遥感卫星 05

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1、第二部分 遥感原理,1 遥感的电磁波原理 2 太阳辐射 3 太阳辐射与大气的作用 4 太阳辐射与地物的作用 5 地物的热辐射 6 微波与地物的作用 7 各典型地物的光谱曲线,主要介绍遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、太阳辐射、大气对太阳辐射的影响、大气窗口的概念、地物反射太阳光谱的特性、地物的热辐射、地物与微波的作用机理。,电磁波 交互变化的电磁场在空间的传播。描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、位相等。电磁波的特性 电磁波是横波，传播速度为3108 m/s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。,1 遥感的电磁波原理,To be conti

2、nued,电磁波谱 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。 依次为： 射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波。 电磁波谱示图,To be continued,1 遥感的电磁波原理,电磁波谱,BACK,紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。可见光：波长范围：0.380.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。红外线：波长范围为0.761000m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响。,遥感应用的电磁波波

3、谱段,太阳辐射：太阳是遥感主要的辐射源，又叫太阳光，在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线如图所示。从太阳光谱曲线可以看出()：,2 太阳辐射,太阳光谱相当于6000 K的黑体辐射；太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 m的可见光能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 m左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 m波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。,3 太阳辐射与大气的作用,一、大气结构 二、大气成分 三、大气吸收作用 四、大气散射作用 五、大气窗口,本节结束,返回,下一节,太阳辐射与

4、地表的相互作用()地物的反射率()漫反射()镜面反射(),4 太阳辐射与地物的作用,太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即： 到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0. 450. 56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66 m，主要集中在长波，即6m以上的热红外区段。,反射率（）：地物的反射能

5、量与入射总能量的比，即=(P/ P 0)100%。地物在不同波段的反射率是不同的。反射率是可以测定的。反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。地物的反射光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。,不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各个方向反射的能量大小不同。,物体的反射满足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波，水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。,温度一定时，物体的热辐射遵循基尔霍夫定律。 地物的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线。 地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关

6、。 表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。 探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。 热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。,5 地物的热辐射,本节结束,返回,下一节,近红外：0.763.0 m，与可见光相似。 中红外：3.06.0 m，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 远红外：6.015.0 m，地面常温下的辐射波长，有热感，又叫热红外。 超远红外：15.01 000 m，多被大气吸收，

7、遥感探测器一般无法探测。,红外线的划分,BACK,太阳辐射（1）,P34, 图 2.20,To be continued,地面太阳辐射,波长(nm),大气上界太阳辐照度,海平面太阳辐照度,太阳光谱辐照度,太阳辐射（2）,BACK,在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即： 到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0. 4

8、5 0. 56m的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。,地物波谱特征,BACK,大气主要由气体分子、悬浮的微粒、水蒸气、水滴等组成。 气体：N2，O2，H2O，CO2，CO，CH4，O3 悬浮微粒：尘埃,大气成分,BACK,大气结构,从地面到大气上界，大气的结构分层为：对流层：高度在712 km,温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。平流层：高度在1250 km，底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧层

9、对紫外线的强吸收而逐渐升高。电离层：高度在501 000 km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。大气外层：80035 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。,BACK,大气的吸收作用： 大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带（如下表）。,大气的吸收作用,BACK,大气的散射作用,不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为内能。大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。对遥感图像来说，降低了传感器接收数据的质量，造成图像模糊不清。散射主要发生在可见光区。大气发生的散射主要有三种： 瑞利散射：d ,BACK,大气窗口,概

10、念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。,BACK,在电磁波谱中，波长在1mm1m范围的波称微波。（微波波段划分）微波遥感特性： 能全天候、全天时工作()； 对某些地物具有特殊的波谱特征； 对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力()； 对海洋遥感具有特殊意义()； 分辨率较低，但特征明显()。,6 微波与地物的作用,由于微波的波长较长，因而散射相对较小，在大气中衰减少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟、云、雨的限制。对于热带雨林地区更有意义。,微波传感器的波长

11、分辨率比较低，是由于其波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和取样速度往往不能协调。,这一特性可以用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标以及埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。 电磁波通过介质时，部分被吸收，强度要衰减。故将电磁波振幅减少1/e倍（37%）的穿透深度定义为趋肤深度H: H=(5.310-31/2)/式中：为地物的介电常数；为地物的导电率。,微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。,本节结束,返回,下一节,微波的波段划分,BACK,植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线 常见地物比较光谱曲线,7 各典型地物的光谱曲线,植

12、物的光谱曲线,返回,土壤的光谱曲线,返回,水体的光谱曲线,返回,岩石的光谱曲线,返回,常见地物的光谱曲线比较,To be continued,常见地物的光谱曲线比较,返回,卫星空间轨道,具体的形状和位置：六个轨道参数1）升交点赤经2）近地点角距3）轨道倾角4）过近地点时刻5）轨道长半轴6）轨道偏心率,开普勒定律,1）所有行星轨道均为一椭圆，太阳位于椭圆的二焦点之一；2）行星的向径，在相等的时间内扫过的面积相等；3）行星公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。,卫星轨道面与赤道面的相对位置,卫星轨道面形状,返回,开普勒定律,卫星轨道参数,1）升交点赤经(Longitude of ascen

13、ding node)升交点赤经：卫星轨道升交点与离春分点的之间角距。升交点：卫星由南向北运行时，与地球赤道平面的交点；反之与赤道平面的另一个交点为“降交点”。春分点：为黄道面与赤道面在天球上的交点。可理解为太阳从南向北半球运动时，跟地球赤道平面的交点。黄道面：地球公转轨道面延伸与天球相交的大圆，即太阳在天球上的视运动。,卫星轨道参数,2）近地点角距(Argument of perigee)近地点角距：卫星轨道的近地点与升交点之间的角距，即地心与升交点连线和地心与近地点连线之间的夹角。由于入轨后其升交点和近地点是相对稳定的，所以近地点角距通常是不变的，它可以决定轨道在轨道平面内的方位。,3）轨道

14、倾角（Orbital inclination）轨道倾角：卫星轨道面与地球赤道面之间的两面角，即从升交点一侧的轨道量至赤道面。当0i90时，卫星运动方向与地球自转方向一致，因此叫“正方向卫星”；当90i180时，卫星运动与地转方向相反，叫“反方向卫星”；当i=90时，卫星绕过两极运行，叫极轨卫星；当i=0或180时，卫星绕赤道上空运行，叫“赤道卫星”。,4）卫星过近地点时刻(Time of passage of the perigee )5）轨道半长轴(Orbital semimajor axis)卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离，标志卫星轨道的大小。6）轨道偏心率(Orbital eccen

15、tricity)卫星椭圆轨道焦点与半长轴的比值，用以表示轨道的形状。轨道偏心率越小轨道接近圆形，有利于在全球范围内获取影像比例尺趋于一致。,eosview.mov,1.遥感系统 Landsat Spot NOAA EO-1 Terra/modis Ikonos2.遥感计划,第四部分 遥感计划,地球资源卫星,陆地卫星计划首先由NASA发起ERTS(Earth Resources Technology Satellite) 计划，可运行后移交NOAA。1984年后，卫星的运行及数据分发交给一家商业公司EOSAT(Earth Observation Satellite Company)，条件：所有的数据两年后公开，由USGS(US Geological Servey )的EROS(Earth Resource Observation System)数据中心发布。,