第06讲遥感成像原理与图像特征之一_遥感平台与遥感器.

遥感地质学RemoteSensingGeology遥感成像原理与图像特征（1）－遥感平台、成像原理河北工程大学资源学院遥感地质学章节内容第一章绪论第二章遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射）第三章遥感成像原理与图像特征第四章遥感图像处理第五章遥感图像地质解译标志第六章遥感图像地貌解译第七章遥感图像的岩性解译第八章遥感图像构造解译第九章遥感应用第三章遥感成像原理与图像特征本章主要内容遥感技术系统（遥感平台和传感器）遥感图像种类与基本属性光学摄影成像与图像特征扫描成像与图像特征微波遥感成像与图像特征一、遥感技术系统（遥感平台和传感器）（一）遥感平台和传感器（二）遥感数据传输与地面接收站（三）遥感数据处理（一）遥感平台和传感器遥感平台（platform）：装载传感器的运载工具。遥感平台类型：地面平台航空平台航天平台地面平台其主要目的和用途是：地面实况调查、近距离摄影测量、大气辐射校正和光谱特性的测试等。航空平台包括飞机、飞艇、航模、气球等。高度随成像比例尺要求不同而异，范围在近百米至30公里之间。飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。气球：低空气球,凡是发放到对流层中去的气球称为低空气球；高空气球,凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球,可上升到12-40公里的高空,填补了高空飞机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。航空遥感的特点：1、机动灵活；2、观测范围比地面宽；3、测量精度较高；4、资料回收较容易。航天平台以航天器作为搭载遥感器的平台。其中：航天飞机和天空实验室轨道高度在240-350千米，军事侦察卫星在150－300km，陆地卫星或地球观测卫星轨道高度在700-900千米，其获取的地面图像的地面分辨率为1-80米不等，地球静止卫星的轨道高度在36000千米左右，其获取的卫星影象的地面分辨率偏低。航天遥感的优点：1、高度高，观测范围大；2、能对常规方法无法观测或难以发现的现象进行观测。其缺点是：技术复杂，对遥感器要求高，测量精度不如地面和航空遥感。卫星平台•遥感中描述卫星运行特征的参数轨道高度轨道倾角轨道类型轨道周期•卫星按服务领域划分不同系列气象卫星系列陆地卫星系列海洋卫星系列人造地球卫星绕地球运行的轨道，是一条封闭的曲线。这条封闭曲线形成的平面叫人造地球卫星的轨道平面，它总是通过地心的。轨道高度：卫星离地球表面的距离。轨道倾角：卫星轨道平面与赤道平面间的夹角i。轨道类型：卫星轨道按离地面的高度可分为低轨道、中轨道和高轨道按形状分可分为圆轨道和椭圆轨道；按飞行方向可分为顺行轨道（与地球自转方向相同，i=0-90）、逆行轨道（与地球自转方向相反，i=90-180）、赤道轨道（轨道平面与赤道平面重合，i=0）和极轨道（轨道平面与赤道平面垂直，i=90）及倾斜轨道。还有以下几种特殊轨道：地球同步轨道－卫星在顺行轨道上绕地球运行时，其运行周期（绕地球一圈的时间）与地球的自转周期相同。地球静止卫星轨道：如果地球同步轨道卫星正好在地球赤道上空离地面35786千米的轨道上绕地球运行，由于它绕地球运行的角速度与地球自转的角速度相同，从地面上看去它好像是静止的。它是地球同步轨道的特例，只有一条。太阳同步轨道－卫星轨道平面绕地球自转轴的旋转方向和角速度与地球绕太阳公转的方向和平均角速度相同，卫星轨道面与太阳光之间的夹角始终保持一致。轨道周期：卫星绕地球一周需要的时间。覆盖周期：卫星覆盖全球一次需要的天数。对遥感动态监测很重要。如Landsat卫星为16天，SPOT卫星为26天，NOAA卫星12天。气象卫星系列•气象卫星发展最早，1960年美国实验性气象卫星TIROS－1，TelevisionandInfraredObservationSatellite，电视和红外（辐射）观测卫星。（1）三个发展阶段（2）气象卫星特点第一代气象卫星，主要代表有A.美国的TIROS卫星系列，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星。B.美国的雨云（Nimbus）卫星系列，64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。C.美国的ESSA（EnvironmentalScienceServiceAdmin-istrationSatellites）卫星系列，66-69年共发射了9颗。D.艾托斯ATS（ApplicationTechnologySatellite），应用技术实验卫星，是静止气象卫星。第二阶段：1970-1977E.美国的ITOS卫星系列：是TIROS的改进型。并且又发展了地球同步气象卫星SMS和静止同步环境应用卫星GOES等静止卫星系列。前苏联“流星（Meteop）”Ⅱ型极轨气象卫星。F.日本葵花（GMS）气象卫星：地球同步轨道卫星，可提供全景圆形图像、日本邻区局部放大图像、极地立体投影图像。各种图像均有可见光、红外及等温、分层等图像。G.欧洲空间局的Meteosat，静止气象卫星第三阶段：1978年以后，主要以NOAA系列为代表，70-94年共发射了16颗，每颗星的寿命为2年左右，近极地太阳同步圆形轨道，双星系统，轨道高度分别为870km和833km，轨道倾角98.9°和98.7°。数据空间分辨率分为1.1km和4km两种；温度分辨率为1度；一天可以重复4次获得图像，周期为101.4分钟。目前，日本GMS系列静止气象卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3卫星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片。我国气象卫星情况•先后成功地发射了7颗气象卫星（4颗风云－1和3颗风云－2）。风云－1是一种极地轨道气象卫星。风云－2是一种静止气象卫星。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3、1997年6月10日FY-2A星发射4、1999年5月10日FY-1C星发射业务星5、2000年6月25日FY-2B星发射6、2002年5月15日FY-1D7、2004年10月19日FY-2C第一颗业务静止气象卫星FY气象卫星的用途：（1）可连续对我国及周边地区天气进行实时监测，较大地提高了对影响我国的各种尺度的天气系统的监测能力，所获云图资料可填补我国西部和西亚、印度洋上的大范围气象资料的空白。（2）可连续监测天气变化。（3）其视野更广，可覆盖以我国为中心的约1亿km2的地球表面，即亚洲、大洋洲及非洲和欧洲的一部分。观测和提供这一区域内的云图、温度、水气、风场等气象动态，为进行中长期天气预报和灾害预报起重要作用。气象卫星遥感特点（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。低轨气象卫星----近极地太阳同步轨道轨道高度：800~1600公里，南北向绕地球运转，信息采集时间周期：每天固定时间经过同一地点二次，扫描宽度2800公里。高轨气象卫星（静止气象卫星）----地球同步轨道轨道高度36000公里，信息采集时间周期：约20-30分钟对某一固定地区获取一次资料，分辨率：1.25-5公里。主要应用领域：全球性大气环流；全球性天气过程。气象卫星遥感应用领域（1）天气分析与气象预报（2）气候研究与气候变迁的研究（3）资源环境领域：植被研究、海洋研究、森林火灾、水污染热带气旋热岛效应海水温度分布火山爆发森林火灾：FY-1C\D通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。陆地卫星系列（1）主要陆地卫星系列A、美国陆地卫星系列LandsatB、SPOT地球观测卫星C、中巴地球资源卫星（CBERS）D、QuickBirdE、其它陆地卫星（2）高空间分辨率陆地卫星1972年发射第一颗，共发射了7颗，属于中高度、长寿命的卫星，已连续33年为人类提供陆地卫星图像。陆地卫星的运行特点：（1）近极地、近圆形的轨道，轨道与太阳同步；（2）轨道高度为700～900km；（3）运行周期为99～103min/圈，每16-18天覆盖地球一次；（4）每幅图像的覆盖范围185×185km2，Landsat-7为185×187km2，分辨率由80m提高到30m。LandSat卫星传感器类型有：（1)MSS：多光谱扫描仪，5个波段。(2)TM：主题绘图仪，7个波段。TM数据是第二代多光谱段光学—机械扫描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。(3)ETM：增强主题绘图仪，8个波段。ETM数据是第三代推扫式扫描仪，是在TM基础上改进和发展的一种遥感器。图像产品主要有MSS、TM、ETM。1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。太阳同步圆形近极地轨道，高度830km左右，覆盖周期26天，重复观测能力3-5天，分辩率较高，可达10m。SPOT1，1986年2月发射，至今运行。SPOT2，1990年1月发射，至今运行。SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止运行。SPOT4，1998年3月发射，至今运行。SPOT5，2002年5月4日凌晨当地时间1时31分，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。CBERS计划是中国和巴西为研制遥感卫星合作进行的一项计划。于1997年10月发射CBERS-l；1999年10月发射CBERS-2。卫星设计寿命为2年，采用太阳同步近极轨道，轨道高度778km，轨道倾角是98.5°，每天绕地球飞行14圈，分辩率为19.5m。卫星穿越赤道时当地时间总是上午10:30，这样可以在不同的天数里为卫星提供相同的成像光照条件。卫星重访地球上相同地点的周期为26天。QuickBird：美国DigitalGlobe公司于2001年10月18日成功发射的高分辨率商业卫星。卫星轨道高度450km，倾角98°，卫星重访周期1～6天（与纬度有关）。Quickbird传感器为推扫式成像扫描仪。QuickBird图像，是目前世界上分辨率最高的遥感数据，为0.61m，幅宽16.5km。可应用于制图、城市详细规划、环境管理、农业评估。在遥感平台的发展过程中，许多航天器都具有进行地球资源监测的目的，属于陆地卫星系列。如美国1973年发射的天空实验室（Skyland）、1978年发射的热容量制图卫星（HCMM）、印度发射的地球资源卫星（Bnaskara）、欧空局的空间实验（Spacelab）等。高空间分辨率陆地卫星：美国空间成像公司(Space-Imaging)于1999年9月24日将IKONOS-2（IKONOS-1于1999年4月发射失败）高分辨率(全色1m，多光谱4m)卫星，由加州瓦登伯格空军基地发射升空。具有太阳同步轨道，倾角为98.1°。设计高度681km(赤道上)，轨道周期为98.3min，重复周期l～3天。携带一个全色1m分辨率传感器和一个四波段4m分辨率的多光谱传感器。全色光谱响应范围：0.45～0.90μm多光谱波段：多光谱波段I：0.45～0.53μm蓝波段；多光谱波段2：0.52～0.61μm绿红波段；多光谱波段3：0.64～0.72μm红波段；多光谱波段4：0.77～0.88μm近红外波段。海洋卫星系列（1）海洋卫星用途（2）海洋卫星遥感的特点（3）主要的海洋卫星简介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，海冰的类型、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。海洋具有其特殊性，如面积很大，反射较强，海水具有透明性的差异以及海面特殊状况等，海洋遥感的特点：①需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测。②以微波遥感为主；③电磁波与激光、声波的结合是扩大海洋遥感探测手段的