卫星遥感概论

0引言：遥感的历史发展由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化等等许多方面具有显而易见的优势，它正处于飞速发展中。更理想的平台、更先进的传感器和影像处理技术正在不断地发展，以促进遥感在更广泛的领域里发挥更大的作用。遥感技术，目前已成为一个世界性的课题。这样的问题所以被提出来，首先与地球资源技术卫星的实验成功有关。遥感技术得以蓬勃发展，也与这一方法的有关。1什么是遥感“遥感”，顾名思义，就是遥远地感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式――电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木温度比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方公里的影像，因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。当影像经过处理，交到消防指挥官手里时，指挥官一看，图像上发亮的范围这么大，而消防队员只是集中在一个很小的地点上，说明火情逼人，必须马上调遣更多的消防员到不同的地点参加灭火战斗。1.1遥感的分类?（1）按遥感平台的高度分类大体上可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。航天遥感又称太空遥感(spaceremotesensing)泛指利用各种太空飞行器为平台的遥感技术系统，以地球人造卫星为主体，包括载人飞船、航天飞机和太空站，有时也把各种行星探测器包括在内。卫星遥感(satelliteremotesensing)为航天遥感的组成部分，以人造地球卫星作为遥感平台，主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。航空遥感泛指从飞机、飞艇、气球等空中平台对地观测的遥感技术系统。地面遥感主要指以高塔、车、船为平台的遥感技术系统，地物波谱仪或传感器安装在这些地面平台上,可进行各种地物波谱测量。（2）按所利用的电磁波的光谱段分类可分为：可见光/反射红外遥感、热红外遥感、微波遥感三种类型。可见光/反射红外遥感，主要指利用可见光(0.4-0.7微米）和近红外(0.7-2.5微米）波段的遥感技术统称，前者是人眼可见的波段,后者即是反射红外波段，人眼虽不能直接看见,但其信息能被特殊遥感器所接受。它们的共同的特点是，其辐射源是太阳，在这二个波段上只反映地物对太阳辐射的反射，根据地物反射率的差异，就可以获得有关目标物的信息，它们都可以用摄影方式和扫描方式成象。热红外遥感，指通过红外敏感元件，探测物体的热辐射能量，显示目标的辐射温度或热场图象的遥感技术的统称。遥感中指8-14微米波段范围。地物在常温(约300K)下热辐射的绝大部分能量位于此波段，在此波段地物的热辐射能量大于太阳的反射能量。热红外遥感具有昼夜工作的能力。微波遥感，指利用波长1-1000毫米电磁波遥感的统称。通过接收地面物体发射的微波辐射能量，或接收遥感仪器本身发出的电磁波束的回波信号，对物体进行探测、识别和分析。微波遥感的特点是对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以继日地全天侯工作。（3）按研究对象分类可分为资源遥感与环境遥感两大类。资源遥感：以地球资源作为调查研究的对象的遥感方法和实践，调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化，是遥感技术应用的主要领域之一。利用遥感信息勘测地球资源，成本低，速度快,有利于克服自然界恶劣环境的限制，减少勘测投资的盲目性。环境遥感：利用各种遥感技术，对自然与社会环境的动态变化进行监测或作出评价与预报的统称。由于人口的增长与资源的开发、利用，自然与社会环境随时都在发生变化,利用遥感多时相、周期短的特点，可以迅速为环境监测。评价和预报提供可靠依据。（4）按应用空间尺度分类可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。全球遥感：全面系统地研究全球性资源与环境问题的遥感的统称。区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息工程，它通常按行政区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥感工程。（5）通过接收的电磁辐射的性质分为主动式、被动式。主动式，通过主动发射电磁波形并接收被研究物体反射或者散射的电磁波进而推断。被动式，直接接收被观测物体自己发射或者反射电磁辐射，自然中，太阳是一个重要的辐射源（6）遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为：电磁波遥感技术，声纳遥感技术，物理场（如重力和磁力场）遥感技术。电磁波遥感技术是利用各种物体/物质反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的。其可分为可见光、红外、微波等遥感技术。按照感测目标的能源作用可分为：主动式遥感技术和被动式遥感技术。按照记录信息的表现形式可分为：图像方式和非图像方式。按照遥感器使用的平台可分为：航天遥感技术，航空遥感技术、地面遥感技术。按照遥感的应用领域可分为：地球资源遥感技术，环境遥感技术，气象遥感技术，海洋遥感技术等。1.2遥感技术包括的基本特征除了不同物体具有不同的电磁波特性这一基本特征外，还有遥感平台，在上面的例子中就是卫星了，它的作用就是稳定地运载传感器。除了卫星，常用的遥感平台还有飞机、气球等；当在地面试验时，还会用到地面象三角架这样简单的遥感平台。传感器就是安装在遥感平台上探测物体电磁波的仪器。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用，他们才能用这些处理过的影像开展自己的工作。遥感技术包括：传感器技术，信息传输技术，信息处理、提取和应用技术，目标信息特征的分析与测量技术等。遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器），地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正），地面实况调查系统（如收集环境和气象数据），信息分析应用系统。遥感常用的传感器有那些：航空摄影机（航摄仪）、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(MultiSpectralScanner，MSS)、专题制图仪（ThematicMapper,TM）、反束光导摄像管（RBV）、HRV（HighResolutionVisiblerangeinstruments）扫描仪、合成孔径侧视雷达（Side-LookingAirborneRadar，SLAR）。图象处理：遥感影像通常需要进一步处理方可使用，用于该目的的技术称之为图象处理。图象处理包括各种可以对像片或数字影像进行处理的操作，这些包括图象压缩、图象存储、图象增强、处理、量化、空间滤波以及图象模式识别等。还有其它更加丰富的内容。目前，主要的遥感应用软件是envi、ilwis、PCI、ERMapper和ERDAS。1.3遥感的优势2卫星与遥感技术1957年，第一颗人造卫星升空，标志着人类进入了太空时代。1968年，美国阿波罗—8宇宙飞行器发送回了第一个地球影像，从此，人类开始以全新的视角来重新认识自己赖以生存的地球。基于军事方面的考虑，各主要航天大国相继研制出各种以对地观测为目的的遥感卫星，并逐步向商用化转移。随着计算机技术、光电技术和航天技术的不断发展，卫星遥感技术正在进入一个能快速、及时提供多种对地观测海量数据的新阶段及应用研究的新领域。国外主要遥感卫星2.1美国资源卫星美国于1961年发射了第一颗试验型极轨气象卫星，到70年代，在气象卫星的基础上研制发射了第一代试验型地球资源卫星(陆地—1、2、3)。这三颗卫星上装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪MSS，分别有3个和4个谱段，分辨率为80m。各国从卫星上接收了约45万幅遥感图像。80年代，美国分别发射了第二代试验型地球资源卫星(陆地—4、)。卫星在技术上有了较大改进，平台采用新设计的多任务模块，增加了新型的专题绘图仪TM，可通过中继卫星传送数据。TM的波谱范围比MSS大，每个波段范围较窄，因而波谱分辨率比MSS图像高，其地面分辨率为30m(TM6的地面分辨率只有120m)。陆地—5卫星是1984年发射的，现仍在运行。90年代，美国又分别发射了第三代资源卫星(陆地—6，7)。陆地—6卫星是1993年发射的，因未能进入轨道而失败。由于克林顿政府的支持，1999年发射了陆地—7卫星，以保持地球图像、全球变化的长期连续监测。该卫星装备了一台增强型专题绘图仪ETM+，该设备增加了一个15m分辨率的全色波段，热红外信道的空间分辨率也提高了一倍，达到60m。美国资源卫星每景影像对应的实际地面面积均为185km×185km，16天即可覆盖全球一次。2.2法国遥感卫星继1986年以来，法国先后发射了斯波特—１、2、3、4对地观测卫星。斯波特—1、2、3采用832km高度的太阳同步轨道，轨道重复周期为26天。卫星上装有两台高分辨率可见光相机(HRV)，可获取10m分辨率的全遥感图像以及20m分辨率的三谱段遥感图像。这些相机有侧视观测能力，可横向摆动27°，卫星还能进行立体观测。斯波特—4卫星遥感器增加了新的中红外谱段，可用于估测植物水分，增强对植物的分类识别能力，并有助于冰雪探测。该卫星还装载了一个植被仪，可连续监测植被情况。斯波特—5是新一代遥感卫星，其分辨率更高，即将向全世界提供服务。2.3加拿大雷达卫星—1加拿大雷达卫星—1于1995年发射，它标志着卫星微波遥感技术的重大进展。雷达卫星—1除了有一个地面卫星数据接收站外，卫星上还载有磁带记录器，可覆盖全球。该星为地面分辨率、成像行宽和波束入射角提供了更宽的选择范围。除陆地及海洋应用外，其重要任务一是对南极大陆提供第一个完全的高分辨率卫星覆盖，二是对全球产生多次卫星覆盖。2.4“奋进”号航天飞机美国国家航空航天局(NASA)的“奋进”号航天飞机于今年2月发射成功。该飞机上装有一个X波段合成孔径雷达和一个C波段梭动成像雷达。其中一个雷达上装有一根碳纤维复合材料制成的60m长的波段天线，天线伸向机身外，与另一雷达构成一个视角。两个雷达从不同位置聚焦到地面，即航天飞机雷达地形测绘可获取地球的立体影像。2.5依科诺斯依科诺斯卫星是美国Spaceimage公司于1999年9月发射的高分辨率商用卫星，卫星飞行高度680km，每天绕地球14圈，星上装有柯达公司制造的数字相机。相机的扫描宽度为11km，可采集1m分辨率的黑白影像和4m分辨率的多波段(红、绿、蓝、近红外)影像。由于其分辨率高、覆盖周期短，故在军事和民用方面均有重要用途。2.6中国遥感卫星中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星即资源一号卫星，于1999年10月14日发射成功。经过在轨测试后转入应用运行阶段。由北京、广州和乌鲁木齐三个地面接收站接收该卫星获取的我国境内的遥感数据。所接收影像的地面分辨率分别有19.5m、78m、256m等三种。资源二号卫星现已在轨运行，这将会为我国遥感事业的发展以及在国民生活中的应用提供地面分辨率更高的卫星影像。中国将发射首枚海洋卫星2001年11月19日华声报讯：中国权威机构透露，明年上半年中国将发射首枚海洋卫星。列入国家“九五”计划的中国第一颗海洋卫星，已被国家海洋局命名为“HY-1”卫星。寿命两年，其卫星轨道为太阳同步近圆形轨道，高度79km，主要任务是用可见光和红外手段探测水色水温。已写入《中国的航天》政府白皮书的海洋卫星，将与气象卫星、资源卫星系列一起，构成长期稳定运行的卫星对地观测体系。这颗卫星通过观测海水光学特性、叶绿素浓度、海表温度、悬浮泥沙含量、黄色物质和海洋污染物，能够掌握海洋初级生产力分布、海洋渔业养殖业资源状况和环境质量，了解重点河口港湾的悬浮泥沙分布规律，从而为资源利用、环保和执法管理提