第8章 卫星遥感及其影像

目 录 1第8章 卫星遥感及其影像 1§8.1 卫星遥感技术系统简介 18.1.1 遥感测试系统 28.1.2 星载系统 38.1.3 地面控制——处理系统 5§8.2 Landsat卫星及其影像 68.2.1 Landsat的运行特征 88.2.2 Landsat图像的空间信息 128.2.3 Landsat图像的光谱特性 14§8.3 SPOT卫星及其影像 148.3.1 SPOT的轨道特征 158.3.2 SPOT的成像方式 178.3.3 SPOT的影像特征 19§8.4 CBERS卫星及其影像 198.4.1 CBERS的遥感系统 208.4.2 CBERS的传感器 208.4.3 CBERS卫星图像的特点 21§8.5 气象卫星 228.5.1 静止轨道气象卫星 248.5.2 极地轨道气象卫星 268.5.3 中国气象卫星 28§8.6 新型遥感卫星简介 288.6.1 高空间分辨率卫星及其影像 328.6.2 高光谱分辨率卫星及其影像 40附录 遥感卫星一览表 第8章 卫星遥感及其影像 1957年前苏联成功发射第一颗人造地球卫星，标志着人类进入了航天遥感时代。到目前为止，包括中国在内的十几个国家已经向宇宙空间发射了数千颗人造卫星，它们广泛应用于军事、通讯、教育、导航、天文和地球资源观测等领域，其中地球资源观测卫星遥感体系由气象卫星、海洋卫星和陆地卫星等组成。 §8.1 卫星遥感技术系统简介 卫星遥感技术系统大致包括遥感测试系统、星载系统和地面控制—处理系统三个子系统。遥感测试系统是卫星遥感技术系统的基础，主要进行地物波谱和传感器工作波段的研究，新型传感器的研制试验，遥感数据辐射校正及综合光谱信息研究等；星载系统包括遥感卫星平台及传感器是遥感信息获取的重要组成部分；地面控制——处理系统是整个卫星遥感技术系统的核心，负责监测卫星的工作状况，及时向卫星发送各种指令，指挥星体和传感器的工作，并负责数据的接收和处理。图8-1是卫星遥感技术系统示意图。本节主要以美国的Landsat遥感卫星为例，介绍卫星遥感技术系统。 图8-1 卫星遥感技术系统 8.1.1 遥感测试系统 遥感测试系统主要为基础研究测试和应用研究工作，除星体、传感器、发射、测控、通讯等方面的基础研究外，还有四个方面的研究：1）进行卫星和航空遥感的模拟试验；2）试验遥感仪器设备的性能；3）地物波谱特性；4）遥感图像解译和应用。 为完成上述研究任务，必须建立一定数量的具有一定代表性的遥感试验区，以便进行遥感模拟试验，检验各种仪器、设备的性能，通过地物波谱特性的研究为解译、识别和应用提供依据，并为图像的处理提供参量。试验区有大小类型，满足某方面需要的基本试验区，一般面积较小，几十km2左右；满足多学科、多专业和多要素试验的综合试验区，面积较大，1万km2到数万km2。美国洛杉矶试验区为一个典型的遥感综合试验区，面积达6万km2，由三个分区组成；海拔高度1400~4300m，地貌类型齐全，包括山脉、丘陵、谷地、平原等；具备从半干旱气候到高山型气候的各类气候条件；植被覆盖面积占三分之一，类型多样，具有从平原植被到高山垂直分布植被带的各种类型；土壤类型比较全面；地质条件复杂、齐全，基本上包含了个地质年代的岩层和各类地质构造特征。美国在本土和巴西、墨西哥也设立了类似的试验区。Landsat卫星的传感器MSS四个波段就是在试验区进行大量深入的研究和观测，掌握了不同气候环境条件下各种地物的波谱特性，并进行了许多模拟试验，才最终选择和确定的。 除了试验区的基础研究外，还可以建立观测点、观测站或遥测数据收集站，可自动观测收集温度、湿度、雨量、风速等环境数据，并发送给卫星，为遥感图像的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理和校正提供参考和依据。 我国遥感中心研究发展部于1985年在唐山建立了综合试验基地，主要任务是高空机载遥感实用系统的各项实验研究，我国资源卫星研制、发射和运行各阶段各项实验研究，地物波谱特性的各项实验研究，及在此基础上开展传感器最佳工作波段选择，卫星传感器地面辐射校准方法，模拟数据生成和处理评价技术，遥感应用示范研究。我国除唐山基地外，还有长春静月潭、山东禹城、江苏宁芜、广东珠海及新疆阜康等试验区。 8.1.2 星载系统 星载系统是卫星遥感的核心部件，按照控制系统的指令进行工作，主要接收来自地面各种地物的电磁辐射信息，同时收集各地面数据收集站发送的信息，然后将这两种信息再发回地面数据接收站。星载系统主要包括平台服务系统和有效载荷两个分系统。图8-2是Landsat的组成结构示意图。 1 平台服务分系统 主要由各种服务性仪器组成，以保障星体能在空间轨道上正常运行和准确工作。它们的主要服务任务是： ①控制星体姿态 不同类型的星体采取不同方式控制自身的空间姿态，由测量、控制和执行等三类设备组成。如Landsat是通过服务舱内的红外地平扫描仪、反作用飞轮和喷气咀等实现的，能使星体三轴定向的精度在0.7°以内，以保证卫星摄影的制图精度。 ②与地面通讯联系和星上数据管理 主要是接收地面指令，安排播发遥感数据，以及保证星体内工作流程的正常进行。 ③调整轨道 星体在长期轨道生活中，受到大气散逸分子、地球形状、以及各种天体的影响，轨道会发生摄动和偏差。轨道调整系统可以通过卫星上小型火箭发动机来修正这种误差，使星体保持原有的轨道，以保证长期进行空间遥感和重复摄影的定位精度。 ④星体内各种仪器工作状态的监测 各种监测结果通过遥测遥控系统报给地面站，有助于地面控制系统掌握遥感数据的可靠性。 ⑤电源供应 星体上的电能全部由太阳能电池和蓄电池供应。如Landsat的太阳能电池就是由1万多个小太阳能电池集合而成，分别装在两块蝶翅形的太阳帆板上，其电能可供每圈摄影20分钟，当电能多余时，便贮在镍－镉蓄电池中。 2 有效载荷分系统 有效载荷分系统包括探测器、传感器、摄影仪器和其他专用设备如数据传输、空间环境监测和星上数据收集等星上遥感装置，是星体的主要组成部分。 传感器是获取遥感数据的关键设备，因设计和获取数据的特点不同，传感器的种类也不同，目前遥感中所使用的传感器大体上可分为摄影类型、扫描成像类型、雷达成像类型和非图像类型的传感器。例如，以地球资源遥感与专题制图为目的的Landsat仪器舱中，通常以多光谱扫描仪（MSS）或专题制图仪（TM）为主要传感器；在以军事侦察为目的的军事卫星中，以高分辨率的对地摄影机与对空摄影机为主要仪器。 数据经编码、调制、变频和功放，由天线发射出射频信号，在卫星经过地面站上空时，被地面站接收。 8.1.3 地面控制——处理系统 地面控制 — 处理系统是遥感技术系统的核心。星体从发射时起，直到在空间连续运转，地面一直需要有庞大的系统来指挥、控制、保障和配合它的工作。地面系统通常由站网、空间控制中心、遥感数据处理与管理中心组成。 1 站网 卫星系统一般配有跟踪站和接收站两种站网。 (1)跟踪站 跟踪站的主要任务是跟踪星体，不断对星体进行观测，将测得的卫星轨道数据及时提供给控制中心，以计算星体空间轨道及其变化，控制卫星的运行。由于卫星定轨精度直接与跟踪站的数量及分布有关，所以，通常在建立少数固定型永久跟踪站之后，还要根据具体卫星发射任务均匀布设一些流动型跟踪站，以提高卫星的测轨和定轨精度。因此跟踪站分固定型和流动型两种。 为精确测定卫星轨道，目前美国已在Landsat上配置了导航卫星全球定位系统GPS用户终端，可以提供精度在±10m以内的三维地心坐标。 (2)接收站 接收站执行两项主要任务：①指挥和控制星体工作。包括传送来自空间控制中心的指令（如令星体内各种仪器设备和遥感探测器启闭）、跟踪观测星体轨道参数以及接收有关星体工作状态的遥测数据等；②接收星体传送下来的遥感图像信息及其有关数据（如卫星姿态参数）。接收站将接收的全部数据分类 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 在磁带上，并传输到控制中心。 为了利用有限的地面接收站，保证卫星数据的实时发送，避免星上磁带机出现故障时信息损失，从美国Landsat4号（1982年7月16日）起，开始启用两颗跟踪和数据中继卫星TDRS（Tracking and Data Relay Satellite）。这两颗TDRS均在赤道上空36000km高度，为地球同步卫星（相对地球静止不动）。一颗位于西经41°，一颗位于西经171°，与Landsat可进行通讯联系。Landsat在美国本土以外的地域可通过TDRS中的一颗定时将图像数据传送给设在新墨西哥州的瓦特珊德即白沙（White Sands）接收站，然后又将数据通过国内通讯卫星DOMSAT（Domestec Communications Satellite）转送到戈达德中心（GSFC）进行处理，由此实现对全球数据的实时传输。 图8-3 Landsat4图像信息的传递 2 空间控制中心 空间控制中心亦叫空间指挥中心，简称控制中心，是卫星遥感系统的大脑，负责监测和指挥卫星的运行，制定卫星及传感器每一天的日程，控制和协调全系统的正常工作，这些都是通过电子计算机制定和发送指令来完成。计算机可实时进行图像显示，监视卫星的工作，根据跟踪站测得的卫星轨道数据进行计算，产生指令，修正和控制轨道；卫星上各部件工作状况及工作环境的有关数据如电压、温度等，由卫星发回后，传送到控制中心，用以指挥卫星更好的运行；控制中心可根据用户的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 编制卫星和传感器的工作日程，发出指令，使卫星按照用户的要求进行工作；还可根据气候条件干预卫星工作系统。 美国Landsat的控制中心设在美国东海岸马里兰州，即戈达德空间中心，控制中心最重要是不能有任何中止和间断，必须保障每天都能正常而连续地工作二十四小时。戈达德中心以三部计算机为主体，主机是中型计算机，其他两台为备用的小型计算机，主机一旦发生故障，能立即代替主机工作。主机能实时地计算和显示图像、发送与产生指令，还能根据摄影要求用直接或间接的方法通过接收站把指令送往卫星，指挥卫星按照地面要求进行工作。一般情况下，备用的计算机主要作一些辅助工作，以减轻主机负担，其中一台负责处理图像和数据，另一台用于处理即将发送的指令，所以控制中心能连续不间断地工作，以保证卫星的正常运行，并有效地获取地面电磁波信号。法国SPOT卫星的控制中心设在法国的南部城市图鲁兹市郊国家空间研究中心。 3 数据处理与管理中心 数据处理与管理中心简称数据 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 中心，有时也叫数据处理机构。对于遥感星体，地面必须有数据资料中心相配合，以便及时处理遥感的图像信息。否则星体传送下来的数字图像资料就会堆积如山，不仅无法使用，而且造成极大混乱。 目前较完善的数据资料中心是资源卫星的数据管理系统，担负把接收站记录的视频信号加工处理成粗制和精制两种图像产品的任务。同时，还要对这些产品进行编目、制卡、编写资料简介等工作，以便管理和提供使用。 总之，整个地面系统和星体之间构成一个有机的整体，星体、站网、控制中心、数据处理和管理中心等，就像整套精密机器一样准确而协调的运转。 §8.2 Landsat卫星及其影像 Landsat卫星原名地球资源技术卫星ERTS(Earth Resource Techmtogy Satellite)，它是美国国家航空和航天局（NASA）发射的用来获取地球表面图像的一种遥感平台，以观察陆地环境和资源为主。到目前为止Landsat计划已经发射了1~7号卫星，现在正常运行的是Landsat5和Landsat7号卫星，6号卫星因发射失败而丢失。 图8-4 Landsat4/5外形 Landsat1~3形状、结构（见图8-2）、运行轨道基本相同，均携带反束光导管摄像机RBV（Return Beam Vidicon）和多光谱扫描仪MSS（Multispectral Scanner）。Landsat4～5完全相同（见图8-4），是在Landsat1~3的基础上改进设计的，但地面分辨率提高，轨道高度下降为705km，运行参数也随之改变；除带有MSS外，还带有一套改进的（第二代）多光谱扫描仪，称之为专题制图仪TM（Thematic Mappe）。Landsat7卫星于1999年4月发射，为保证Landsat系列卫星特性的一致性，Landsat7卫星轨道和周期与Landsat 5完全相同，只是传感器改为增强型专题制图仪ETM+（Enhanced Thematic Mapper Plus）和海洋观测宽视场传感器SeaWiFs（分辨率1.13*4.5km，覆盖范围2800km）。 Landsat卫星是目前世界范围内应用最广泛的民用对地观测卫星，在围绕地球的轨道上运转，获取了数百万幅有价值的图像。图像上载有丰富的地面信息，在农业、林业、生态、地质、地理、气象、水文、海洋、环境污染、地图测绘等方面得到了广泛的应用。 8.2.1 Landsat的运行特征 1 准圆形、近极地轨道 Landsat的轨道为圆形或近圆形轨道，与地面保持等距离。其目的是使卫星图像比例尺基本一致，也使卫星图像的地面分辨率不因卫星高度变化而相差过大；而且根据开普勒面积速度守衡定律可知，圆形轨道上各点卫星速度的大小是不变的，有利于控制卫星姿态，使图像处理简化。 Landsat1～3轨道倾角99.125°，Landsat4/5、7轨道倾角98.22°(见图8-5)，为近极地轨道。这种轨道有利于增大卫星对地面的观测范围，最北和最南分别能达到N 81°和S 81°，利用地球自转并结合轨道运行周期和图形扫描宽度的设计，能保证全球绝大部分地区都在卫星覆盖之下。 2 卫星运行与太阳同步 Landsat卫星的传感器只有在较为理想的光照条件下，才能获得高质量的图像。如果每个地区的图像都是在大致相同的光照条件下成像，则便于不同地区和时期影像的对比。因此卫星轨道既要保证传感器在不变条件下进行探测，又要保证卫星运行周期，要求卫星轨道与太阳同步，即卫星轨道相对于地球的角进动，与太阳相对于地球的角进动相等，也就是卫星通过任意纬度的地方时基本是不变的。要实现与太阳同步，卫星运行的轨道必须西移，轨道倾角要大于90°，使两条相邻轨道之间的距离（夹角）与该运行时段内太阳由东向西移动的距离（角度）相等。 图8-5 Landsat轨道倾角 图8-6 卫星轨道与太阳同步 Landsat1～7号的光照角都为37.5°，为了保证卫星轨道面与太阳地球连线之间在黄道面内的夹角不随地球绕太阳公转而改变，可通过轨道面与地球赤道面的夹角（即轨道倾角）来实现。当轨道倾角大于90°，轨道面自西向东偏转，与地球公转方向一致，如果轨道面偏转的角速度等于地球对太阳公转的角速度，就能保证与太阳同步，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（如图8－6）。 地球对太阳的进动一年为360°，每天的进动角为0.9856°，为了使光照角保持固定不变，必须对卫星轨道加以修正，平均每圈的修正量为： n为一天中卫星运行的轨道数 3 采用可重复中高度回归轨道 卫星运行周期是指卫星绕地球一周所需的时间，如Landsat1～3为103.26分，每天可围绕地球14圈（如图8-7），形成14条间隔2875km的条带，条带宽度185km。第2天的轨道紧靠着第1天的轨道西移159km（在赤道上），第19天的轨道与第1天的重合。这样经过18天的运行，卫星就可以覆盖全球1遍，重复周期是指卫星从某地上空开始运行，回到该地上空时所需要的天数，即对全球覆盖一遍所需的时间，Landsat1～3为18天；Landsat4～7为16天。轨道的重复回归性有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测。 Landsat要求对地面有较高的分辨率，同时又有较长的寿命，以便于地球资源调查与制图，所以只能采取中高度的卫星（500—1000km）。 简而言之，Landsat卫星一般选用准回归太阳同步圆形轨道，是一种中等高度、长寿命的人造卫星，运行轨道参数见表8-1。 图8-7 Landsat1～3一天的轨道 表8－1 Landsat系列卫星运行参数 项目 卫星编号 Landsat1～3 Landsat4/5，7 轨道高度 H 915 km 705 km 轨道倾角 i 99.125° 98.22° 运行周期 T 103.26 min 98.9 min 长半轴 α 7285.438 km 7083.465 km 降交点时间(过赤道平均太阳时)t 9：42 am 9：45 am 重复周期 D 18天(251圈) 16天(233圈) 偏移系数 d -1 -7 在赤道上相邻轨道间距离 159 km 172 km 成象宽度 185 km 185 km 在赤道上相邻轨道间重叠度 26km(14%) 13km(7%) 8.2.2 Landsat图像的空间信息 1 图像经纬度 卫星图像地理坐标的经纬度表示，是根据成像时间、卫星姿态数据和运行方向等因素，由数据处理机构通过确定卫星的轨道位置在地球表面投影的方法，用计算机求得，注记在像幅四周，其间隔为30´，纬度60°以上地区，采用1°间隔。粗制图像的经纬度是用图像中心点的经纬度推算的，只能作为概略坐标使用；精制图像的经纬度是在概略坐标的基础上，用地面控制点和统一横轴墨卡托坐标纠正后计算而得的，精度较高。 卫星图像经纬度受卫星轨道倾角及卫星运行速度控制。由于卫星轨道倾角为99°左右，因此，卫星运行轨道与经线形成一个交角，叫图像方位角。在赤道附近，卫星轨道与经线略呈斜交，故图像上经纬线的布局和地图相似，经线出现在上下边框上，纬线出现在两侧的边框上；在中纬度地区，卫星轨道和经线成明显地斜交，并且总是经线的上端向西斜，所以在像片的同一边框上，可以同时出现经线和纬线；而在极地附近，卫星运行的轨道几乎与纬线平行，所以图像的上下方向为东西方向，与一般地图方位不同。因此，在使用卫星图像时，应当注意单张像片的方位以及它和所编地图的关系。 2 图像获取的时间 图像获取时间是指获取图像信息的地方时间，Landsat轨道是与太阳同步轨道，在发射时就确定了通过赤道的平均太阳时为上午9时45分左右。实际上通过中纬度地区都在上午9~10时左右，因此所有地区基本上都是在这段时间内拍摄的。这种近乎一致的光照条件，使全球范围内相同的地物具有相似的色调和灰度值，同时能形成立体感最强的阴影，便于互相对比，进行一致的分类和识别。 3 图像的重叠 卫星图像和航空像片一样，有航向重叠和旁向重叠，在图像镶嵌时无空隙。 ①图像航向重叠 图像航向重叠是图像沿卫星运行方向的重叠。RBV由于25秒的固定的曝光时间间隔，便形成了固定的26公里的航向重叠区域（图8-9），相当于图幅14%。MSS和TM是连续扫描成像，相邻图像的航向重叠是地面处理分幅时，采用使扫描电子束分开，产生两次重复扫描，即相邻两像幅各扫一次的方法，产生重叠影像（图8-10）。MSS航向重叠16km，约占图幅的9%，TM处理是固定为5%。 ②图像旁向重叠 图像航向重叠是图像在相邻轨道间的重叠，由轨道间距和成像宽度决定（图8-11）。Landsat1～3在赤道上两相邻轨道间距159km，成像宽度185km，形成26km的旁向重叠区域，约占图幅的14%；Landsat4/5，7在赤道上两相邻轨道间距172km，成像宽度185km，形成13km的旁向重叠区域，约占图幅的7%。因为地球是一个椭球体，卫星轨道在两极上空相交，因而相邻轨道间的距离从赤道向两极逐渐缩短，而卫星对地面扫描宽度不变。因此，卫星图像的旁向重叠从赤道向两极逐渐增大，如表8-2所示。 图8-9 RBV图像航向重叠 图8-10 MSS图像航向重叠 图8-11 Landsat图像的旁向重叠 表8－2 Landsat1～3 MSS图像旁向重叠随纬度变化情况 纬度 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 重叠率% 14 15.4 19.1 25.6 34.1 44.8 57.0 70.0 85.0 在纬度65°以上的地区，旁向重叠超过60%，可构成立体像对，在地形起伏允许的情况下，可以进行立体量测，为遥感制图提供了有利条件。 4 图像的投影 RBV图像是光学镜头成像，地面上各点的投影光线均通过镜头中心，同航空像片一样，属于中心投影。 MSS、TM和ETM+都是扫描成像，每次有效扫描都有一个中心，一幅MSS像片要390次有效扫描才能扫出185*185km2的地面，就应有390个中心，故称多中心投影，而且投影中心是动态的。但卫星高度很大，视场角很小，可近似地看作是垂直投影，当要求不太严格时，可以当作地形略图使用；在较大比例尺制图中，应考虑投影变形的影响，必须进行几何纠正和投影转换。 5 图像的分辨率 Landsat卫星图像的分辨率是指地面分辨率，即图像上所能辨别的地面物体的最小尺寸（m）。不同卫星的传感器和波段不同，地面分辨率不同。 表8－3 Landsat图像分辨率 卫星编号 传感器及波段编号 地面分辨率（m） 1，2 RBV：1，2，3 80 3 RBV：全色波段 40 1～7 MSS：4，5，6，7 80 3 MSS：8 240 4，5 TM：1，2，3，4，5，7 30 4，5 TM：6 120 7 ETM+：1，2，3，4，5，7 30 7 ETM+：6 60 7 ETM+：全色波段(Pan) 15 6 图像的像框扭动 传感器扫描时，卫星本身正从北向南运动，同时，地球正在自西向东旋转。在扫描器收集一幅图像信息的短暂时间内，地球的自转运动足以对图像边框产生偏斜的影响，使图像不是规则的正方形而是变成平行四边形。扫描图像像框的扭动变形与纬度有关，在高纬地区，扭动变形最为显著，向赤道逐渐减小。 表8－4 Landsat1～3像框扭动变形与纬度的关系 纬度 0° 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 扭动变形（m） 0 60 130 190 240 290 330 360 380 7 图像的符号和注记 Landsat图像的周边由一些符号和注记，表明了图像的物理特性和几何特性。图像四角为四个“十”字形的配准符号，四周注有经纬度，下方有文字数字注记，最下方为灰标，共分为15个灰度级。 文字数字注记说明了图像获取日期、位置、处理方式、波段、卫星名称等具体数字、特性和名称。目前，我国MSS注记有两种形式（1977年2月以前与以后的注记不同）。按从左至右顺序说明如下： 24DEC75 C N30-23/E115-33 N N30-22/E115-36 MSS 6 R SUN EL27 AZ146 190–4676- A-I-N-D-2L NASA ERTS E-2 336-02080-6-01 24DEC75为图像获取日期：1975.12.24。 C N30-23/E115-33为像主点地理坐标：北纬30°23´，东经115°33´。 N N30-22/E115-36为像底点地理坐标：北纬30°22´，东经115°36´。 MSS 6表示传感器为多光谱扫描仪，6为扫描波段编号（通道号）。 R（或D）：数据发送方式，R为延时发送，D为实时发送。 SUN EL27 AZ146：SUN表示太阳，EL表示高度角，AZ表示方位角，太阳高度角27°，太阳方位角146°。 190-4676-A-I-N-D-2L：190表示卫星前进方向方位角为190°；4676表示该图像成像时，卫星已运行的轨道圈数；A（或G、N）表示接收站，A为美国阿拉斯加州苏尔班斯克接收站、G为美国加里福尼亚州戈尔茨顿接收站、N为美国马里兰州戈达德空间中心；I表示图像是满幅的；N（或A）表示图像是按正常方式处理(A表示按非正常方式处理)；D(或P)表示图像中心点是按最佳拟合星历表计算（P用推测星历表计算）；1（或2）表示卫星发射资料按线性方式处理(2表示按压缩方式处理)；L（或H）表示低增益（H表示高增益）。 NASA ERTS E-2：NASA表示美国宇航局；ERTS表示地球资源技术卫星（后来注Landsat）；E-2表示第2颗资源卫星。 336-02080-6-01：336表示该图像成像日期是卫星发射后第336天；02080表示成像时间（格林威治时间）是2时8分0秒；6表示波段编号，01表示视频带使用次数。 1977年以后注记略有改变： 16JUN79 C N30-12/E114-06 USGS-EDC N N30-12/E114-08 M 7 R SUN EL60 AZ95 S3H– CP-NL1 NASA LANDSAT E-3 046-02115-7 01 USGS-EDC：处理图像的单位名称：USGS表示美国内务部地质调查宇航局；EDC表示EROS数据处理中心。 S3H-CP-NL1：S（或U、G、R）表示系统水平校正，U为未校正，G为以地面控制点为基准的几何校正，R为用相对地控点的几何校正；3（或1、2）表示图幅尺寸，3为185*170km，1为满幅185*185km，2为98*92km；H（或L、P、U、S、N）表示投影名称，H为Hotine斜轴投影，L为朗伯投影，P为极地立体投影，U为横轴墨卡托投影，S为空间斜轴墨卡托投影，N为自然透视投影；C（或N、B）为双三次卷积重采样，N为最邻近法重采样，B为双线性内插法重采样；P表示图像中心点用推测星历表计算(或D是按最佳拟合星历表计算)；L（或H）表示低增益（H表示高增益）；1（或2）表示卫星发射资料按线性方式处理(2表示按压缩方式处理)。 8.2.3 Landsat图像的光谱特性 由于各种地物组成的物质成分、结构以及地物表面温度等的不同，其光谱特性也就不同，在黑白图像上是色调的差异，在彩色图像上是色别的不同，即使是同样的地物在不同光谱段的图像上其色调(或色别)也会有不同。不同波段图像对不同地物的光谱效应不同。 1 RBV Landsat1、2上的RBV由3台同类型的电视摄像机组成，分为3个波段，波长分别为0.475~0.575μm，0.58~0.68μm，0.69~0.83μm，覆盖地面185*185km2的区域。由于发生技术故障，所获图像很少。Landsat3的RBV作了一些改进，采用2台宽波段（0.505～0.750μm）摄像机，可提供分辨率40m的全色（黑/白）图像。两台仪器并列，同时获取各为98*98km2的相邻区域，其旁向重叠13km。Landsat4以后的卫星未采用RBV传感器。 2 MSS Landsat1~5、7均采用了MSS，其中除Landsat3采用5个波段外，其余均采用可见光—近红外4个波段。 MSS4：0.5~0.6μm，为蓝绿波段；对蓝绿、黄色景物一般呈浅色调，随着红色成分的增加而变暗。水体色调最浅，对水体有一定的穿透能力，可测一定的水深（约10-20m）的水下地形，并利于识别水体混浊度、沿岸流、沙地、沙洲等。 MSS5：0.6~0.7μm，为橙红色波段；橙红景物一般呈浅色调，随着绿色成分的增加而变暗。水体色调最浅，对水体也有一定的穿透能力（约2m），水中泥沙流反映明显，对裸露的地表、植被、土壤、岩性地层、地貌现像等可提供较丰富的信息，为可见光最佳波段。 MSS6：0.7~0.8μm，为红、近红外波段。 MSS7：0.8~1.1μm，为近红外波段。 MSS6、MSS7波段相关性较大，植被为浅色调，水体为深色调。尤以MSS7水陆界线清晰，对土壤含水量反映明显，对寻找地下水以及识别与水有关的地质构造、隐伏构造、作物病虫害、植物生长状况、军事伪装、土壤岩石类型等很有利。 Landsat3的MSS有5个通道，增加了一个热红外波段（10.4~12.6μm），编号为MSS8，空间分辨率为240m，但由于记录仪出故障，工作不久便失效。 MSS扫描宽度185km，地面分辨率为80m。扫描镜每振动一次，有6条扫描线同时覆盖4个光谱带，约扫地面宽474m，扫描一张图像约需390次，包含2340（390次*6行/次）行扫描线，每行扫描线为3240个像元，则MSS图像一景的总数据量约为30兆字节（3240像元*2340行*4个波段），辐射分辨率分别为64（MSS7），128（MSS4—6）级。 3 TM Landsat4/5采用了TM。TM是一种改进型的多光谱扫描仪，其空间、光谱、辐射性能比MSS均有明显提高，使数据质量与信息量大大增加，TM图像一景的总数据量为230兆字节。TM的扫描镜可在往返两个方向进行扫描和获取数据（MSS只能单方向扫描），这样可以降低扫描速率，缩短停顿时间，提高测量精度，所以TM的辐射分辨率从MSS的64、128个量级提高到256个量级。 TM有7个较窄的、更适宜的光谱段。 TM1：0.45～0.52μm，蓝波段。波段的短波端相应于清洁水的峰值，长波端在叶绿素吸收区；这个波段对水体的穿透力强，对叶绿素与叶色素浓度反映敏感，有助于判别水深、水中泥沙分布和进行近海水域制图等；对针叶林的识别比Landsat1～3的能力更强。 TM2：0.52～0.60μm，绿波段。这个波段在两个叶绿素吸收带之间，因此相应于健康植物的绿色；与MSS4相关性大；对健康茂盛植物反映敏感，对水的穿透力较强；用于探测健康植物绿色反射率，按“绿峰”反射评价植物生活力，区分林型、树种和反映水下特征等。TM1和TM2合成，相似于水溶性航空彩色胶片SO-224，显示水体的蓝绿比值，能估测可溶性有机物和浮游生物。 TM3：0.63～0.69μm，红波段。为叶绿素的主要吸收波段，与MSS5相关性大；反映不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况，用于区分植物种类与植物覆盖度；在可见光中，这个波段是识别土壤边界和地质界线的最有利的光谱区，信息量大，表面特征经常展现出高的反差，大气蒙雾的影响比其他可见光谱段低，影像的分辨能力较好；广泛用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面。 TM2、3波段较MSS4、5波段范围窄，主要是为了提高植物光谱变化检测的灵敏度。 TM4：0.76～0.90μm，近红外波段。对绿色植物类别差异最敏感（受植物细胞结构控制），相应于植物的反射峰值，为植物遥感识别通用波段。用于生物量调查、作物长势测定、进行农作物估产等。 TM5：1.55～1.75μm，中红外波段。处于水的吸收带（1.4～1.9μm）内，反映含水量敏感，在这个波段叶面反射强烈地依赖于叶湿度，在对干旱的监测和植物生物量的确定是有用的；用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况、地质研究，作物长势分析等，从而提高了区分不同作物类型的能力，易于区分云、冰与雪。 TM6：10.4～12.5μm，热红外波段。这个波段来自表面发射的辐射量，根据辐射响应的差别，区分农、林覆盖类型，辨别表面湿度、水体、岩石以及监测与人类活动有关的热特征，进行热测量与制图，对于植物分类和估算收成很有用。 TM7：2.08～2.35μm，近红外波段。为地质学研究追加的波段，由于岩石在不同波段发射率的变化与硅的含量有关，因此可以利用这种发射光谱特性来区分岩石类型，为地质解译提供了更多的信息。该波段处于水的强吸收带，水体呈黑色，用于城市土地利用与制图，岩石光谱反射及地质探矿与地质制图，特别是热液变质岩环的制图。 TM的2～4波段与MSS的5～7波段基本相似，只是对光谱段的区间作了适当的调整。TM信息的光谱分辨率较高，频道增加，波段变窄，针对性较强。可以根据不同应用目的，进行多种组合处理和专题提取，主要用于对全球作物进行估产、土壤调查、洪水灾害估计、野生资源考察、地下水和地表水资源研究等。TM信息的平面位置几何精度提高，更利于图像配准与制图，经处理后的位置精度为0.4～0.5个像元，用于编制1︰10万的专题图。 4 ETM+ Landsat7卫星携带的传感器ETM+是TM的增强型，是具8个波段的扫描式光学成像仪器，ETM+与TM的波段、光谱特性和分辨率基本相似，最大的变化有3点： 1）增加了分辨率为15m的全色波段PAN（0.52～0.90μm）。 2）波段6的分辨率由120m提高到60m。 3）辐射定标误差率小于5%，比Landsat5提高1倍。 §8.3 SPOT卫星及其影像 地球观测卫星系统SPOT（Système Probatoire d´observation de la Teree）是由瑞典、比利时等国参加，法国国家空间研究中心（CNES）设计制造的。目前为止，SPOT计划已经发射了5颗卫星，轨道特征基本相同。SPOT-1、2、3卫星搭载的是两台高分辨传感器HRV（High Resolution Visible Imaging System），SPOT-4、5搭载的是HRVIR（High Resolution Visible and Middle Infrared Imaging System）和“植被”（VEGETATION））成像装置。具有高空间分辨率和偏离天底点（即倾斜观测）作业的特点。 图8-14 SPOT卫星 8.3.1 SPOT的轨道特征 SPOT卫星轨道特征与Landsat近似，为近极地、准圆形、与太阳同步、可重复、中等高度的轨道，轨道运行参数见表8-5。 SPOT是近极地卫星，利于增大卫星对地面总的观测范围，卫星98°的轨道倾斜面，保证全球绝大部分地区（北纬81.3°到南纬81.3°）都在卫星覆盖之下。近圆形的轨道使卫星与地面间的高度保持一致。卫星每天绕地球14又5/26圈，每26天，SPOT卫星飞过地面上的同一地点，在这段时间内卫星绕过地球的圈数是369圈。 表8－5 SPOT卫星轨道特征 轨道高度 H 832 km 长半轴 α 7200±500km 轨道倾角 i 98.7° 运行周期 T 101.4min 降交点时间(过赤道平均太阳时) t 10：30am±15m 重复周期 D 26天(369圈) 偏移系数 d +5 在赤道上相邻轨道间距离 108.4 km 单台HRV图像幅宽 60 km 两台HRV图像幅宽 117km(重叠3 km) SPOT系统目前有三颗卫星处于正常运行状态，三星同时运行大大提高了重复观测能力，地球上95%的地点可在任意一天被SPOT的一颗卫星成像。这种多星运作体系的优点有：采集数据量大，在纬度高于40°以上的区域，SPOT可于任意一天观测到任意一点；在赤道，SPOT在特定一天内，在每个相继轨迹的2800km内，只有250km的区域是观测不到的，换言之，其余的地方都可以获得数据。重复观测能力强，在同一天内，SPOT能以“双星”模式获取立体像对，即同一天内两颗不同的卫星以东西不同方向观测同一区域；SPOT可以从不同轨道上拍摄地面同一点，在26天一个周期内，可以侧向摄取的次数取决于纬度，从赤道附近的10次到南北70°纬度处的48次不等，短时期内可提供大量满足要求的数据。这些从不同轨道获取的同一地区影像构成立体像对，能够用于立体观察。 表8－6 SPOT在不同纬度区域的任意一个地点获取立体像对的理论值 纬度 0° 30° 45° 60° 获取立体像对的次数（26天内） 10 14 26 44 以"双星"模式获取立体像对的次数（1天内） 1 3 10 15 8.3.2 SPOT的成像方式 SPOT-1、2、3卫星上装载的是HRV仪器，为一种线阵列推扫式扫描仪，其探测器为CCD（Charge Coupled Device）电荷耦合器件。 HRV仪器中有一个平面反射镜，将地面辐射来的电磁波反射到发射镜组，然后聚焦在CCD线阵列元件上（若要取得多光谱图像要先经过分光器），CCD的输出端以一路时序视频信号输出。由于使用线阵列的CCD元件作探测器，在瞬间能同时得到垂直于航线的一条影像线，不需要用摆动的扫描镜。随着平台的向前移动，像缝隙摄影机那样，以“推扫”的方式获取沿轨道的连续影像条带。SPOT卫星上并排安装两台HRV仪器，每台仪器视场宽度都为60km，两者之间有3km的重叠，因此总的视场宽度为117km。赤道处相邻轨道间的距离约为108km，垂直地面观测时，相邻轨道间的影像约有9km的重叠。 HRV的平面反射镜可根据指令绕指向卫星前进方向的滚动轴旋转，从而实现不同轨道间的立体观测。平面镜向左右两侧偏离垂直方向最大可达±27°，从天底点向轨道任意一侧可观测到450km附近的景物，两台HRV可观查到轨道左右两侧950±50km范围之内的地面目标。每台HRV的观察角最多可分91级，级间间隔为0.6°，这样在邻近的许多轨道间都可以获取立体影像。在倾斜作业中，由于几何透视及距离的改变，使得地面的成像宽度由天底点的60km增加到最大偏移时的80km，其横向边缘分辨率相应降低了约35%。 图8-16 推扫式扫描仪的数据采集 图8-17 SPOT上的HRV扫描过程 图8-18 HRV在不同轨道间的立体观测 图8-19 HRV在赤道处的立体观测 在赤道附近，分别在7条轨道间可进行立体观测。由于轨道的偏移系数为5，所以相邻轨道差5天，也就是说，如果第一天垂直地面观测，则第一次立体观测要到第6天实现；随着纬度增加，轨道间距变小，因此重复观测的机会增多。 在不同轨道上对同一地区进行重复观测，除了建立立体模型，进行立体量测外，主要用来获取多时相图像，分析图像信息的时间特性，监视地表的动态变化。 8.3.3 SPOT的影像特征 1 SPOT1～3 SPOT1～3卫星上的传感器HRV分成两种形式，多光谱（XS）HRV和全色（PA）HRV。多光谱HRV每个波段由3000个CCD元件组成，每个元件形成的像元相对地面上为20m*20m，即地面分辨率为20m，每个像元用8bit对亮度进行编码；全色HRV用6000个CCD元件组成一行，每个像元对应地面大小为10m*10m，即地面分辨率为10m，由于相邻像元亮度差很小，因此只用6bit进行编码。 表8-7 SPOT-1、2、3卫星的空间、光谱特性 成像方式 全色PA 多光谱XS 地面分辨率 10m 20m 成像波段 1个波段 3个波段 0.51～0.73μm 0.50～0.59μm, 0.61～0.68μm, 0.79～0.89μm 视场宽度(垂直观测时) 60km 星上数据压缩 无 DPCM(3/4) PA：0.51~0.73μm，全色波段。地面分辨率较高，为10m。 XS1：0.50~0.59μm，为绿波段。波段中心位于叶绿素反射曲线最大值，即0.55μm处，处与水蒸气衰减最小值的长波端，对于水体混浊度评价以及水深10-20m以内的干净水体的调查是十分有用的。 XS2：0.61~0.68μm，为红波段。位于叶绿素吸收带，同MSS5及TM3相关性大，受大气散射的影像较小，为可见光最佳波段，用于识别裸露的地表、植被、土壤、岩性地层、地貌现象等。 XS3：0.79~0.89μm，为近红外波段。能够很好地穿透大气层。在该波段，植被表现的特别明亮，水体表现的非常黑。 2 SPOT4 SPOT4的传感器为HRVIR和VI。HRVIR是HRV的改进型，具体的改进是：1）在HRVIR中增加了1个波长1.58~1.75μm,地面分辨率为20m的近红外波段（SWIR），对水分、植被比较敏感，常用于土壤含水量监测、植被长势调查、地质调查中的岩石分类，对于城市地物特征也有较强的突显效应；2）原10m分辨率的全色通道改为0.61~0.68μm的红色通道。这样，HRVIR共有4个波段，2种分辨率。 “植被”（VEGETATION）成像装置，是一个高辐射分辨率和1km的空间分辨率，扫描宽度约2250km的宽视场扫描仪，波段与范围基本同HRV，有3个与SPOT4的HRVIR的2、3和近红外一致，主要用于监测全球耕地、森林和草地的状态；此外，它还有1个B0（0.43-0.47μm）波段，主要用于海洋制图和大气校正。红和近红外波段的综合使用对植被和生物的研究相当有利的，全色数据可与多光谱数据配合使用。 3 SPOT5 为了确保遥感图像服务的连续性，SPOT于2002年5月4日发射了SPOT5号卫星，SPOT5号卫星上搭载有3种传感器，除了前几颗卫星上的高分辨率几何装置(HRVIR)和植被探测器(VEGETATION)外，还有一个高分辨率立体成像(HRS)装置。各种传感器的光谱和空间特性如表8-8，与SPOT1～4相比：地面分辨率几乎提高了一个数量级，最高可达2.5m；以前后模式实时获取立体像对；在运营性能上也有了大大的提高；在数据压缩、存储和传输等一系列方面都有显著的提高。 表8-8 SPOT-5卫星的空间、光谱特性 波段 分辨率 高分辨率几何装置 植被探测器 高分辨率立体成像装置 PA：0.51～0.73μm 2m -- 10m B0：0.43～0.47μm -- 1km -- B1：0.49～0.61μm 10m -- -- B2：0.61～0.68μm 10m 1km -- B3：0.78～0.89μm 10m 1km -- SWIR：1.58～1.75μm 20m 1km -- 视场宽度 60km 2250km 120km SPOT5卫星搭载两个高分辨率HRVIR传感器，像以前的卫星一样，每个HRVIR探测器都能偏转一定的角度，使得卫星能在每5天内重访同一地点，而且星上处理能力增强。 高分辨率立体成像装置用两个相机沿轨道成像，一个向前，一个向后，实时获取立体图像。较之SPOT系统前几颗卫星的旁向立体成像模式—轨道间立体成像而言，SPOT5几乎能在同一时刻以同一辐射条件获取立体像对，避免了像对间由于获取时间不同而存在的辐射差异，大大提高了获取的成功率。在制图、虚拟现实等许多领域能得到广泛的应用。 SPOT5卫星上的每个传感器只有一个线性阵列，而SPOT1-4号则有4个，大大简化了焦平面的设计，使得将来更容易地添加波段。B1、B2、B3波段使用包含12000个CCD元件的传感器，全色图像则是用两个12000的传感器来获取的。SPOT5图像极高的分辨率要求在数据传输速率上有明显的提高，SPOT5设计的数据输出速率是每秒128兆位。 4 SPOT图像其他特征 SPOT把图像上的地球自转影响考虑在内，平台可以绕航偏轴旋转，所以SPOT的图像是正方形或矩形的，而不像Landsat图像是倾斜的。 图像的周边由一些符号和注记，表明了图像的物理特性和几何特性。图像四角为4个“+”字框标号，边框上注有经纬度；其他文字数字注记分带区标出，大致说明了卫星名称（SPOT*）、传感器名称（HRV等）、成像方式（多光谱或全色）和波段、图像获取日期和时间（用世界时）、轨道数、周期、扫描角（平面反射镜视线与铅垂线之间的夹角）、图像的经纬度、太阳方位角和高度角、处理方式等具体数字、特性和名称。 §8.4 CBERS卫星及其影像 1986年国务院批准航天工业部《关于加速发展航天技术报告》，确定了研制中国资源1号卫星的任务。1988年中国和巴西两国政府联合议定书批准，在中国资源1号原 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 基础上，由中、巴两国共同投资，联合研制中巴地球资源卫星CBERS（China—Brazil Earth Resource Satellite），我国又称为ZY—1。1999年10月14日，CBERS－1进入预定的太阳同步轨道，2000年9月，CBERS－2卫星成功发射进入轨道。CBERS卫星是我国第一代传输型地球资源卫星，星上三种遥感相机可昼夜观察地球，利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站，经加工、处理成各种所需的图片，供各类用户使用。 CBERS卫星在我国国民经济的主要用途是：监测国土资源的变化，每年更新全国土地利用图；测量耕地面积，估计森林蓄积量，农作物长势、产量，草场载蓄量及其变化；监测自然和人为灾害；快速查清洪涝、地震、林火和风沙等破坏情况，估计损失，提出对策；对沿海经济开发、滩涂利用、水产养殖、环境污染提供动态情报；同时勘探地下资源、圈定黄金、石油、煤炭和建材等资源区，监督资源的合理开发。 8.4.1 CBERS的遥感系统 1 形状及工作系统 CBERS1号卫星总质量为1.45t，星体为长方体，电源采用太阳能电池加镉镍蓄电池方案，末期输出功率为1100W。卫星本体外形尺寸为2000×1800×2250mm3，飞行状态尺寸2000×8440×3215mm3。星体分舱设计，由公用服务平台和有效载荷舱两个舱段构成，舱段内采用分小舱设计，以形成分系统之间电磁和热方面的隔离。 公用服务平台包括结构、热控、电源、姿态和轨道控制、测控及星上数据管理等7个分系统。结构分系统由结构壁板、承力筒、星箭对接舱、大支架、太阳电池阵的基板和展开机构等组成。卫星姿态控制采用高精度的对地指向三轴稳定和太阳电池阵对日定向跟踪和轨道调整方案，它由测量、控制和执行等三类设备组成。测控由四个独立信道（超短波和S波段）组成，具有测速、测距和测角功能，用测距仪可单站定轨。星上数据管理和测控在地面网站的配合下，完成卫星的跟踪测轨、遥控、遥测和其他管理任务。由于卫星在地球地面站视场较小，数据管理分系统采用星上计算机来管理收发的数据，卫星在故障时能“智能化”处理。热控以被动式温控为主，电加热主动温控为辅的方案。 有效载荷舱有CCD相机、红外扫描仪（也称红外相机）、宽视场相机、高密度磁带记录仪、图像数据传输、空间环境监测和星上数据收集（DCS）等8个分系统。图像数据经编码、调制、变频和功放，由天线发射出射频信号，在卫星经过地面站上空时，被地面站接收。 2 轨道特征 CBERS采用三轴定向，是近极地、准圆形、与太阳同步、可重复、中等高度的轨道卫星。CBERS－1卫星轨道高度778km，倾角98.5°，偏心率1.1×10-3，运行周期100.26min，重复周期26d(373圈)，偏移系数（d）+9，设计寿命2年。 3 地面应用系统 资源卫星应用中心负责我国地面应用的总体工作。CBERS是我国第一次研制地球资源卫星，星上主要遥感器也是第一次研制，缺少飞行试验和与应用结合的经验。卫星上天后，各用户开展了对卫星数据的检验和评价，其中包括对图像的空间分辨率、几何精度、配准精度、辐射精度、动态范围以及信噪比等重要参数进行了评价，尤其是对CCD相机的遥感数据进行了评价。 8.4.2 CBERS的传感器 CBERS上设置了3种传感器，即20m分辨率的5谱段CCD相机，80m和160m分辨率的4谱段红外扫描仪，以及256m分辨率的2谱段宽视场成像仪，各传感器的波段和空间特征见表8-9。 CBERS卫星遥感系统共有11个谱段，4种不