1、第四章第四章 航天遙感航天遙感（第（第1 1講）講）1957年前蘇聯第一顆人造地球衛星射入軌道，標志著人類年前蘇聯第一顆人造地球衛星射入軌道，標志著人類進入了衛星遙感時代。到目前為止，包括我國在內的人造進入了衛星遙感時代。到目前為止，包括我國在內的人造地球衛星已向宇宙空間發射了數千顆它們廣泛用于軍事、地球衛星已向宇宙空間發射了數千顆它們廣泛用于軍事、農林、地質、氣象等各個方面。農林、地質、氣象等各個方面。美國于美國于1972年年7月發射了第一顆地球資源技術衛星，簡稱月發射了第一顆地球資源技術衛星，簡稱ERTS,兩年后改名為陸地衛星（兩年后改名為陸地衛星（Landsat）。此后于）。此后于197

2、5、1978、1982、1984年相繼發射了陸地衛星年相繼發射了陸地衛星2、3、4、和、和5號。號。我國航天事業雖然發展較晚，但取得了很大成就我國航天事業雖然發展較晚，但取得了很大成就1970年年4月我國成功發射了第一顆人造地球衛星，月我國成功發射了第一顆人造地球衛星，1975年年11月發射月發射的人造地球衛星成功返回地面。的人造地球衛星成功返回地面。1985年、年、1986年相繼發射年相繼發射兩顆國土普查衛星，對我國航天事業的發展及其在國土資兩顆國土普查衛星，對我國航天事業的發展及其在國土資源中的應用起了促進作用。源中的應用起了促進作用。4.1 陸地衛星影像的基本特征陸地衛星影像的基本特征一

3、、衛星的軌道高度和衛星的類型一、衛星的軌道高度和衛星的類型1、低高度短壽命衛星：、低高度短壽命衛星：150-300km2、中高度長壽命衛星：、中高度長壽命衛星：350-1500km，一般，一般800km左右。衛星軌道左右。衛星軌道面與赤道面的夾角面與赤道面的夾角i大于大于90度，陸地衛星度，陸地衛星i=99度。度。太陽同步軌道：衛星軌道相對于地球的角進度與太陽相對于地球太陽同步軌道：衛星軌道相對于地球的角進度與太陽相對于地球的角進度相等，也就是衛星通過任意緯度的地方時基本不變。的角進度相等，也就是衛星通過任意緯度的地方時基本不變。3、高高度長壽命衛星：、高高度長壽命衛星：35800km以上（以

4、上（36000）。如通信衛星或）。如通信衛星或“靜止靜止”氣象衛星。壽命氣象衛星。壽命10年以上。要求對地球同步，年以上。要求對地球同步，i=0，運行，運行周期為周期為24小時，又稱為地球同步衛星或靜止衛星。小時，又稱為地球同步衛星或靜止衛星。衛星公轉角速度和地球自轉角速度相等。衛星公轉角速度和地球自轉角速度相等。遙感衛星的軌道參數遙感衛星的軌道參數 軌道參數：軌道參數：表示遙感衛星軌道特征的數值組稱為表示遙感衛星軌道特征的數值組稱為軌道參數。軌道參數。 軌道面軌道面：遙感衛星在太空中的運行，是一種受到遙感衛星在太空中的運行，是一種受到地球以及月球和太陽引力的規律性運動，它所在的包地球以及月球

5、和太陽引力的規律性運動，它所在的包含地球在內的平面叫軌道面。含地球在內的平面叫軌道面。軌道長半軸（軌道長半軸（a)：衛星軌道遠地點到橢圓軌道中心的距離；衛星軌道遠地點到橢圓軌道中心的距離；軌道偏心率（軌道偏心率（e）：橢圓軌道焦距與長半軸之比，又稱扁）：橢圓軌道焦距與長半軸之比，又稱扁率，率，e=c/a;軌道傾角（軌道傾角（i）：）：軌道面與赤道面的交角，即從升交點一軌道面與赤道面的交角，即從升交點一側的軌道量至赤道面；側的軌道量至赤道面；升交點赤經（升交點赤經（）：）：軌道上由南向北自春分點到升交點的軌道上由南向北自春分點到升交點的弧長；弧長；近地點角距（近地點角距（）：軌道面內近地點與升交

6、點之間的地軌道面內近地點與升交點之間的地心角；心角；過地點時刻（過地點時刻（t0）：以近地點為基準表示軌道面內衛星：以近地點為基準表示軌道面內衛星位置的量。位置的量。其他一些常用遙感衛星參數其他一些常用遙感衛星參數衛星高度衛星高度：衛星距離地面的高程。衛星距離地面的高程。運行周期：運行周期：指衛星繞地一圈所需的時間，即從升交指衛星繞地一圈所需的時間，即從升交點開始運行到下一次過升交點時的時間間隔，它與衛點開始運行到下一次過升交點時的時間間隔，它與衛星的平均高度呈正相關。星的平均高度呈正相關。重復周期：重復周期：指衛星從某地上空開始運行，經過若干指衛星從某地上空開始運行，經過若干時間的運行后，回

7、到該地上空時所需的天數。時間的運行后，回到該地上空時所需的天數。降交點時刻：降交點時刻：指衛星經過降交點時的地方太陽時的指衛星經過降交點時的地方太陽時的平均值。平均值。掃描帶寬度：掃描帶寬度：當衛星沿一條軌道運行時其傳感器所當衛星沿一條軌道運行時其傳感器所觀測的地面帶的橫向寬度。觀測的地面帶的橫向寬度。遙感衛星的軌道類型遙感衛星的軌道類型v地球同步軌道：地球同步軌道：衛星運行周期等于地球的自轉周期（如衛星運行周期等于地球的自轉周期（如果從地面上各地方看過去，衛星在赤道上的一點是靜止的，果從地面上各地方看過去，衛星在赤道上的一點是靜止的，所以又稱靜止軌道衛星），如氣象衛星、通訊衛星。所以又稱靜止

8、軌道衛星），如氣象衛星、通訊衛星。v太陽同步軌道：太陽同步軌道：衛星的軌道面以與地球的公轉方向相同衛星的軌道面以與地球的公轉方向相同方向而同時旋轉的近圓形軌道（如圖）方向而同時旋轉的近圓形軌道（如圖）二、陸地衛星的運行特征二、陸地衛星的運行特征軌道參數見下表軌道參數見下表軌道特征：軌道特征：Landsat系列衛星的傳感器和數據參數：系列衛星的傳感器和數據參數： RBV：反束光導攝像機；：反束光導攝像機；MSS：多光譜掃描儀；：多光譜掃描儀；TM：專題制圖儀；專題制圖儀；ETM+：增加型專題制圖儀；：增加型專題制圖儀； 美國陸地衛星七號美國陸地衛星七號 (LANDSAT-7)(LANDSAT-7

9、) 陸地衛星陸地衛星7號于號于1999年年4月月15日由美國航空航天局發射，日由美國航空航天局發射，攜帶了增強型主題成像傳感器（攜帶了增強型主題成像傳感器（ETM+） 衛星參數衛星參數：近極近環形太陽同步軌道近極近環形太陽同步軌道 軌道高度：軌道高度：705公里公里傾角傾角:98.22o 運行周期：運行周期：98.9分鐘分鐘24小時繞地球小時繞地球:15圈圈穿越赤道時間穿越赤道時間:上午上午10點點掃描帶寬度掃描帶寬度:185公里公里重復周期重復周期:16天天 衛星繞行衛星繞行:233圈圈 波段號波段號類型類型 波譜范圍波譜范圍 地面分辨率地面分辨率1Blue-Green 0.450-0.51

10、5 30m2Green 0.525-0.605 30m3Red 0.630-0.69 30m4Near IR 0.775-0.90 30m5SWIR 1.550-1.75 30m6LWIR 10.40-12.5 60m7SWIR 2.090-2.35 30m8Pan 0.520-0.90 15m四、四、 陸地衛星影像的覆蓋特征陸地衛星影像的覆蓋特征1、陸地衛星影像的重疊特征、陸地衛星影像的重疊特征航向重疊航向重疊 ：由數據處理中心用電子槍按重疊度：由數據處理中心用電子槍按重疊度10%而機械分開的。而機械分開的。18.5km.旁向重疊：衛星的運行軌道每過一天，在赤道附近的地面投影向西移動旁向重疊

11、：衛星的運行軌道每過一天，在赤道附近的地面投影向西移動1.43度度（經度），相當于地面距離（經度），相當于地面距離159km，而掃描寬度，而掃描寬度185km，因此旁向重疊為，因此旁向重疊為14%=26km.2、陸地衛星影像的時間特點、陸地衛星影像的時間特點為了保證最好的影像解譯效果，在為了保證最好的影像解譯效果，在25-30度的條件下成像，一般都選擇當地時間度的條件下成像，一般都選擇當地時間9:00-10:00之間成像，保證較好的陰影，便于地形觀察。之間成像，保證較好的陰影，便于地形觀察。3、陸地衛星影像的經緯度、陸地衛星影像的經緯度根據成像的衛星的軌道精確時間、衛星的姿態數據和前進的方向等

12、因素，由數據根據成像的衛星的軌道精確時間、衛星的姿態數據和前進的方向等因素，由數據處理中心利用計算機確定，直接記錄在處理中心利用計算機確定，直接記錄在70mm的圖像膠片或磁帶上。的圖像膠片或磁帶上。五、五、 陸地衛星影像的軌道和行列索引陸地衛星影像的軌道和行列索引陸地衛星在進行全球覆蓋過程中，自南向北飛行的軌跡稱之為軌道（陸地衛星在進行全球覆蓋過程中，自南向北飛行的軌跡稱之為軌道（Path）。它）。它的編號是自東向西增加，的編號是自東向西增加，185kmX185km,其像片中心點的東西連線稱之為行其像片中心點的東西連線稱之為行（row）,其編號也是自北向南增加。這種軌道號和行號的順序排列即為陸

13、地衛星其編號也是自北向南增加。這種軌道號和行號的順序排列即為陸地衛星的影像索引。的影像索引。六、陸地衛星影像的優缺點六、陸地衛星影像的優缺點（一）、優點（一）、優點1、像幅面積大，宏觀性強、像幅面積大，宏觀性強2、影像的多波段性、影像的多波段性3、影像的磁帶記錄，可以充分利用計算機進行影像數字處理、影像的磁帶記錄，可以充分利用計算機進行影像數字處理4、影像的多時段性、影像的多時段性5、近垂直投影、近垂直投影6、太陽高度角適中，便于資源和地形觀測、太陽高度角適中，便于資源和地形觀測7、取得資料容易，不受地區和國界限制、取得資料容易，不受地區和國界限制8、成本低廉、成本低廉（二）缺點：分辨率低（二

14、）缺點：分辨率低七、七、Landsat系列衛星的數據產品：系列衛星的數據產品：（一）膠片產品：（一）膠片產品：透明膠片透明膠片膠片尺寸：膠片尺寸：70mmx70mm;240mmx240mm(9.50英寸）英寸）（二）像片產品：（二）像片產品：MSS、TM、ETM+的像片資料。的像片資料。按波按波段不同可分為黑白片和幾個波段合成的彩色合成片（有真、段不同可分為黑白片和幾個波段合成的彩色合成片（有真、假彩色片之分）。假彩色片之分）。三原色原理，合成儀三原色原理，合成儀（三）數字盤：（三）數字盤：1.44M軟盤。軟盤。（四）數字磁帶：（四）數字磁帶：HDDT，CCT，8mm磁帶磁帶,CD-ROM等等

15、不同記錄介質。不同記錄介質。CD-ROM最常見。最常見。4、2 陸地衛星的工作系統（衛星遙感技術系統）：陸地衛星的工作系統（衛星遙感技術系統）：一、遙感測試系統一、遙感測試系統在陸地衛星發射之前和發射之后都要進行一系列的遙感測在陸地衛星發射之前和發射之后都要進行一系列的遙感測試工作，如在發射之前要了解各種地物光譜及變化規律，試工作，如在發射之前要了解各種地物光譜及變化規律，為傳感器選擇通道。發射后還要通過地面測試，航空遙感為傳感器選擇通道。發射后還要通過地面測試，航空遙感測試等以便和衛星遙感資料相對比，提供標志參數。美國測試等以便和衛星遙感資料相對比，提供標志參數。美國有綜合遙感試驗站有綜合遙

16、感試驗站300個，具有個，具有56cm小型平面反射鏡作用小型平面反射鏡作用幾何校正的大地網點幾何校正的大地網點6000個，光譜校正站個，光譜校正站36個，地面無人個，地面無人管理的數據收集臺管理的數據收集臺217個。個。二、星載系統二、星載系統星載系統是任何一個衛星系統的主要工作部件。星載系統是任何一個衛星系統的主要工作部件。1、自動調節控制分系統、自動調節控制分系統2、傳感器系統、傳感器系統3、寬頻磁帶、寬頻磁帶4、星載數據收集裝置：收集分散在各地的無人管理的遙、星載數據收集裝置：收集分散在各地的無人管理的遙測數據收集臺所獲的資料，以衛星作為中繼站及時地地面測數據收集臺所獲的資料，以衛星作為

17、中繼站及時地地面衛星接收站。衛星接收站。三、地面控制三、地面控制-處理系統處理系統1、衛星操作控制中心、衛星操作控制中心2、地面接收站、地面接收站3、數據處理中心、數據處理中心4、圖像分析中心、圖像分析中心5、綜合數據庫、綜合數據庫序號序號衛星種類衛星種類軌道數軌道數1Landsat56712Landsat76443SPOT5364SPOT24355SPOT42946RADARSAT1827ERS1448CBERS11354總總 計計376020022002年度衛星接收統計年度衛星接收統計我國遙感衛星地面站我國遙感衛星地面站中國遙感衛星地面站正在接收處理的衛星示意圖中國遙感衛星地面站正在接收處

18、理的衛星示意圖 衛星衛星國家國家衛星管理組衛星管理組年份年份LANDSAT5美國美國NASA/NOA/EOSAT1986年年JERS-1日本日本NASDA1993年年ERS-1歐空局歐空局ESA1994年年ERS-2歐空局歐空局ESA1996年年RADARSAT加拿大加拿大CSA/RSI1997年年SPOT-1/2/4法國法國CNES/SPOT IMAGE1997年年LANDSAT-7美國美國USGS2000年年SPOT-5法國法國SPOT IMAGE2001年年ENVISAT 歐空局歐空局ESA 2003年年中國遙感衛星地面站與國際衛星管理機構簽約情況中國遙感衛星地面站與國際衛星管理機構簽約

19、情況4、3 陸地衛星的傳感器及影像的光譜特性：陸地衛星的傳感器及影像的光譜特性： RBV：反束光導攝像機；：反束光導攝像機；MSS：多光譜掃描儀；：多光譜掃描儀；TM：專題制圖儀；專題制圖儀；ETM+：增加型專題制圖儀；：增加型專題制圖儀；4.4 SPOT4.4 SPOT衛星（法國）及其影像特征衛星（法國）及其影像特征 1986年年2月月22日日 第一顆；第一顆；1990年年1月月22日日 第二顆；第二顆；1993年年9月月26日日 第三顆；第三顆；1998年年3月月24，第四，第四顆；顆；2002年年4月，第五顆月，第五顆SPOT系列衛星的軌道特征：系列衛星的軌道特征：法國法國SPOT-4S

20、POT-4衛星軌道參數：衛星軌道參數：軌道高度：軌道高度：832公里公里軌道傾角：軌道傾角：98.721o 軌道周期：軌道周期：101.469分分/圈圈重復周期：重復周期：369圈圈/26天天降交點時間：上午降交點時間：上午10：30分分掃描帶寬度：掃描帶寬度： 60 公里公里兩側側視：兩側側視：+/-27o 掃描帶寬：掃描帶寬：950公里公里波譜范圍：波譜范圍： 多光譜多光譜XS XS1 (G)0.50 0.59um分辨率分辨率20米米 XS2（R） 0.61 0.68um XS3( SWIR) 0.79 0.89um 全色全色波段波段PA分辨率分辨率10米米 PA0.51 0.73umSP

21、OT系列衛星的數據產品：系列衛星的數據產品：圖像數據處理質量標準：圖像數據處理質量標準：1A，1B，2，3，4。1A處理精度最低，處理精度最低，4級處理精度最高。級處理精度最高。（一）圖像產品（一）圖像產品（二）（二）CCT磁帶磁帶4.5 4.5 氣象衛星系列氣象衛星系列一、概述一、概述 氣象衛星主要用于云移、云頂高度、云分布、海氣象衛星主要用于云移、云頂高度、云分布、海洋表面溫度、對流層上部水蒸氣分布以及輻射平衡等洋表面溫度、對流層上部水蒸氣分布以及輻射平衡等方面的測定和研究。方面的測定和研究。 1960年年4月月1日美國發第一顆試驗氣象衛星。目前已日美國發第一顆試驗氣象衛星。目前已發射發射

22、100多顆氣象衛星。多顆氣象衛星。二、軌道類型二、軌道類型 有低軌和高軌兩種。低軌較多，飛行高度有低軌和高軌兩種。低軌較多，飛行高度800-1500KM。高軌衛星飛行高度近。高軌衛星飛行高度近36000KM，軌道圓形，軌道圓形，周期為周期為24小時，其軌道面與赤道平面重合，與地球轉小時，其軌道面與赤道平面重合，與地球轉動同步。動同步。三、低軌氣象衛星三、低軌氣象衛星（一）美國的泰羅斯衛星系列（一）美國的泰羅斯衛星系列Television and Infrared Obseration Satellite,TIROS,第第一代實驗氣象衛星，一代實驗氣象衛星，1960年年4月月1日到日到1965年

23、年7月月2日，日，共共10顆。顆。 非太陽同步軌道，非太陽同步軌道，680-2967KM，軌道傾角為，軌道傾角為48度度-60度。度。 傳感器：傳感器：AVHRR（Advanced Very High Resolution Radiometer)（二）美國的雨云衛星系列（二）美國的雨云衛星系列NIMBUS，1964年年8月月28日至日至1978年年10月月24日，日，7顆。顆。 特征：特征：近圓形太陽同步軌道，軌道傾角為近圓形太陽同步軌道，軌道傾角為98.6度度-104.9度，近地點度，近地點487-1248km，遠地點在，遠地點在955-1354km。 NIMBUS能獲取地球局部的、大范圍地

24、區的可見光每能獲取地球局部的、大范圍地區的可見光每項外衛星圖。項外衛星圖。（四）美國的諾阿衛星系列（四）美國的諾阿衛星系列 1970年年1月月23日美國發射第一顆諾阿（日美國發射第一顆諾阿（NOAA）衛星，）衛星，到到1994年發射年發射16顆。顆。 特征：近圓形太陽同步軌道，軌道高度為特征：近圓形太陽同步軌道，軌道高度為833-870km，軌道傾角軌道傾角99.092度，運行周期為度，運行周期為102min。兩顆。兩顆NOAA組成組成的雙星系統，每天可對同一地區獲得的雙星系統，每天可對同一地區獲得4次觀測數據。次觀測數據。 主要用于：氣象領域、非氣象領域（海洋油污監測、主要用于：氣象領域、非

25、氣象領域（海洋油污監測、探測火山噴發、測定森林火和田野禾草燃燒位置、農業作探測火山噴發、測定森林火和田野禾草燃燒位置、農業作物長勢監測與作估產，探測湖面水位變化等。物長勢監測與作估產，探測湖面水位變化等。NOAA傳感器：（傳感器：（1）AVHRR（高分辨率掃描輻射（高分辨率掃描輻射計）；（計）；（2）TIROS（泰羅斯垂直分布探測儀）。（泰羅斯垂直分布探測儀）。（AVHRR的通道的通道1為黃為黃-紅譜段，通道紅譜段，通道2為深紅為深紅-近紅外短波譜近紅外短波譜段，通道段，通道3為中紅外譜段，通道為中紅外譜段，通道4和和5為遠紅外譜段。）為遠紅外譜段。）(五）風云一號衛星系列五）風云一號衛星系列

26、1988年年9月月7日，我國在太原發射中心發射成功。代號日，我國在太原發射中心發射成功。代號FY-1A。 該衛星為正六面體，總長度該衛星為正六面體，總長度8.6m。1990年年9月月24日，第二顆風云一號（日，第二顆風云一號（FY-1B)發射成功。發射成功。1999年年5月月10日，風云一號日，風云一號C星發射成功。主要用于天星發射成功。主要用于天氣預報、氣候研究及環境監測。氣預報、氣候研究及環境監測。風云風云-1C星（星（FY-1C），是我國第一顆三軸穩定太陽同），是我國第一顆三軸穩定太陽同步極地軌道業務氣象衛星。可以每天兩次獲取當地的觀步極地軌道業務氣象衛星。可以每天兩次獲取當地的觀測資料

27、。測資料。 軌道特征：軌道特征：FY-1A和和FY-1B均采用近圓形、近極地、均采用近圓形、近極地、太陽同步軌道，高度太陽同步軌道，高度900km；FY-1C為三軸穩定太陽同為三軸穩定太陽同步極地軌道，軌道高度步極地軌道，軌道高度870km。傳感器：傳感器：FY1（A、B）上將有）上將有2臺甚高分辨率掃描輻射計，臺甚高分辨率掃描輻射計，與與NOAA的的AVHRR很相似。很相似。四、高軌靜止氣象衛星四、高軌靜止氣象衛星（一）（一）CBERS-1 中巴資源衛星中巴資源衛星CBERS-1 中巴資源衛星由中國與巴西于中巴資源衛星由中國與巴西于1999年年10月月14日合日合作發射，是我國的第一顆數字傳

28、輸型資源衛星作發射，是我國的第一顆數字傳輸型資源衛星 太陽同步軌道太陽同步軌道 軌道高度軌道高度：778公里公里,傾角傾角:98.5o 重復周期重復周期：26天天 平均平均降交點降交點地方時為上午地方時為上午10：30 相鄰軌道間隔時間為相鄰軌道間隔時間為 4 天掃描天掃描帶寬度帶寬度:185公里星上搭載了公里星上搭載了CCD傳感器、傳感器、IRMSS紅外掃描儀、廣紅外掃描儀、廣角成像儀，由于提供了從角成像儀，由于提供了從20米米256米分辨率的米分辨率的11個波段個波段不同幅寬不同幅寬的遙感數據，成為資源衛星系列中有特色的一員。的遙感數據，成為資源衛星系列中有特色的一員。 紅外多光譜掃描儀：

29、紅外多光譜掃描儀：波段數：波段數： 4波譜范圍：波譜范圍：B6：0.50 1.10(um)B7：1.55 1.75(um)B8：2.08 2.35(um)B9：10.4 12.5(um)覆蓋寬度：覆蓋寬度：119.50公里公里空間分辨率：空間分辨率：B6 B8：77.8米米B9：156米米 CCD相機：相機：波段數：波段數： 5波譜范圍：波譜范圍： B1：0.45 0.52(um)B2：0.52 0.59(um)B3：0.63 0.69(um)B4：0.77 0.89(um)B5：0.51 0.73(um)覆蓋寬度：覆蓋寬度：113公里公里空間分辨率：空間分辨率：19.5米米(天底點天底點)側

30、視能力：側視能力：-32 士士32廣角成像儀：廣角成像儀：波段數：波段數： 2波譜范圍：波譜范圍：B10：0.63 0.69(um)B11：0.77 0.89(um)覆蓋寬度：覆蓋寬度：890公里公里空間分辨率：空間分辨率：256米米日本日本JERS-1衛星衛星 JERS-1日本宇宙開發事業團于日本宇宙開發事業團于1992年發射。用于國土調年發射。用于國土調查、農林漁業、環境保護、災害監測。星上傳感器查、農林漁業、環境保護、災害監測。星上傳感器SAR。衛星參數衛星參數：太陽同步軌道太陽同步軌道赤道上空高度：赤道上空高度：568.023公里公里半長軸：半長軸：6946.165公里公里軌道傾角：軌道傾角：97.662o 周期：周期：96.146分鐘分鐘軌道重復周期：軌道重復周期：44天天經過降交點的當地時間：經過降交點的當地時間：10：30-11：00空間分辨率：方位方向空間分辨率：方位方向18米米距離方向距離方向18米米幅寬：幅寬：75公里公里ERSERS衛星衛星 ERS-1 ERS-2 歐空局歐空局分別于分別于1991年和年和1995年發射。年發射。攜帶有多種