遥感原理与应用-第2章

1第二章遥感平台及运行特点2内容提纲遥感平台的种类卫星轨道及运行特点陆地卫星及轨道特征32.1遥感平台的种类•遥感平台：遥感中搭载遥感器工具的统称•按平台距地面的高度大体上可分为三类:地面平台、航空平台、航天平台。45目前的各国对地观测卫星平台美国海洋测高卫星欧洲气象卫星印度相干雷达卫星中国风云气象卫星美国地球观测系统法国地球观测系统美国陆地卫星加拿大雷达卫星欧洲遥感卫星美国国家海洋和气象卫星美日热带降雨测量卫星日本静止气象卫星印度遥感卫星美国静止气象卫星62.2卫星轨道及运行特点轨道参数卫星坐标的测定和解算卫星姿态角其他一些常用参数72.2.1轨道参数•升交点赤经Ω•近地点角距ω•轨道倾角i•卫星过近地点时刻T•卫星轨道的长半轴a•卫星轨道的偏心率e以上六个参数可以根据地面观测来确定。e、a、H、i相对位置轨道形状82.2.2卫星坐标的测定和解算•星历表法解算卫星坐标–卫星在地心直角坐标系中的坐标–卫星在大地地心直角坐标系中的坐标–卫星的地理坐标•用GPS测定卫星坐标92.2.3卫星姿态角•针对遥感影像的几何变形进行几何校正•定义卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直轨道面的方向为y轴，垂直xy平面的为z轴，则卫星的姿态有三种情况：绕x轴旋转的姿态角，称之为滚动；绕y轴旋转的姿态角，称俯仰；绕z轴旋转的姿态角，称航偏。(Y)(X)(Z)10卫星姿态角的测定•姿态测量仪红外姿态测量仪星相机陀螺仪•GPS11姿态测量仪•利用地球与太空温差达287K这一特点，以一定的角频率，周期地对太空和地球作圆锥扫描，根据热辐射能的相位变化来测定姿态角。相位差就是姿态角。•一台这样的仪器只能测定一个姿态角12恒星摄影机•恒星摄影机至少摄取3-5颗五等以上的恒星(眼睛看到最暗弱的恒星做为六等星)，并精确记录卫星运行时刻，再根据恒星星历表、摄影机标称光轴指向数据等解算姿态角。13GPS测姿•同时接收四颗以上GPS卫星的信号，反算出每台接收机上的三维坐标，借助载体移动间接解算出摄影机的三个姿态角。•GPS不会随时间的长短而发生测量精度上的变化，无姿态飘移142.2.4其它一些常用参数•卫星速度•卫星运行周期•卫星高度•同一天相邻轨道间在赤道处的距离•每天卫星绕地圈数•重复周期152.3陆地卫星及轨道特征陆地卫星高分辨率卫星高光谱卫星雷达类卫星小卫星162.3.1陆地卫星系列•Landsat系列（美国）•SPOT系列（法国）•IRS系列（印度）•ALOS（日本）•CBERS系列（中国）•FORMOSAT系列（中国台湾）17Landsat系列•1972年7月23日美国发射了第一颗气象卫星TIROS-1，后来又发射了Nimbus（雨云号），在此基础上设计了第一颗地球资源技术卫星（ERTS-1），后改名为Landsat-1。•从1972年至今美国共发射了7颗Landsat系列卫星，已连续观测地球达30年。最后一颗卫星Landsat-7于1999年4月15日发射，预计寿命为5年，后续卫星Landsat-8不再单独发射。•遥感技术发展的里程碑18Landsat系列卫星发射时间表19Landsat1—3•轨道特点–近圆形轨道–近极地轨道–与太阳同步轨道–可重复轨道•传感器–反束光导管摄像机（RBV）–多光谱扫描仪（MSS4bands）–宽带视频记录机（WBVTR）–数据收集系统（DCS）–空间分辨率80米20地球静止轨道近极地轨道遥感卫星一般有两种绕地球飞行方式：静止轨道和近极地轨道。静止轨道可以定点观测，而极地轨道（圆形）则可定期观测。21地球静止轨道•又称“地球同步轨道”。地球同步轨道中倾角为0°时的一种特殊圆形轨道。人造卫星与地面相对静止，固定在赤道上空，距地面高度为35786千米（在距离地球约36000千米的空间中有一个引力平衡的地带），可覆盖约40%的地球面积。气象卫星、通信卫星和广播卫星常采用这种轨道。•由于地球摄动的存在，地球同步卫星会以赤道面为平衡位置做南北向的8字周期运动，星下点也呈8字，地球同步卫星加上轨道控制，保持星下点不变，就成了地球静止卫星。22近圆形轨道•使在不同地区获取的图像比例尺一致。•使得卫星的速度也近于匀速。•便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接的现象。23近极地轨道•轨道的倾角接近90°•有利于增大卫星对地面总的观测范围•利用地球自转并结合轨道运行周期和图像刈幅（长而宽的地带）宽度的设计，可以观测到南北纬81°之间的广大地区。•LandSat，SPOT，IKONOS，QUICKBIRD，风云系列，中巴资源24太阳同步轨道•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卫星轨道。•有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测。•有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空，并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度。25可重复轨道•卫星每绕地面一圈，卫星进动修正后，地球赤道由西往东旋转了约2866km，即第二条运行轨迹相对前一条运行轨迹在地面上西移2866km。•一天24小时绕地13.944圈，第14圈时已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道与前一天第一条轨道之间差0.056圈，在地面上赤道处为159km。偏移系数=-1重复周期=18天每天绕地圈数=13.94426Landsat4/5•1982年美国在Landsat1-3的基础上，改进设计了Landsat-4卫星，并发射成功。1984年又发射了Landsat-5卫星，与Landsat-4完全一样。•轨道特点–近圆形轨道–近极地轨道–与太阳同步轨道–可重复轨道–轨道高度下降•传感器–多光谱扫描仪（MSS4bands）–专题制图仪（TM7bands）–空间分辨力30米27Landsat-3与Landsat-4/5轨道参数表28Landsat7•1999年4月15日发射LandSat7•传感器–多光谱扫描仪（MSS4bands）–增强型专题制图仪（ETM+7bands）–空间分辨力30米–全色波段分辨率为15米•存储能力强380Gbit•数据传输速度块150Mbit/s29Landsat-4/5与Landsat-7卫星轨道参数表30August14,1999(left)andOctober17,1999(right)imagesoftheSaltLakeCityarea31SPOT卫星•“SPOT”——法文SystemeProbatoired’ObservationdelaTarre缩写，是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。•1986年2月法国发射第一颗陆地卫星（SPOT-1）•2002年5月4日法国发射陆地卫星（SPOT-5）32SPOT卫星轨道参数33SPOT卫星发射时间•HRV高分辨率成像仪•VI植被测量仪•Poam3极地臭氧和气溶胶测量仪34SPOT卫星传感器•SPOT-1，2，32台探测器:HRV（highresolutionvisible）•SPOT-4HRVIR(highresolutionvisibleandinfrared)植被检测仪器（VI,VegetationInstrument）•SPOT-5高分辨率几何成像仪（HRG,highresolutionGeometry）高分辨率立体成像仪（HRS,highresolutionstereoscopy）35HRV36SPOT卫星HRV和VI探测器技术指标37SPOT-5传感器•HRG–通过侧摆可在不同轨道上形成异轨立体–两条线阵CCD在同一焦平面上–多光谱（G、R、NIR）10m–短波红外（SWIR）20m–全色5m–超级模式（Supermode）2.5m•HRS–由前视后视相机组成，形成同轨立体–飞行方向10m线阵方向5m–全色•VI38SPOT-5A探测器地面分辨率39SPOT的倾斜观测功能•重复观测能力–单星：2－3天/次–多星：1天/次40立体成像装置HRS20°20°HRS41Spot5同轨立体像对Spot5HRS立体像对生成的10米高程精度DEM42超级模式（Supermode）•SPOT-5特有的影像重采样技术，利用两幅同时获取的5m全色图像重采样得到2.5m的全色图像，是法国空间局CNES专利。•重采样步骤：–内插。两幅5m分辨率的影像是隔行扫描，通过内插得到中间行的像素值–去卷积。利用HRG装置的反传递函数构造的滤波器进行滤波，消除影像模糊–消除去卷积过程引入的噪声。43超级模式（Supermode）44SPOT1-4影像产品•0级：没有作任何改正的影像•1A（一级辐射校正）：在0级基础上进行传感器非线性响应和CCD辐射响应均化系统噪声改正•1B（一级几何校正）：在1A基础上由星上测定的几何参数进行系统改正•2A（二级辐射校正）：在1B基础上进行调制传递函数改正和绝对校正•2B（二级几何校正）：在2A基础上用控制点作平面改正•3A（三级辐射校正）：在2B基础上进行辐射校正，但无大气改正。•3B（三级几何校正）：在3A基础上用控制点作平面改正，顾及了地面起伏产生的投影差中国遥感卫星地面站接收的数据法国Spotimage接收的数据45SPOT5影像产品•SPOTScene：经过基本处理的标准影像数据–1A：只经过辐射校正，未考虑地形起伏，定位精度50m–1B：经过辐射校正和简单几何纠正，考虑地形起伏，定位精度50m–2A：利用全球1km*1kmDEM纠正，与标准地图投影（UTMWGS84）匹配，纠正中未用到地面控制点，定位精度50m•SPOTView：经过高精度纠正，提供现势的地理信息，并可直接应用于GIS或其他制图软件–2B：精确的地理参考产品，按照指定方式进行了地图投影，利用地面控制点提高纠正精度，定位精度30m–3级：利用DEM纠正，具有地理参考的DOM，定位精度15m46SPOTScene10米多光谱5米全色2.5米全色47SPOT5DEM•在不使用地面控制点，仅利用星相机、GPS和MORIS系统提供的高精度轨道与姿态参数的情况下，平坦地区的DEM精度可达15米；•利用地面控制点可获得4.5米的高程精度。•目前为止，法国不对外出售高分辨率SPOT-5HRS立体影像，仅供军方与授权用户使用。死海地区48鸟巢SPOT2004鸟巢SPOT200849IRS卫星•印度遥感卫星（IRS）系列共有了4个系列:IRS-1、IRS-P、IRS-2和IRS-3•IRS-1是陆地观测卫星，共发射了5颗（IRS-1A-E）•IRS-2是海洋和气象卫星系列，•IRS-3是SAR卫星系列•IRS-P是专用卫星，共有6颗（IRSP2-P7）50IRS卫星发射时间表51IRS卫星传感器•LISS（LinearImagingSelf-Scanner）•PAN（PanchromaticCamera）•WIFS（WideFieldScanner）52IRS-P5•Cartosat-1号卫星，印度政府于2005年5月5日发射的遥感制图卫星。•它搭载有两个LISS-IV全色传感器，分辨率2.5米。53工作模式•单片模式：卫星平台可以被调整为让两个相机获取的数据沿相邻轨道分布，此种模式下，同时获取的数据幅宽可达到55公里。•立体模式：卫星搭载的两个全色传感器可以按照前后的模式推扫成像从而产生立体像对。54IRS－P5监测到的汶川县城红军桥附近崩塌/滑坡点情况55OverlayofIRS-P5DEMandP6ImageofFuzhou,China56日本ALOS卫星•日本地球观测卫星计划：–大气和海洋观测系列–陆地观测系列•2006年1月24日发射•分辨率可达2.5米57ALOS卫星传感器•全色立体测绘仪(PRISM,panchromaticremote-sensinginstrumentforstereomapping)–三个独立观测相机，分别用于星下点、前视和后视观测，沿轨道方向获取立体影像，星下点空间分辨率为2.5米。•高性能可见光与近红外辐射计-2(AVNIR-