Band7-SWIR22.11-2.2930Band8-Panchromatic0.50-0.6815Band9-Cirrus1.36-1.3830Band10-ThermalInfrared(TIRS)110.60-11.19100Band11-ThermalInfrared(TIRS)211.50-12.51100主要卫星遥感卫系统Landsat卫星影像特征宏观性—覆盖范围大，可获得准同步、全球性的覆盖，为宏观研究各种自然现象和规律提供有利条件。周期性—重复覆盖，提供不同季节、不同照度条件的影像，可满足动态监测与预报分析的需要。数量化—对地物的波谱反射、辐射特征，以影像或数字形式瞬时记录下来，便于影像的数字化处理和定量分析。低、中等太阳高度角(25一30)—使影像上产生阴暗效应，有利于地质地貌现象的研究及地学分析。几何畸变小(与航空象片相比)—可将影像直接放大，以便进行判读与解译。TM影像可应用于编制地图和专题图。主要卫星遥感卫系统Landsat卫星系列的局限性其空间、光谱、时间分分辨力均有一定限制缺乏立体覆盖均受不同程度的影像畸变影响数据的及时利用率较差，用户所得的卫星数据不连续。

但是，随着遥感信息质量的不断提高，陆地卫星系统的应用能力将得到进一步开拓。主要卫星遥感卫系统SPOT卫星系列

法国于1986年2月发射了第一颗陆地卫星，主要用于地球资源遥感，至今已发射了7颗。SPOT-1，1986年2月22日发射，从1990年12月停止工作。SPOT-2，1990年1月22日发射，2009年7月停止工作。SPOT-3，1993年9月26日发射，1997年11月停止工作。SPOT-4，1998年3月24日发射，2013年7月停止工作。SPOT-5，2002年5月4日发射，运行中。SPOT-6，2012年9月9日发射，运行中。SPOT-7，2014年6月30日发射，运行中。主要卫星遥感卫系统SPOT-1,-2,-3所携带传感器SPOT-1,-2,-3搭载2台探测器：HRV(HighResolutionVisible)，分别用于全色波段和3波段(G/R/NIR)多光谱成像。全色：10m分辨率；多光谱：20m分辨率。主要卫星遥感卫系统SPOT-4所携带传感器

SPOT-4有效载荷为2台HRVIR（HighResolutionVisibleInfra-Red）传感器。HRVIR传感器可以采集4个多光谱波段和1个单色波段的数据。多光谱波段数据的空间分辨率为20米，单色波段的空间分辨率为10米。与SPOT-2卫星的HRV传感器相比，SPOT-4卫星的HRVIR传感器增加了短波红外的一个波段，将全色波段改为单色波段（HRV传感器中的B2波段）。主要卫星遥感卫系统SPOT-5所携带传感器

SPOT-5卫星才用HRG(HighResolutionGeometry)传感器，替代SPOT-4的HRVIR传感器。HRG具有新的特征：1）更高分辨率的卫星影像，2.5m的分辨率的全色波段和10m分辨率多光谱波段；2）采用12000像元的CCD探测器，以维持60km的地面数据宽度；3）采用了新的技术来实现以上特征，例如采用新的数据压缩方法、并利用150Mbit/s的速率传输下行数据。主要卫星遥感卫系统SPOT-6,-7所携带传感器

SPOT-6卫星将加入由AstriumServices分发的极高分辨率卫星Pleiades-1A的轨道。这两颗卫星将共同提供服务并最终在2014年与Pléiades-1B和SPOT-7一起构成完整的AstriumServices光学卫星星座，以继续保持对地观测的高重复周期。SPOT-6和SPOT-7星群能够以每天6百万平方公里的覆盖能力提供地球上任何地方的每日重访。主要卫星遥感卫系统SPOT-6卫星主要轨道参数轨道类型近极地太阳同步轨道高度695km轨道倾角98.2°运行周期98.79min降交点时间(过赤道平均太阳时)10:30am每天绕地球圈数14.6圈重复周期26天单台HRV图像幅宽60km主要卫星遥感卫系统主要卫星遥感卫系统SPOT具有调整传感器姿态(侧视)的能力最大侧视角可达±27º

，可观测离天底点450km附近的景物，可形成立体像对并用于测图，可缩短重复成像的时间间隔主要卫星遥感卫系统

SPOT4影像—纽约曼哈顿世贸大厦倒塌三小时后所获取的影像(2001年9月11日当地上午11:55)主要卫星遥感卫系统SPOT-5影像,2008年获取双流机场主要卫星遥感卫系统

中巴资源卫星CBERS-1,-2

中巴地球资源卫星是1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准，由中、巴两国共同投资，联合研制的卫星（代号CBERS）。1999年10月14日，中巴地球资源卫星01星（CBERS-01）成功发射，在轨运行3年10个月；2003年10月21日，中巴地球资源卫星02星（CBERS-02）发射升空，目前仍在轨运行。主要卫星遥感卫系统CBERS-1,2卫星特点轨道高度：778公里重复周期：26天传感器：CCD传感器、IRMSS红外多光谱扫描仪、宽视场成像仪(WFI)扫描带宽度：113/119.5/890公里提供从20米-260米分辨率11个波段不同幅宽的遥感数据，被认为是资源卫星系列中有特色的一员。主要卫星遥感卫系统CBERS-1,2传感器基本参数主要卫星遥感卫系统CBERS-2影像，北京主要卫星遥感卫系统高空间分辨率卫星类1994年克林顿签署总统令，允许私有企业或公司发射高分辨率卫星和销售高分辨率影像产品，使民用高分辨率卫星得到发展。此前，高分辨率卫星通常多用于军事侦察。特点：地面分辨率高，全色波段1~5m，有些还优于1m。主要高分辨率卫星遥感系统IKONOSQuickBirdWorldview-1,-2，3Pleiades-1,2

GeoEye-1…..….主要卫星遥感卫系统IKONOSIKONOS是于1999年9月24日发射成功，是世界上第一颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。IKONOS卫星的成功发射不仅实现了提供高清晰度且分辨率达1米的卫星影像，而且开拓了一个新的更快捷，更经济获得最新基础地理信息的途径，更是创立了崭新的商业化卫星影像的标准。具有±45°侧视能力。主要卫星遥感卫系统发射时间1999年9月24日预期寿命超过7年轨道倾角98.1°(太阳同步轨道)地面速度6.8km/s每天绕地球圈数14.7圈轨道高度681km星下点分辨率全色0.82m;多光谱3.2m侧视26°全色1m;多光谱4m图幅大小星下点11.3km;侧视26°13.8km赤道通过时间10:30am重返周期获取1米分辨率数据时:2.9天；获取1.5米分辨率数据时:1.5天影像波段全色,R，G，B，

NIRIKONOS卫星系统主要规格参数主要卫星遥感卫系统1-mIKONOSImage,Singapore主要卫星遥感卫系统QuickBird

QuickBird卫星是世界上第一颗提供亚米分辨率的商业卫星。它具有高地理定位精度、海量星上存储、单幅影像比其它商业高分辨率卫星高出2-10倍、历史存档影像丰富等特点。主要卫星遥感卫系统LaunchDateOctober18,2001OrbitAltitude450Km/482Km-(Early2013)OrbitInclination97.2°,sun-synchronousSpeed7.1Km/sec(25,560Km/hour)EquatorCrossingTime10:30AM(descendingnode)OrbitTime93.5minutesRevisitTime1-3.5days,dependingonlatitude(30°off-nadir)SwathWidth(Nadir)16.8Km/18Km-(Early2013)ResolutionPan:65cm(nadir)to73cm(20°off-nadir)MS:2.62m(nadir)to2.90m(20°off-nadir)ImageBandsPan:450-900nmBlue:450-520nmGreen:520-600nmRed:630-690nmNearIR:760-900nm主要卫星遥感卫系统QuickBird卫星系统主要规格参数犀浦校区QuickBird影像，2006年11月获取主要卫星遥感卫系统双流机场QuickBird影像，2008年2月获取主要卫星遥感卫系统高光谱卫星类因多光谱的波段有限，难以真实反映地物辐射特性的细微差异，难以直接识别地物的类别。因此，发展高光谱遥感系统就显得非常重要。高光谱遥感的特点：采用高分辨率成像光谱仪，波段数为36~256个，光谱分辨率为5~10nm，地面分辨率为30~1000m。目前高光谱遥感卫星大多是军方发射的，民用高光谱卫星较少。主要应用于大气、海洋和陆地探测。主要卫星遥感卫系统高光谱卫星遥感系统主要卫星遥感卫系统MODISEOS（EarthObservationSystem）卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。EOS系列卫星上的最主要的仪器是中等分辨率成像光谱仪（MODIS），其最大空间分辨率可达250米。特点：波段36个：光谱范围0.4-14.5μm；地面分辨率：250m,500m,1000m；宽视域：扫描角55o，宽2330公里；快速：1-2天获全球数据；辐射分辨率:12bit主要卫星遥感卫系统MODIS44种产品：按照4个专题（1/4：大气）标定产品/mcstweb/index.html

MOD01

Level-1ARadianceCounts辐射值MOD02

Level-1BCalibratedGeolocatedRadiances经过标定与地理定位的辐射值MOD03

GeolocationDataSet地理定位数据集大气产品/

MOD04

AerosolProduct气溶胶MOD05

TotalPrecipitableWater(WaterVapor)可降水总量（水汽）MOD06

CloudProduct云MOD07

AtmosphericProfiles大气廓线MOD08

GriddedAtmosphericProduct栅格化大气产品MOD35

CloudMask云掩膜主要卫星遥感卫系统陆地产品/dataproducts.asp；/

MOD09

SurfaceReflectance地表反射MOD11

LandSurfaceTemperature&Emissivity陆地表层温度与发射MOD12

LandCover/LandCoverChange土地覆盖/土地覆盖变化MOD13

GriddedVegetationIndices栅格化植被指数MOD14

ThermailAnomalies,Fires&BiomassBurning热异常、火、生物燃烧MOD15

LeafAreaIndex&FPAR叶面积指数、光和活性分量MOD16

Evapotranspiration蒸腾与蒸散MOD17

NetPhotosynthesisandPrimaryProductivity净光和与初级生产力MOD43

SurfaceReflectanceBRDF地面二向性反射MOD44

VegetationCoverConversion植被覆盖转化增补-1

土壤、森林、草地百分比MODIS44种产品：按照4个专题（2/4：陆地）主要卫星遥感卫系统冰雪产品/daac/modis/index.html

MOD10

SnowCover雪盖MOD29

SeaIceCover海冰