1、0 引言：遙感的歷史發展由于遙感在地表資源環境監測、 農作物估產、 災害監測、 全球變化等等許多 方面具有顯而易見的優勢， 它正處于飛速發展中。 更理想的平臺、 更先進的傳感 器和影像處理技術正在不斷地發展， 以促進遙感在更廣泛的領域里發揮更大的作 用。遙感技術， 目前已成為一個世界性的課題。 這樣的問題所以被提出來， 首先與地 球資源技術衛星的實驗成功有關。 遙感技術得以蓬勃發展， 也與這一方法的有關。1 什么是遙感“遙感”，顧名思義，就是遙遠地感知。傳說中的“千里眼”、“順風耳”就具 有這樣的能力。人類通過大量的實踐，發現地球上每一個物體都在不停地吸收、 發射和反射信息和能量， 其中有一種

2、人類已經認識到的形式電磁波， 并且發 現不同物體的電磁波特性是不同的。 遙感就是根據這個原理來探測地表物體對電 磁波的反射和其發射的電磁波， 從而提取這些物體的信息， 完成遠距離識別物體。例如，大興安嶺森林火災發生的時候， 由于著火的樹木溫度比沒有著火的樹 木溫度高，它們在電磁波的熱紅外波段會輻射出比沒有著火的樹木更多的能量， 這樣，當消防指揮官面對著熊熊烈火擔心不已的時候， 如果這時候正好有一個載 著熱紅外波段傳感器的衛星經過大興安嶺上空， 傳感器拍攝到大興安嶺周圍方圓 上萬平方公里的影像， 因為著火的森林在熱紅外波段比沒著火的森林輻射更多的 電磁能量， 在影像著火的森林就會顯示出比沒有著火

3、的森林更亮的淺色調。 當影 像經過處理，交到消防指揮官手里時，指揮官一看，圖像上發亮的范圍這么大， 而消防隊員只是集中在一個很小的地點上， 說明火情逼人， 必須馬上調遣更多的 消防員到不同的地點參加滅火戰斗。遙感的分類 ?(1)按遙感平臺的高度分類大體上可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感。航天遙感又稱太空遙感 (space remote sensing) 泛指利用各種太空飛行器為 平臺的遙感技術系統， 以地球人造衛星為主體， 包括載人飛船、 航天飛機和太空 站，有時也把各種行星探測器包括在內。衛星遙感 (satellite remote sensing) 為航天遙感的組成部分，以人造地球 衛星

4、作為遙感平臺，主要利用衛星對地球和低層大氣進行光學和電子觀測。航空遙感泛指從飛機、飛艇、氣球等空中平臺對地觀測的遙感技術系統。地面遙感主要指以高塔、 車、船為平臺的遙感技術系統， 地物波譜儀或傳感 器安裝在這些地面平臺上 , 可進行各種地物波譜測量。（2）按所利用的電磁波的光譜段分類可分為： 可見光/反射紅外遙感、 熱紅外遙 感、微波遙感三種類型。可見光/ 反射紅外遙感，主要指利用可見光 （0.4-0.7 微米）和近紅外 （0.7-2.5 微米）波段的遙感技術統稱，前者是人眼可見的波段 , 后者即是反射紅 外波段，人眼雖不能直接看見 , 但其信息能被特殊遙感器所接受。它們的共同的 特點是，其

5、輻射源是太陽，在這二個波段上只反映地物對太陽輻射的反射，根 據地物反射率的差異， 就可以獲得有關目標物的信息， 它們都可以用攝影方式和 掃描方式成象。熱紅外遙感， 指通過紅外敏感元件， 探測物體的熱輻射能量， 顯示目標的輻 射溫度或熱場圖象的遙感技術的統稱。遙感中指 8-14 微米波段范圍。 地物在常 溫（約 300K）下熱輻射的絕大部分能量位于此波段，在此波段地物的熱輻射能量 大于太陽的反射能量。 熱紅外遙感具有晝夜工作的能力。微波遙感，指利用波長 1-1000 毫米電磁波遙感的統稱。通過 接收地面物體 發射的微波輻射能量 ，或 接收遙感儀器本身發出的電磁波束的回波信號 ，對物 體進行探測、

6、識別和分析。微波遙感的特點是 對云層、地表植被、松散沙層和干 燥冰雪具有一定的穿透能力， 又能夜以繼日地全天侯工作。（ 3）按研究對象分類 可分為資源遙感與環境遙感兩大類。資源遙感：以地球資源作為調查研究的對象的遙感方法和實踐， 調查自然資 源狀況和監測再生資源的動態變化， 是遙感技術應用的主要領域之一。 利用遙感 信息勘測地球資源，成本低，速度快 , 有利于克服自然界惡劣環境的限制，減少 勘測投資的盲目性。環境遙感： 利用各種遙感技術， 對自然與社會環境的動態變化進行監測或作 出評價與預報的統稱。 由于人口的增長與資源的開發、 利用， 自然與社會環境隨 時都在發生變化 , 利用遙感多時相、周

7、期短的特點，可以迅速為環境監測。評價 和預報提供可靠依據。（4）按應用空間尺度分類 可分為全球遙感、區域遙感和城市遙感。全球遙感：全面系統地研究全球性資源與環境問題的遙感的統稱。區域遙感：以區域資源開發和環境保護為目的的遙感信息工程， 它通常按行 政區劃（國家、省區等）和自然區劃（如流域）或經濟區進行。城市遙感：以城市環境、生態做為主要調查研究對象的遙感工程。（5）通過接收的電磁輻射的性質分為主動式、被動式。主動式，通過主動發射電磁波形并接收被研究物體反射或者散射的電磁波進 而推斷。被動式，直接接收被觀測物體自己發射或者反射電磁輻射， 自然中， 太陽是 一個重要的輻射源（6）遙感技術依其遙感儀

8、器所選用的波譜性質可分為：電磁波遙感技術，聲納 遙感技術，物理場（如重力和磁力場）遙感技術。電磁波遙感技術是利用各種物體 / 物質反射或發射出不同特性的電磁波進行 遙感的。其可分為可見光、紅外、微波等遙感技術。按照感測目標的能源作用可 分為：主動式遙感技術和被動式遙感技術。 按照記錄信息的表現形式可分為： 圖 像方式和非圖像方式。 按照遙感器使用的平臺可分為： 航天遙感技術， 航空遙感 技術、地面遙感技術。按照遙感的應用領域可分為：地球資源遙感技術，環境遙 感技術，氣象遙感技術，海洋遙感技術等。遙感技術包括的基本特征除了不同物體具有不同的電磁波特性這一基本特征外， 還有遙感平臺， 在上 面的例

9、子中就是衛星了， 它的作用就是穩定地運載傳感器。 除了衛星， 常用的遙 感平臺還有飛機、 氣球等； 當在地面試驗時， 還會用到地面象三角架這樣簡單的 遙感平臺。傳感器就是安裝在遙感平臺上探測物體電磁波的儀器。 針對不同的應用和波 段范圍，人們已經研究出很多種傳感器， 探測和接收物體在可見光、 紅外線和微 波范圍內的電磁輻射。傳感器會把這些電磁輻射按照一定的規律轉換為原始圖 像。原始圖像被地面站接收后， 要經過一系列復雜的處理， 才能提供給不同的用 戶使用，他們才能用這些處理過的影像開展自己的工作。遙感技術包括：傳感器技術，信息傳輸技術，信息處理、提取和應用技術， 目標信息特征的分析與測量技術等

10、。遙感技術系統包括：空間信息采集系統（包括遙感平臺和傳感器），地面接 收和預處理系統（包括輻射校正和幾何校正），地面實況調查系統（如收集環境 和氣象數據），信息分析應用系統。遙感常用的傳感器有那些： 航空攝影機（航攝儀）、全景攝影機、多光譜攝 影機、多光譜掃描儀 （Multi Spectral Scanner ， MSS、） 專題制圖儀（ Thematic Mapper,TM）、反束光導攝像管（ RBV）、 HRV（High Resolution Visible range instruments ）掃描儀、合成孔徑側視雷達 （Side-Looking Airborne Radar，SLAR）

11、。圖象處理 ：遙感影像通常需要進一步處理方可使用， 用于該目的的技術稱之 為圖象處理。 圖象處理包括各種可以對像片或數字影像進行處理的操作， 這些包 括圖象壓縮、 圖象存儲、圖象增強、 處理、量化、空間濾波以及圖象模式識別等。 還有其它更加豐富的內容。目前，主要的遙感應用軟件是 envi 、ilwis 、PCI、ERMapper和 ERDA。S遙感的優勢2 衛星與遙感技術1957年，第一顆人造衛星升空，標志著人類進入了太空時代。 1968 年，美 國阿波羅 8 宇宙飛行器發送回了第一個地球影像，從此，人類開始以全新的視 角來重新認識自己賴以生存的地球。 基于軍事方面的考慮， 各主要航天大國相繼

12、 研制出各種以對地觀測為目的的遙感衛星， 并逐步向商用化轉移。 隨著計算機技 術、光電技術和航天技術的不斷發展， 衛星遙感技術正在進入一個能快速、 及時 提供多種對地觀測海量數據的新階段及應用研究的新領域。國外主要遙感衛星2.1 美國資源衛星美國于 1961年發射了第一顆試驗型極軌氣象衛星， 到 70年代，在氣象衛星 的基礎上研制發射了第一代試驗型地球資源衛星 （陸地 1、2、3） 。這三顆衛星 上裝有返束光導攝像機和多光譜掃描儀 MSS，分別有 3 個和 4 個譜段，分辨率為 80m。各國從衛星上接收了約 45 萬幅遙感圖像。80 年代，美國分別發射了第二代試驗型地球資源衛星 （陸地 4、）

13、 。衛星在技術 上有了較大改進，平臺采用新設計的多任務模塊，增加了新型的專題繪圖儀TM，可通過中繼衛星傳送數據。 TM的波譜范圍比 MSS大，每個波段范圍較窄，因而 波譜分辨率比 MSS圖像高，其地面分辨率為 30m（TM6的地面分辨率只有 120m）。 陸地 5 衛星是 1984年發射的，現仍在運行。90 年代，美國又分別發射了第三代資源衛星 （ 陸地 6，7） 。陸地 6 衛星是 1993 年發射的，因未能進入軌道而失敗。由于克林頓政府的支持，1999 年發射了陸地7 衛星，以保持地球圖像、全球變化的長期連續監測。該衛星裝備了一臺增 強型專題繪圖儀 ETM+，該設備增加了一個 15m分辨率

14、的全色波段，熱紅外信道 的空間分辨率也提高了一倍，達到 60m。美國資源衛星每景影像對應的實際地面 面積均為 185km185km，16 天即可覆蓋全球一次。2.2 法國遙感衛星繼 1986 年以來，法國先后發射了斯波特、 2、3、4 對地觀測衛星。斯 波特 1、2、3 采用 832km高度的太陽同步軌道，軌道重復周期為 26天。衛星 上裝有兩臺高分辨率可見光相機 （HRV），可獲取 10m分辨率的全遙感圖像以及 20m 分辨率的三譜段遙感圖像。這些相機有側視觀測能力，可橫向擺動27，衛星還能進行立體觀測。斯波特 4 衛星遙感器增加了新的中紅外譜段，可用于估測 植物水分， 增強對植物的分類識別

15、能力， 并有助于冰雪探測。 該衛星還裝載了一 個植被儀，可連續監測植被情況。 斯波特 5是新一代遙感衛星， 其分辨率更高， 即將向全世界提供服務。加拿大雷達衛星 1加拿大雷達衛星 1 于 1995 年發射，它標志著衛星微波遙感技術的重大進 展。雷達衛星 1 除了有一個地面衛星數據接收站外， 衛星上還載有磁帶記錄器， 可覆蓋全球。該星為地面分辨率、成像行寬和波束入射角提供了更寬的選擇范圍。 除陸地及海洋應用外， 其重要任務一是對南極大陸提供第一個完全的高分辨率衛 星覆蓋，二是對全球產生多次衛星覆蓋。“奮進”號航天飛機美國國家航空航天局 (NASA)的“奮進”號航天飛機于今年 2月發射成功。 該

16、飛機上裝有一個 X波段合成孔徑雷達和一個 C波段梭動成像雷達。 其中一個雷達 上裝有一根碳纖維復合材料制成的 60m長的波段天線，天線伸向機身外， 與另一 雷達構成一個視角。 兩個雷達從不同位置聚焦到地面， 即航天飛機雷達地形測繪 可獲取地球的立體影像。依科諾斯依科諾斯衛星是美國 Spaceimage公司于 1999年 9 月發射的高分辨率商用衛 星，衛星飛行高度 680km，每天繞地球 14 圈，星上裝有柯達公司制造的數字相 機。相機的掃描寬度為 11km，可采集 1m分辨率的黑白影像和 4m分辨率的多波 段( 紅、綠、藍、近紅外 ) 影像。由于其分辨率高、覆蓋周期短，故在軍事和民用 方面均

17、有重要用途。中國遙感衛星 中國和巴西聯合研制的中巴地球資源衛星即資源一號衛星，于 1999年 10月 14 日發射成功。 經過在軌測試后轉入應用運行階段。 由北京、廣州和烏魯木齊三個 地面接收站接收該衛星獲取的我國境內的遙感數據。 所接收影像的地面分辨率分 別有 19.5m、78m、256m等三種。資源二號衛星現已在軌運行，這將會為我國遙 感事業的發展以及在國民生活中的應用提供地面分辨率更高的衛星影像。中國將發射首枚海洋衛星2001年 11月 19日華聲報訊：中國權威機構透露，明年上半年中國將發射首枚海洋衛星。列入國家 “九五”計劃的中國第一顆海洋衛星，已被國家海洋局命名為 “HY-1” 衛星

18、。壽命兩年，其衛星軌道為太陽同步近圓形軌道，高度79km，主要任務是用可見光和紅外手段探測水色水溫。 已寫入 中國的航天 政府白皮書的海洋衛 星，將與氣象衛星、資源衛星系列一起， 構成長期穩定運行的衛星對地觀測體系。這顆衛星通過觀測海水光學特性、葉綠素濃度、海表溫度、懸浮泥沙含量、 黃色物質和海洋污染物， 能夠掌握海洋初級生產力分布、 海洋漁業養殖業資源狀況和環境質量， 了解重點河口港灣的懸浮泥沙分布規律， 從而為資源利用、 環保 和執法管理提供科學依據。國家海洋局局長王曙光說，為維護中國海洋權益，海洋衛星將與海監飛機、 船舶、浮標和岸站， 共同對中國海域進行立體與動態監測。 中國將要建立的海

19、洋 衛星體系， 包括海洋水色衛星系列 (HY-1) 、海洋動力環境衛星系列 (HY-2) 和海洋 環境綜合衛星系列 (HY-3) 。國家海洋衛星應用中心負責人表示，爭取在 2015 年，最大限度縮小中國的海洋 衛星研制發射和測控技術及地面應用與先進國家的差距， 在某些方面趕超世界先 進水平。據悉，作為國防科研軍民用衛星研制計劃， 中國第一顆海洋衛星將利用風云一 號衛星 02 批第二顆衛星發射機會，搭載發射。其地面應用系統總投資達 8700 萬元。在衛星上攜帶各種氣象觀測儀器， 測量諸如溫度、 濕度、云和輻射等氣象要素以 及 各種天氣現象， 這種專門用于氣象目的的衛星稱作氣象衛星。 按衛星軌道分

20、， 氣象衛星 可以分為兩類：極地太陽同步軌道衛星。 其衛星的軌道平面與太陽始終保持相對固定的取向， 衛星幾乎以同一地方時 經過世 界各地。地球同步氣象衛星，又稱靜止氣象衛星。 衛星相對某一區域是不動的。 因而由靜止氣象衛星可連續監視某一固定區域 的天氣 變化。根據氣象衛星的目的還分為：試驗衛星， 主要對各種氣象衛星遙感儀器、 新的技術進行試驗， 待試驗成 功后轉 到業務氣象衛星上使用；業務衛星， 這種衛星帶有各種成熟的設備和技術， 獲取各種氣象資料， 為 天氣預 報和大氣科學研究服務。氣象衛星的出現促進了新的學科 衛星氣象學的形成。 衛星氣象學研究的 內容主 要有：尋找從衛星上探測和獲取大氣中

21、主要氣象要素如云、風、溫度、濕度、輻 射、臭氧 等和大氣現象的理論和方法；被測物體(如地表、云和大氣主要吸收氣體)的輻射特性及電磁輻射在大 氣中的傳 輸規律；衛星資料接收、處理、存貯和各種氣象要素處理方法的研究；選擇測量各種氣象要素和物體特性的最佳光譜段， 滿足氣象觀測要求的遙 感儀的最 佳設計；氣象衛星資料在業務天氣預報、 數值預報模式和大氣科學研究中應用方法 的研究；氣象衛星資料精度的研究。傾角 赤道平面與衛星軌道平面間的夾角， 具體計算是在衛星軌道升段時由赤道 平 面反時針旋轉到軌道平面的夾角。高度衛星離地球表面的距離。星下點 衛星與地球中心連線在地球表面的交點。升交點衛星由南往北飛行在

22、赤道上的交點。周期衛星繞地球一周需要的時間。截距衛星繞地球一周，地球轉過的度數。偏心率焦距與軌道半長軸之比。近地點角 在軌道平面內升交點和近地點與地心連線間的夾角。 平均近點角 若衛星通過近地點的時刻為 tp，衛星的平均角速度為 n，則任 一時刻的 平均近點角 M=n （t-tp）。軌道數 衛星從升交點開始到下一個升交點為止環繞地球的圈數。衛星軌道參數 4近極地太陽同步衛星軌道所謂太陽同步軌道是指衛星的軌道平面和太陽始終保持相對固定的取向。 由 于這種 軌道的傾角接近 90，衛星要在極地附近通過，所以又稱它為近極地太 陽同步衛星軌道。 為保持軌道平面始終與太陽保持固定的取向，在衛星隨地球 繞太

23、陽公轉時，軌道平面每 天要自西向東作大約 1的轉動。但是若地球是個均 勻球體，當地球繞太陽公轉時，軌 道平面隨地球作平動，則軌道平面不能保持 與太陽有固定的取向。事實上由于地球是個 扁橢球體，這種扁橢球體上的各點 對衛星的引力不等，使衛星的軌道平面繞地軸朝著與 衛星運動相反方向旋轉， 即軌道平面的進動。 若選定合適的傾角（大于 90）使衛星軌 道平面的進動為 1， 正好使軌道平面與太陽始終保持固定的取向。這樣就實現了太陽同 步軌道。在 這種軌道上的衛星以固定的地方時觀測地球大氣，有較固定的光照條件。對 獲 取可用的資料、資料的接收、軌道的計算等都十分方便。太陽同步軌道示意圖5地球同步衛星軌道若

24、衛星軌道傾角為 0，赤道平面與軌道平面重合，則衛星在赤道上空，并 且衛星 的軌道周期等于地球的自轉周期，其旋轉方向相同，這樣的軌道稱做地 球同步衛星軌道。 從地面上看， 這種軌道上的衛星相對地球赤道上某一點不動， 故又稱靜止衛星軌道。實 現地球同步軌道，必須滿足以下條件：衛星運行方向與地球自轉方向相同；軌道傾角為 0；軌道偏心率為 0，即軌道是圓形的；軌道周期等于 23小時 56分 04秒，即等于地球自轉周期。 靜止衛星的高度 為 35860 公 里。事實上，靜止衛星軌道不完全是圓形， 帶有一點橢圓形， 在一天當中軌道半 徑時大 時小，軌道半徑偏大時，衛星速度減小，其相對地球就要向西漂移，否

25、則要向東漂移。 另外衛星的軌道傾角也不正好為 0，這時衛星作南北漂移。 若衛星軌道有點橢圓形， 又有一點傾角，則衛星星下點軌跡是上面兩種結果的 合成，使得每天星下點軌跡為“ 8” 字形。五顆靜止氣象衛星6泰羅斯 N/諾阿（ TIROS N/NOAA）業務衛星（ 19781985 年）1978年 10月 31 日，泰羅斯 N衛星發射成功，標志了第三代業務衛星的 開始。這一 系列衛星為氣象業務和世界天氣監視網實驗計劃提供所需的全球氣 象和環境資料。 所攜 帶的改進的甚高分辨率掃描輻射儀 （AVHR）R 能提供高分辨 率（星下點 1 1 公里）的可 見光和紅外云圖，以及海表溫度、熱量收支和各 分量、

26、冰雪覆蓋等。 TIROS業務垂直探 測器（ TOVS）為大氣垂直結構提供更精 細的估計值。資料收集系統（ DCS）從固定 觀測平臺、移動觀測平臺，如浮標、 氣球以及其它遠距離觀測平臺收集環境資料，并將 這些資料傳遞到中心站進行 處理并中繼給用戶。太陽環境監視器（ SEM）測量太陽質子、 電子和 粒子的 密度。這一代衛星重約 1421千克，其本體是一五面體箱形結構，長 371 米，直 徑 1 88 米。 衛星采用近極地太陽同步圓形軌道，衛星標稱高度為 833 公里或 870 公里。用兩顆衛星同 時運行觀測，其軌道平面有 90夾角，一顆在上午（降 交點時間為地方時 08 時），另一 顆在下午（升交

27、點時間為 15時）。 第三代業務衛星的后 6 顆（NOAA EJ）作了改進以加強儀器功能。 衛星加長了 05m，太陽帆板也加大了，以提供更多的能量。自 NOAA8（NOAA Z）開始， 增加了 搜索救援系統（SAR），NOAA9、10 增加了地球輻射收支實驗儀器 （ ERBE）， NOAA 9 還增加了太陽紫外后向散射（ SBUV）輻射計。8雨云（ NIMBUS）試驗系列衛星（ 1964 1979 年）這系列衛星是美國國家宇航局 （NASA）發展的一種復雜衛星， 目的是要研制 能滿 足國家大氣和地球科學研究和發展需要的觀測系統。 這系列衛星共有 7 顆， 采用準極地 太陽同步軌道。星體呈蝴蝶形

28、，高 3 米，直徑 15米，三軸定向穩 定。它的任務有：研制先進的被動輻射儀和分光計，用于監測大氣和海洋； 研制并評估新的主動和被動傳感器，用于大氣探測和地表特征監視； 發展先進的空間技術和地面資料處理技術，用于氣象和其他科學研究； 參加世界天氣監視網全球觀測計劃。該系列衛星先后對 30 多種遙感儀器進行了實驗研究， 其中高級光導攝象機、 高分辨 率輻射儀、垂直溫度探測儀、微波探測器以及數據收集、數據中轉設備 等都先后轉到業 務衛星上正式使用。 此外它還對業務氣象衛星資料起補充作用。 9應用技術衛星（ ATS）這是一組實驗性系列衛星，其星體呈圓柱形，長 137 米，直徑 146 米， 重 35

29、2 千 克。共有 6 顆，其中 ATS 1 、 3 是專門用于氣象觀測試驗，分別定點 于 150W（太平洋 ）、 60W（大西洋）赤道上空。采用自旋掃描云圖照相機 （SSCC）和彩色自旋掃描 云圖相機，以間隔為 30 分鐘和 26 分鐘提供一張地球 圓盤云圖，衛星星下點分辨率 3 2 公 里，這兩顆衛星分別工作了 5年和 8年。 這種衛星只提供白天云圖，衛星還進行天氣圖傳 真試驗，為建立靜止業務氣象 衛星系統提供了依據。1974年 5月發射的 ATS6 是一顆三軸定向穩定的衛星， 主要用于靜止軌道 通訊試驗。 它裝有一個氣象傳感器， 即地球同步甚高分辨率反描輻射儀 （GVHR）R， 這是一個兩

30、通 道掃描輻射儀，可見光通道 055075 m，空間分辨率 55 公里（星下點附近）； 紅外通道 105125m，空間分辨率為 11 公里，一 張圓面圖在 25 分鐘內掃描完。10同步氣象衛星 / 地球靜止業務環境衛星（ SMS/GOE）S這是美國第一代業務靜止氣象衛星，它由兩顆同步氣象衛星（ SMS）和三顆 地球靜 止 1、2、3 分別于 1975年 10 月、 1977年 6 月和 1978年 6 月發射。為 了支持業務運行， 通 常有兩個衛星分別定點于 75W和 135W赤道上空。 以間 隔半小時對地球進行連續觀 測云圖。衛星的主要觀測儀器是可見光紅外自旋掃 描輻射儀（VISSR），另外

31、還裝載了 資料搜集系統（DCS）和空間環境監測器 （SEM）。 每隔 2 年就有一顆新的 GOES衛星 接替行將失效的衛星。衛星設計壽命為 23 年，實際壽命在五年以上，因此新衛星替代 時，原有的衛星就調至備用位置， 若現役衛星發生故障，它又調到指定位置。這一系列 衛星的本體呈圓柱形，重 約 305 千克，直徑 19米，高 2 31 米。衛星的主要任務有：由 VISSR攝取可見光和紅外云圖；傳真衛星云圖和天氣資料；收集飛機、氣球、浮標、船舶和無人氣象站天氣資料； 空間環境監測，測量高能粒子、磁場和太陽 x 射線。GOES DH（1980 1987 年）是美國第二代靜止業務衛星，主要改進是采 用

32、可見 光紅外自旋掃描大氣輻射探測儀（ VAS）。它除繼續提供云圖外，還提供 地表至 30 千米 左右大氣溫度和水汽分布等。GOES I M（1989），計劃 90 年代業務使用。這系列衛星將采用兩個獨 立的儀 器，一個是輻射成象， 另一個是輻射探測。 成象儀是一個 5 通道掃描儀， 其中一個可見光 分辨率為 4 公里，另一個為 8公里。掃描可以控制，以使觀測 范圍可變，從 30分鐘的地球全 圓面圖到每 20秒的 1000500 公里的區域圖。 大氣探測器為一個 19 通道（1個可見光， 18 個 紅外）的掃描輻射儀，裝有濾光 盤以選擇通道。掃描只在 60N60S 之間可達 1040 公里的視場

33、面積。掃 描范圍和頻次完全可編程控制。 掃描鏡每 10 公里步進一次，步進和 駐留時間為 01s。該系列衛星仍保持 SEM和 DCS服務，搜索和救援能力。 11靜止氣象衛星（ GMS）（ 1977年 7月）靜止氣象衛星（ GMS）計劃是由日本氣象廳（ JMA）創始的；衛星由日本電氣公司 （NEC）與美國休斯飛機公司制造，于 1977年 7月 14日，由美國發射了第一顆 GMS1，命名為“向日葵”號， 預定工作壽命為 3年，定點于 140E赤道上空， 星體呈圓柱形，直 徑 216 米，高 27米，重 315千克。GMS1、2、3、4 帶 有可見光紅外自旋掃描輻射儀 （ VISSR）和空間環境探測

34、器。衛星每分鐘自旋 100 周，每隔 30 分鐘獲取一幅全球圓面圖 的 2020的掃描， GMS衛星的主要 任務是：獲取晝夜云圖； 由資料收集平臺（ DCP）收集如船舶、氣球、浮標站及自動無人氣象站觀測資 料；對云圖進行二次處理，獲取風、云頂溫度（高度）等氣象參數。傳送已處理好的傳真圖象。空間環境監測。12風云 1 號氣象衛星（ FY1）這是中國第一代準極地太陽同步軌道氣象衛星。衛星發射二顆，分別為 FY1A和FY 1B，于1988年9月7日和 1990年9月3日用長征四號火箭發射， 衛星本體是 1414 1 2米的六面體，星體外側對稱安裝六塊太陽帆板， 衛星總長度為 86米，星重 750 千

35、 克，三軸定向穩定，衛星高 900公里，傾角 99，周期 102 86 分鐘，每天衛星繞地 球為 14 圈。衛星攜帶多光譜可見光 紅外掃描輻射儀，它有五個通道，用于獲取晝夜可見 光、紅外云圖，冰雪覆蓋、 植被、海洋水色、海面溫度等。衛星資料發送方式有： 甚高 分辨率傳輸 （HRPT）， 低分辨率圖象傳送（ APT）和延遲圖象傳輸（ DPT）。首顆 FY1A 衛星入軌后獲 取了大量高質量云圖資料。由于姿態失控，衛星工作了39天；FY 1B 衛星的姿態控制系統比 FY1A有明顯改善，但系統的可靠性有待進一步改進。 13風云 2 號（ FY2）氣象衛星這是中國的靜止氣象衛星，衛星直徑 21米，高 1

36、6米的圓柱體，自旋 穩定，速率 1001轉/ 分，定點于 105E赤道上空。衛星帶有多通道掃描輻射 儀，一個可見光，二個 紅外，其中一個是水汽通道。其主要任務是：由多通道掃描輻射儀獲取白天可見光云圖和晝夜的紅外云圖和水汽圖。 經處 理后獲取洋面溫度、云分析圖、云參數和風矢量等。收集來自氣象、海洋和 水文數據收集平臺獲取的觀測數據；播送展寬數字云圖（ SVISSR）、模擬云 圖（ WEFA）X和局部模擬圖（ SFAX）；由衛星接收空間環境監測數據，并發 送給地面。衛星觀測時間分辨率為 30分鐘；空間分辨率：對可見光（055075m） 為 1 25公里（星下點附近）、紅外（ 105125m）為 5

37、公里、水汽圖為 5公里。量化等 級：可見光為 6bit 、紅外為 8bit 。14地球輻射收支衛星（ ERBS）1984年 8月從空間飛船上成功地發射了地球輻射收支試驗衛星，以后在兩顆業 務氣象衛星 NOAA 9、10上也裝有 ERBE。在 ERBE衛星上還攜帶平流層氣溶膠 和氣體實驗（SAGE/2）儀器，ERBE衛星的軌道高度為 600公里，傾角 57的軌 道，隨軌道的進動提 供一天中不同時間的資料。ERBS衛星的目標是：確定至少一年之內，區域、緯度帶以及全球的月平均輻射收支， 確定從赤道 到極地的能量輸送；確定區域月輻射收支的平均日變化；啟動利用地球輻 射收支資料改進對區域和全球氣候過程了

38、解的研究； 提供平流層氣溶膠及其光 學特征的測量，用于評估氣候變化，并確定其可預報性；繪制南北緯70范圍內全球平流層的氣溶膠、二氧化氮和臭氧的垂直廓線圖，并建 立一個全球數 據集。該試驗儀器包括了一個掃描的儀器（ ERBES）和一個不掃描的儀 器 （ERBNS）。ERBE是一個三通道掃描輻射器：長波、短波和總量通道。短波通 道測量反射的太陽輻射量，長波通道測量發射輻射量，總量通道作為長波和短 波兩個通道的 檢驗。三個通道的掃描鏡安置在一個連續運動的掃描裝置上，每 4s掃描一次，每次掃描 得 74次輻射測量。星下點附近地面分辨率約 40公里。 ERBENS有 5個探測器，每個都利 用空腔輻射傳感

39、器。 4 個探測器直接對著地 球：2個寬視場探測器觀測地球全圓盤； 2個中視場探測器觀測 10區域。第 5 個探測器是一個太陽監視器，測量太陽輻射總輸出。一個 寬視場探測器和一個 中視場探測器對短波進行測量，另兩個測量輻射總量。 15高層大氣研究衛星 （UARS）這種衛星將收集全球資料，將用于增進對平流層、中層和熱層下部的化學、動 力學和能量學的了解，特別注意臭氧和其他大氣成分含量和分布的長期變化。 UARS有效載荷將由 10種儀器組成，其中 9 種實驗儀器互為補充保證圓滿完成 所有科學任務，第 10 個儀器將用于繼續 NASA的一個研究項目，測量長期太陽總輻射。 UARS將由航天飛機送到 6

40、 00 公里的圓軌道，傾角為 57。除了一個高 能粒子測量儀器外，所有的儀器都是被動遙 感探測器。 UARS將利用高分辨率分 光鏡技術首次完成高層大氣風的直接測量并收集資料 以便同高層大氣的三維模 式預測作比較。 UARS的 9 個儀器由三組組成： （a）3個能量輸 入試驗儀器；（b） 4種化學物質和溫度實驗儀器；（ c）2 臺測風儀器。16熱量圖象衛星（ HCM）MHCMM衛星也稱應用探測衛星（ AEMA），它提供了地球表面晝夜圖象。一個 兩 通道的圖象輻射計測量太陽反射輻射和地面發射的熱輻射。這種衛星高度為 568至 641公 里，傾角為 976，選擇地方時 1400 為過赤道時間 （升交

41、點） 以使輻射儀能在一天中 最熱和最冷的時間觀測地面；該任務的目標是提供用于 估計顯熱慣量信息，這種信息從 日溫度測量中導出，用于地球科學學科應用， 如氣象學、農藝學、海洋學和地質學。 17平流層氣溶膠和氣體實驗衛星 （SAGE）SAGE與 HCMM類似，其高度為 550640 公里，軌道傾角為 55，它在每 一條軌道上 測量日出和日落時波長為 038、045、06及 10m的太陽輻 射光透過地球大氣時的 衰減系數。這些測量獲得了第一套全球氣溶膠資料。 （六）氣象衛星儀器和觀測資料及處理1改進的甚高分辨率輻射計（ AVHR）R這是第三代業務氣象衛星上攜帶的儀器， 是甚高分辨率輻射計的改進型。

42、它 的主要 特點是觀測的通道有五個，分別為： Ch1058068 m，Ch20725 Ch3355393m，Ch4105113m，Ch5115125m。觀測通道增 加， 擴大了資料的信息和應用范圍，不僅應用于氣象領域，而且能用于農業、 水文、林業、 海洋、地質地理等領域。儀器采用數字傳輸體制，提高了發送速 率和抗干擾能力。加強 了星上資料處理功能。 衛星的空間分辨為 1 1 公里（星 下點），低分辨率云圖資料為該 儀器五個通道中的二個。2可見光、紅外自旋掃描輻射儀（ VISSR）這是裝載于靜止氣象衛星的儀器， 有二個觀測通道： 可見光 050075m、 紅 外 10 5 125 m；測量地面和

43、云面反射的太陽輻射和地面、云面發射的 紅外輻射， 主要用于測量地球系統云分布狀況及其他氣象參數和大氣物理現象。 儀器對地球觀測是 通過東西和南北兩個方向掃描實現的。自西向東掃描是靠衛 星本體自旋（ 100轉/ 分）完 成的，而南北方向的掃描則是靠掃描鏡的步進運動 （2500 步）完成的，衛星自旋一周， 掃描鏡步進一步。對地球圓面完成一次掃 描需 25 分鐘。由于可見光探測器并列放置 4 個， 故一張可見光云圖含 10000 條掃描線，而紅外云圖僅 2500 掃描線。3可見光紅外自旋掃描輻射大氣探測器（ VAS）這是美國靜止業務氣象衛星 GOES D 上的儀器，它與可見光紅外自旋掃描輻射 計一

44、樣，用一個反射望遠鏡掃描地球。輻射以垂直于光軸的方向進入望遠鏡，這是由一個角 度定位的步進機械裝置來實現掃描地球景物的。從西向東的掃描 線是由衛星自旋形成的， 從北向南掃描是通過掃描鏡步進實現的。可見光 （055075m）數據由一列 8 個光 電倍增管組成的陣子探測并轉換為電信 號，每個管子觀測掃描線寬度的 1/8 ，從而衛星的 每次自旋時掃過八條掃描線， 星下點分辨率為 09公里。 VAS有六個探測器進行紅外探 測。有兩個是多數成 像儀采用的小型碲鎘汞長波探測器（ HgCdTe），其分辨率為 69km； 還有四個 較大的紅外探測器， 兩個是 HgCdTe，而另外兩個是銻化銦 （InSb），其

45、分辨率 為 138km；它們均用于大氣探測。為實現多光譜掃描成像， VAS可按編程指令發 送每條 掃描線的可見光數據及成對發送紅外信號。有選擇地使用濾光片（指令 控制濾光片片輪） 和探測器，并對大、小探測器進行交替掃描，全幀掃描可以 在多達三個紅外通道上對地 球成像。此外 VAS具有的濾光輪片，覆蓋二氧化碳 吸收帶中的七個探測波段，三個水汽 吸收帶、兩個“窗區”波段，其中一個在 光譜上較接近長波吸收帶探測器，另一個較接 近短波探測器。高分辨率紅外探測器（ HIRS/2）這是載于 Nimbus6 上的儀器 HIRS/1 的改進型，它測量 19 個紅外波段和一個可 見光 波段的輻射，共 20 個光

46、譜間隔，其中： 15 通道的波長范圍在 1495 1397 m，用 于溫度廓線和云探測； 67 通道于 13641335m波長范 圍內，用于二氧化碳和水 汽測量；8 通道為大氣窗 111m，測地面溫度和云； 9通道為 971m，用于測量臭氧 含量；1012 通道范圍為 816672m， 用于濕度廓線和薄卷云； 1317 通道波長 范圍：457424m，用于溫度 廓線； 1820 通道的波長范圍： 400069 m， 用于云，在部分云覆蓋下 的地表溫度。該儀器是一種濾光片輻射計， 它由下面幾部分組成： 掃描系統；光學系 統 （包括濾光片輪）；輻射致冷；電路和資料處理系統。掃描系統是一步進掃 描鏡

47、，步進與衛星鐘同步，一旦它從衛星接收到一個主幀脈沖 則與其它 TOVS 儀器一起開始一條新的掃描線，每條掃描線分 64 步，每步 01秒，合計 64 秒，步進角為 18，其中 54 步是對地球采樣，提供 56 個點的輻射資料，為 保證觀 測精度，每 40 條掃描線進行一次自動校正， 在校正時就得不到觀測資料。 光學系統由卡 塞格倫望遠鏡、二色射線分裂器、反射鏡、光調制盤、光欄和濾 光片輪等部件組成。5微波探測器（ MSU）這是泰羅斯 N系統衛星上的業務垂直探測器（ TOVS）的一個組成部分，用來 測量 地面到 20公里高空的大氣溫度廓線， 是一個 4通道狄克型輻射計， 探測波 長為氧的 55

48、毫米吸收帶。儀器有兩個掃描反射天線系統和直接式收發轉換 器，四個 Dicke 超外差接收 機，一個數據編程器和電源。 天線以 11 步在天底兩 邊 474范圍內掃描。天線的波束 寬度為 75（半功率點），其星下點 地面分辨率為 109km。每個天線接收的微波能量 由一個直接式收發轉換器分離 為垂直和水平極化分量，由此產生四個信號再逐個送到輻 射計的一個通道，用 Dicke 開關對輸入噪聲溫度以 1kHz 的速率進行調制， 從而在環境溫 度參考負載 與輸入信號之間進行數值比較。 在每一掃描周期內通過對冷空間和艙內的觀 測， 實現了兩點定標。 MSU數據單元由一個多路調制器和一個模數轉換器（ A/

49、D）組 成， 該 A/D 具有 12bit 精度和 005%的相對精度。多路調制器接收模擬數據， 和四個通道的監 視器信號，并順序將它們送到 A/D轉換器。對多路調制器、 A/D 轉換器和掃描系統的排序 和同步信號由一個聯接衛星時鐘和同步信號的數字編 程器提供。6衛星探測的分辨率是指衛星儀器能區分兩個物體的最小距離。表示衛星探測分辨率通常有三個參 數： 空間分辨率：這是指衛星在某一瞬時觀測到地球的最小面積，這最小 面積又稱象元 （或象素）。從衛星到這最小面積間構成的空間立體角稱瞬時視 場。衛星的空間分辨率 與衛星的高度有關，衛星高度越高，分辨率越低，而且 與衛星視角有關，視角越傾斜， 觀測面積

50、越大，分辨率就差。灰度分辨率： 在衛星云圖上，如果兩個鄰接瞬時視場內目標物的反照率或溫度相等， 則其色 調一樣，無法區別它們。但是當這兩個瞬時視場目標物的反照率或溫度有差異， 并達到一定數值時， 這兩個視場就可以被分辨， 這個能分辨的最小溫度差或反照 率差異 稱做灰度分辨率。時間分辨率：指衛星對某一觀測區域進行一次觀測 的時間間隔。靜止氣象衛星對固 定區域每隔半小時進行一次觀測，具有很高的 時間分辨率。7可見光云圖可見光是波長從 0 350 80m很狹窄的波段。 衛星在可見光譜段測量來自 地 面云面反射的太陽輻射， 將衛星接收的這種輻射轉換為圖象稱為可見光云圖。 衛星在可 見光譜段選用的波長間

51、隔有： 052075 m和 058068 m。 衛星在可見光 波段接收輻射與物體的反照率和太陽的天頂角有關，若太陽天頂 角越小，物體的反照 率越大，則衛星接收到的輻射越大，反之則越小。在可見 光云圖上，輻射越大，色調越 白；輻射越小，色調越暗。通常云層越厚，反照 率越大，色調也越白，而水面，象湖泊、 海洋的反照率很小，表現為黑色，陸 地反照率比海洋略大，表現為灰色，而潮濕或森林 覆蓋的地區表現為灰暗的色 調。在電視顯示的衛星云圖上，地表和海洋常用綠色和藍色 表示。8紅外云圖 衛星在 10 512 5 微米測量地表和云面發射的紅外輻射，將這種輻射以圖 象表示 就是紅外云圖。在紅外云圖上物體的色調

52、決定其自身的溫度，物體溫度 越高，發射的輻 射越大，色調越暗，紅外云圖是一張溫度分布圖。由于大氣有 吸收及物體發射率不完全 為 1，衛星接收到的紅外輻射要比實際表面溫度發射 的黑體輻射要小，故嚴格地說，紅外 云圖是一張亮度溫度分布圖。地面的溫度 一般較高，呈現較暗的色調；由于大氣的溫度 隨高度是遞減的，故云頂高而厚 的云，其溫度低呈白的色調。低云的云頂溫度較高，與 地面相近，故在紅外云 圖上不容易識別。由于各類云的云頂溫度的差異較大，在紅外云 圖上可以識別 各種高度的云。此外，地表的溫度隨季節、緯度、海陸分布及其本身的熱 慣量 而不同， 所以在紅外云圖上的色調亦不同。 在電視顯示的紅外云圖上，

53、 地表以綠 色 表示，以與云相區分開。9水汽圖衛星選用 6 7m水汽吸收譜段接收大氣中水汽發射的輻射，并以圖象表示便 得到 水汽圖。在這一波段，水汽一面接收來自下面的輻射，又以自身較低的溫 度發射紅外輻 射。衛星接收到的輻射決定于水汽含量，大氣中水汽含量越多， 發射的輻射越小；水汽 含量越少，大氣低層的輻射越可以透過水汽到達衛星， 則衛星接收的輻射越大。在水汽 圖上，色調越白，輻射越小，水汽越多；否則 越少。對于 6 7m水汽帶， 衛星測得的 輻射來自對流層中上層， 故水汽圖反 映大氣上層水汽的空間分布。10增強紅外云圖這是對灰度或輻射值進行變換處理，將人眼不能發現的細節結構清楚地顯示出 來，

54、 如積雨云在云圖上表現為一片白色，通過增強處理后可將云頂結構顯示出 來，能準確地 確定積雨云的強度，強對流中心位置。紅外云圖的增強處理是將 圖象上的灰度值，按需 要進行合并或分解為若干灰度間隔（等級），每一間隔 賦予一個灰度值。11被動微波遙感微波輻射通常指 1 毫米到 30 厘米波長范圍的輻射。自然界里許多物體都能發射 和吸 收微波輻射。氣象衛星攜帶的微波探測器測量地表或大氣發射的微波輻射， 由此推測物 體的各種特性的技術稱被動微波遙感。在大氣中，水汽在波長 =13.5 毫米（ 22.235 千兆赫）、 1.6 毫米（ 183.34 千兆赫）；氧在波長 =5 毫米（5070 千兆赫）、 2.

55、3 毫米（118.7 千兆赫）處有強烈吸收和發射微波輻 射。微波輻射具有穿透云霧、降水的 能力，可以測定云下物體發射的輻射，具 有全天候、全天時的工作能力。由微波輻射計 接收大氣中水汽、氧等氣體發射 的微波輻射，并經反演處理能得到大氣中溫度、濕度、 降水等氣象要素。12衛星資料的預處理 衛星將來自不同探測器的觀測數據按不同的速率采樣，復合成單一的比特數據 流， 以規定的格式記錄或傳送到地面接收站。這種未經加工處理的數據稱原始數據，為了便 于進一步處理和使用，必須對原始數據進行預處理，轉換成更容 易處理和使用的格式。 預處理的步驟有：將衛星發送的數據接收輸入計算機；將不同類型的數據分離或單獨的數

56、據 集；進行數據定標或以相應物理量表示； 附加地球定位信息， 使每一測量值 能直接對應某一地理位置； 儀器性能和數據轉換的定期監視； 預處理后的數 據存儲在可供產品處理程序直接存取使用數據庫中，其格式和存檔 兼容。13衛星資料產品的處理 原始數據經預處理附加有地球定位和定標信息， 這種數據投入業務應用還需 要進一 步處理后生成各種產品。生成的產品主要有兩類：圖象和數字產品。圖 象產品主要是可 見光、紅外云圖和水汽圖，這些產品以硬拷貝傳真或動畫方式 送給用戶；圖象產品也可 以按數字方式存取做人機對話分析。數字產品包括垂 直溫度探測，云移動估算風、海面 溫度、輻射收支和臭氧總含量。14衛星資料的數

57、據存檔管理和用戶服務數據存檔和管理的任務為從資料獲取、保存和存取管理政策的確定到資料接收、 質 量控制、目錄建立、存檔資料的保存以及所提供的各種準實時服務和對存檔 資料和信息 用戶的追溯等。這些工作要能適應以下幾方面：用戶對服務的新需求， 這包括改進資料存取目錄、 增加數字資料量和改進數據 質量 控制；新的存儲器、 資料處理和通信技術； 新衛星系統和儀器的實施， 它將引入新的衛星數據和產品。任何數據存檔項目的目 的是保存資料，以最大 限度地擴大其應用范圍，最廣泛地提供給用戶團體。達到這一目 的需對衛星資 料收集、保存、管理和編目，同時也要為用戶提供可隨時提取處理后的產 品， 以及數據格式說明文

58、件、處理方法、儀器檔案和其它信息。12衛星監測海面溫度 氣象衛星在紅外大氣窗區測量洋面、 海面發射的輻射， 由這種輻射按普朗克公式 可 以監測洋面和海面溫度，由于大氣的吸收和視線的傾斜等原因，現有多種方 法監測海面 溫度：單通道海面溫度求取，建立了全球海面溫度計算業務，這 一技術在 1980年前的業 務中使用；多通道海面溫度計算，于 1981 年，多通 道海面溫度估算技術投入業務， 這一技術有 較大改進， 包括消除云和水汽訂正， 使計算結果精度有很大提高。圖 1 顯示了中國沿海 地區海溫分布，深藍色是溫 度較高的區域，淺藍色是溫度較低的區域。13海面懸浮物質的監測在海洋中，泥沙含量不同，其反射

59、率也不同，氣象衛星可見光通道058068 m對水體含沙量的變化很敏感，很適于遙感泥沙含量。圖中為渤海灣水 域含沙量分布圖， 淺色區為高濃度懸沙區，暗色區為低濃度含沙區；下圖為長 江口區水域含沙濃度分布圖， 淺藍色區是高濃度含沙區。14海冰的衛星監測 海冰改變海面的反照率， 是影響海氣交換的重要因子， 海冰對人類在海上活動有 嚴 重影響，固定冰蓋可阻礙海上航行。由于海冰與水面的反照率有明顯差異， 衛星可以監 測它。左右圖為不同時期渤海灣海冰，藍綠色是遼東灣和黃河入海 口區的海冰狀況。15草原和森林火災的監測 草原或森林發生火災的地區，溫度遠高于周圍地區。采用37m波段，對高溫區 特別敏感，利用

60、3 7m可以監測林區和草原發生的火災。圖的紅色部分表示 內蒙古地 區林區及草原火災圖象。16植被的監測 利用綠色植被在可見光和近紅外波段中反射率的差異， 葉綠素在近紅外波段的反 射 率顯著加大，并決定葉綠素含量，可監測植被生長狀況。通常用 NDVI= ( Ch2-CH1)/ (Ch2+Ch1) 來表示。圖顯示了我國植被分布狀況。21 世紀初中國應用衛星發展趨勢二、世界應用衛星發展的基本趨勢90 年代以來，通信廣播衛星、遙感類衛星和導航定位衛星技術均有重大進 展，應用的廣度和深度在迅速擴大。 在通信廣播類衛星率先實現商業化之后， 遙 感類衛星的商業化程度正在加快。特別是小衛星技術的發展，為“更快