第二章 遥感平台及运行特点,,1,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,2,2.1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3,,,4,,,5,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,2.2 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,6,2.2.1 轨道参数,升交点赤经 近地点角距 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,7,,,轨道方向,轨道形状,卫星在轨道上的位置,2.2.2 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,8,2.2.3 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。
9,(Y),(X),(Z),卫星姿态角的测定,姿态测量仪 红外姿态测量仪 恒星摄影机 陀螺仪 GPS,10,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,11,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12,GPS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,13,2.2.4 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,14,2.3 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,15,陆地卫星的轨道特征,近圆形轨道 近极地轨道 与太阳同步轨道 可重复轨道,16,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。
17,,18,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19,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,20,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21,可重复轨道,轨道重复周期 轨道的重复性有利于对地面地物或自然现象的变化做监测,22,,分辨率,1.光谱分辨率: 光谱分辨率是指遥感器各波段光谱带宽，表示传感器对地物光谱的探测能力，它包括遥感器总探测波谱的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔若遥感器所探测的波段愈多，每个波段的波长范围愈小，波段间的间隔愈小，则它的光谱分辨率愈高遥感器的光谱分辨率高，它取得的图像就能很好地反映出地物的光谱特性，不同地物间差别在图像上就能很好地体现出来，遥感器探测地物的能力就强 2. 空间分辨率 指遥感图像像元所对应的探测地面单元大小象元所对应的地面范围称之为瞬时视场空间分辨率的大小由平台高度和瞬时视场角决定对光机扫描图像来讲，地面分辨率随象点的位置不同而变化，在星下点最高，且纵向分辨率和横向分辨率相等；其他位置的地面分辨率从中间向两边逐渐降低，且纵向分辨率和横向分辨率不等23,分辨率,3. 辐射分辨力与数据量化等级 辐射分辨率是指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小辐射度差在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级系统的最小可分辨辐射差值，即置信电平，受系统噪声限制。
辐射分辨力由最小可分辨的辐射差值决定，辐射分辨力高，图像的对比度就高，可测量微小的辐射能变化，它与传感器电子系统的动态范围（采样数据的量化）和信噪比等有关 4. 时间分辨率： 指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样时间频率，也称重访周期24,2.3.1 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）,25,Landsat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2000年美国共发射了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 遥感技术发展的里程碑，后续卫星Landsat-8在2013年11月发射26,Landsat系列卫星发射时间表,27,Landsat 13,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（MSS 4bands） 宽带视频记录机（WBVTR） 数据收集系统（DCS） 空间分辨率80米,28,Landsat轨道的重复性,陆地卫星运行周期为103.267min，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。
29,轨道看上去这么稀疏，怎么实现地表全覆盖？,一天绕了地球几圈呢？,2460min/103.267min=13.9444353圈,第15圈在赤道的哪里呢？,2866km,(14-13.9444353)2866km=159km,15,1,2,每天少绕0.0555647圈，累计后会怎样？,(14-13.9444353)18=1,43,29,57,159km,239,71,85,99,113,127,141,155,169,183,197,211,225,915km,2866km,915km,159km,Landsat 4/5,1982年美国在Landsat 1-3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（MSS 4bands） 专题制图仪（TM 7bands） 空间分辨力30米,31,Landsat-3与Landsat-4/5轨道参数表,32,Landsat 7,1999年4月15日发射LandSat 7 传感器 多光谱扫描仪（MSS 4bands） 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/s,33,Landsat-4/5与Landsat-7卫星轨道参数表,,34,August 14, 1999 (left) and October 17, 1999 (right) images of the Salt Lake City area,,35,SPOT卫星,“SPOT”法文Systeme Probatoired Observation dela Tarre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，主要用于地球资源遥感。
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）,36,SPOT卫星轨道参数,,37,SPOT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,38,SPOT卫星传感器,SPOT-1，2，3 2台探测器:HRV（high resolution visible） SPOT-4 HRVIR(high resolution visible and infrared ) 植被检测仪器（VI,Vegetation Instrument） SPOT-5 高分辨率几何成像仪（HRG, high resolution Geometry ） 高分辨率立体成像仪（HRS, high resolution stereoscopy ）,39,HRV,,40,SPOT卫星HRV和VI探测器技术指标,41,SPOT-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 VI,42,SPOT-5探测器地面分辨率,43,20,SPOT的倾斜观测功能,重复观测能力 单星：23天/次 多星：1天/次,44,45,HRG由两条线阵CCD探测器组成，两条线阵CCD探测器在同一焦面上，飞行方向和线阵方向分别交错半个像元排列，通过超分辨率重建技术获得2.5m影像 HRG的两条CCD阵列也可以平行排列，将对地面的扫描幅宽提高到120km（5m分辨率）,几何成像装置HRG,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46,超级模式（Supermode）,47,48,两条CCD阵列具有27的摆动能力，通过侧摆可在不同轨道上对同一地区成像，获取异轨立体,几何成像装置HRG立体成像能力,立体成像装置HRS,,49,20,20,600 Km maxi,,,H R S,,,,120 Km,,,50,立体成像装置HRS,Spot 5 同轨立体像对,,51,,Spot 5 HRS立体像对生成的10米高程精度DEM,SPOT 1-4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。