第三章-遙感技術(shù)系統(tǒng)

1、第三章遙感技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)容介紹與學(xué)習(xí)目的： 本章主要介紹了遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成；攝影方式、掃描方式及雷達(dá)方式傳感器的基本結(jié)構(gòu)、成像機(jī)理；常見遙感衛(wèi)星軌道參數(shù)及其傳感器工作特點(diǎn)；航空攝影像片、專題制圖儀圖像、固體自掃描圖像、熱紅外圖像及成像雷達(dá)圖像等的特性（空間特性、波普特性、時(shí)間特性）。 通過本章的學(xué)習(xí)，要重點(diǎn)掌握本章典型遙感圖像的特性，正確理解不同遙感圖像的信息內(nèi)涵，從而達(dá)到在工作中能正確選擇和使用遙感圖像

2、的目的。,第一節(jié) 概 述 遙感技術(shù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)遙感目的的方法論、設(shè)備和技術(shù)的總稱?，F(xiàn)已成為一個(gè)從地面到高空的多維、多層次的立體化觀測(cè)系統(tǒng)。遙感技術(shù)系統(tǒng)主要有：①遙感平臺(tái)系統(tǒng)，即運(yùn)載工具。包括各種飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭、氣球、高塔、機(jī)動(dòng)高架車等；②遙感器系統(tǒng)，如各種主動(dòng)式和被動(dòng)式、成像式和非成像式、機(jī)載的和星載的傳感器及其技術(shù)保障系統(tǒng)；③數(shù)據(jù)傳輸和接收系統(tǒng)，如衛(wèi)星地面接收站、用于數(shù)據(jù)中繼的通訊衛(wèi)星等；④數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，用于地面

3、波譜測(cè)試和獲取定位觀測(cè)數(shù)據(jù)的各種地面臺(tái)站網(wǎng)；⑤數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于對(duì)原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、記錄、校正、數(shù)據(jù)管理和分發(fā)；⑥分析應(yīng)用系統(tǒng)，包括對(duì)遙感數(shù)據(jù)按某種應(yīng)用目的進(jìn)行處理、分析、判讀、制圖的一系列設(shè)備、技術(shù)和方法。遙感技術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)非常龐雜的體系。對(duì)某一特定的遙感目的來說，可選定一種最佳的組合，以發(fā)揮各分系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和總體系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。,一、遙感平臺(tái) 遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱為遙感平臺(tái)，它是遙感器賴以工作的場(chǎng)所，平

4、臺(tái)的運(yùn)行特征及其姿態(tài)穩(wěn)定狀況直接影響傳感器的性能和遙感資料的質(zhì)量。目前，遙感平臺(tái)按高度可分為地面、航空和航天遙感平臺(tái)(表3—1)。在不同高度進(jìn)行多平臺(tái)遙感，可獲得不同比例尺、分辨率和地面覆蓋面積的遙感圖像。地面遙感平臺(tái)指用于安置遙感器的三腳架、遙感塔、遙感車等，高度在100m以下，在上放置地物波譜儀、輻射計(jì)、分光光度計(jì)等，可以測(cè)定各類地物的波譜特性。航空遙感平臺(tái)指高度在100m以上，100km以下，用于各種調(diào)查、空中偵察、攝影測(cè)量的平臺(tái)

5、。航天遙感平臺(tái)一般指高度在240km以上的衛(wèi)星等，其中高度最高的要數(shù)氣象衛(wèi)星GMS所代表的靜止衛(wèi)星，它位于赤道上空3600km的高度上，Landsat，SPOT等地球衛(wèi)星高度也在700～900km之間。,二 傳感器 傳感器是記錄地物反射獲發(fā)射電磁波能量的裝置，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的核心部分，目前對(duì)成像傳感器的主要分類如下（圖3-1）：,（1）按數(shù)據(jù)記錄方式可分為成像方式傳感器和非成像方式傳感器兩大類。非成像方式傳感器記錄的是地物

6、的一些物理參數(shù)。在成像系統(tǒng)中，按成像原理又可分為攝影成像、掃描成像等類型。（2）按傳感器工作的波段可分為可見光傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。從可見光到紅外區(qū)的光學(xué)波段的傳感器統(tǒng)稱為光學(xué)傳感器，微波領(lǐng)域的傳感器統(tǒng)稱為微波傳感器。(3)按工作方式可分為主動(dòng)式傳感器和被動(dòng)式傳感器。被動(dòng)式傳感器接收目標(biāo)自身的熱輻射或反射太陽輻射，如各種攝像機(jī)、掃描儀、輻射計(jì)等；主動(dòng)式傳感器能向目標(biāo)發(fā)射強(qiáng)大的電磁波，然后接收目標(biāo)反射的回波，主要指各種形式的

7、雷達(dá)，其工作波段集中在微波區(qū)。,三、遙感衛(wèi)星地面接收站 遙感衛(wèi)星地面站是跟蹤、接收、記錄、處理遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地面系統(tǒng)。一般由地面接收站和地面處理站兩部分組成。前者由大型拋物面的主、副反射面天線和磁帶機(jī)組成，主要任務(wù)是搜索、跟蹤衛(wèi)星，接收并記錄衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)及衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)。天線具有若干波段(一般是X波段或S波段)、全半球跟蹤能力，安裝方式為方位一俯仰，并設(shè)有自動(dòng)傾斜機(jī)構(gòu)，以解決衛(wèi)星過頂?shù)母檰栴}。接收記錄的數(shù)據(jù)通常

8、通過若干磁帶機(jī)記錄在高密度數(shù)字磁帶(HDDT)上。后者由計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)和光學(xué)圖像處理系統(tǒng)組成。 計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)主要功能是對(duì)地面接收站接收記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放輸入，分幅并進(jìn)行輻射校正和幾何校正處理，最后獲得衛(wèi)星數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)兼容磁帶(CCT)和圖像產(chǎn)品。光學(xué)圖像處理系統(tǒng)主要功能是對(duì)數(shù)據(jù)處理后生成的潛影膠片進(jìn)行沖洗、放大、合成、分割，從而產(chǎn)生各種類型和規(guī)格的正負(fù)膠片和像片等產(chǎn)品。,目前世界上有一定規(guī)模的遙感衛(wèi)星地面站約有

9、25個(gè)(表3—2)，其中有18個(gè)是由接收美國(guó)陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)開始發(fā)展壯大并形成較大規(guī)模的。為了進(jìn)行全球范圍的研究，美國(guó)在全世界設(shè)置覆蓋大陸的陸地衛(wèi)星地面接收站，目前運(yùn)行的地面站已經(jīng)達(dá)21個(gè)。全球陸地僅剩南極洲、中亞、西伯利亞等少數(shù)空白區(qū)。各國(guó)的接收站每接收一幅圖，都要在當(dāng)天用微波回送到美國(guó)的地球資源觀測(cè)數(shù)據(jù)中心(EROS—Data)。覆蓋全球的衛(wèi)星系統(tǒng)，遍布全世界的地面站，使美國(guó)優(yōu)先獲得全球性的地球資源信息，為進(jìn)行全球研究提供了可能。

10、 中國(guó)遙感衛(wèi)星地面站于1986年底在北京建成并投入使用，它面向全國(guó)提供衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及空間遙感信息服務(wù)，是我國(guó)大陸唯一的國(guó)家級(jí)民用多種資源衛(wèi)星接收與處理基礎(chǔ)設(shè)施。20多年來，我國(guó)遙感地面站在接收、處理、存檔、分發(fā)各類對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)接收與處理相關(guān)技術(shù)的研究上取得了重大進(jìn)步，從建成時(shí)只能夠接收處理一顆光學(xué)遙感衛(wèi)星發(fā)展到現(xiàn)在能接收處理十多顆衛(wèi)星，譜段涵蓋光學(xué)與微波，分辨率從1000m到2.5m，同時(shí)代理分發(fā)0.6

11、1m高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了重大的突破。 目前，中國(guó)遙感地面站是國(guó)際資源衛(wèi)星地面站網(wǎng)成員，是世界上接收與處理衛(wèi)星數(shù)量最多的地面站之一，分別與美國(guó)、歐空局、加拿大、法國(guó)、印度等國(guó)家和組織的衛(wèi)星管理機(jī)構(gòu)簽訂了衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收協(xié)議。正在接收美國(guó)LANDSAT-5，7，法國(guó)SPOT-2，4，5，加拿大RADARSAT-1，歐空局ENVISAT-1和ERS-1／2，印度RESOURCESAT-1，美國(guó)Terra和Aqua，以及中巴合作

12、的CBERS-02B等11顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了全天候、全天時(shí)的對(duì)地觀測(cè)。,四、遙感信息的傳輸 遙感平臺(tái)上遙感器所收集的信息只有準(zhǔn)確、及時(shí)地送回地面并迅速進(jìn)行處理，才能加以利用。遙感信息向地面?zhèn)鬏斠话悴捎靡韵聝煞N方式。1．直接回收 這是遙感信息傳輸?shù)某跫?jí)形式，是在遙感平臺(tái)返回地面后，直接回收遙感器輸出的磁帶或膠片，如飛機(jī)、航天飛機(jī)等，或由遙感平臺(tái)按地面指令使再入艙與儀器艙分離，獨(dú)立返回地面，然后從再人艙內(nèi)取

13、出磁帶或膠片，如國(guó)土衛(wèi)星等。直接回收比較容易，利于保密，但不能實(shí)時(shí)傳輸。2．視頻數(shù)據(jù)傳輸 視頻數(shù)據(jù)傳輸是將遙感器收集的目標(biāo)物信息，用無線電發(fā)往地面接收站，它是將探測(cè)器輸出的視頻數(shù)據(jù)，通過通信設(shè)備，以s波段(2000～4000MHz)15Mbps均數(shù)據(jù)率、x波段(8000～12500MHz)85Mbps的數(shù)據(jù)率或Ku波段(12500～18000MHz)等視頻信道向地面發(fā)送。視頻數(shù)據(jù)可以在地面接收站視野內(nèi)或經(jīng)跟蹤和數(shù)據(jù)中繼

14、衛(wèi)星(TDRS)、國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星(DOMSAT)在地面接收站視距作用范圍以外區(qū)域，進(jìn)行實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)傳輸(圖3—2)，也可以先將數(shù)據(jù)暫時(shí)記錄在平臺(tái)上的寬帶視頻磁帶機(jī)，待平臺(tái)飛越地面站上空時(shí)再向地面?zhèn)魉?，稱為非實(shí)時(shí)(延時(shí))傳輸。,第二節(jié)典型傳感器工作方式 傳感器是測(cè)量和記錄被探測(cè)物體的電磁波特性的工具，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的重要組成部分，是遙感成像技術(shù)的核心。一、傳感器的基本組成及工作原理 無論哪一種傳感器，它們

15、基本是由收集系統(tǒng)(收集器)、探測(cè)系統(tǒng)(探測(cè)器)、信息轉(zhuǎn)化系統(tǒng)(處理器)和記錄系統(tǒng)(輸出器)四部分組成(圖3—3)。,1．收集器 收集地物輻射來的能量。具體的元件如透鏡組、反射鏡組、天線等。對(duì)于多波段遙感，收集系統(tǒng)還包括按波段分波束的元件，例如濾光片、棱鏡、光柵等。2．探測(cè)器 將收集的輻射能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能或電能。常用的探測(cè)元件有感光膠片、光電管、光敏和熱敏探測(cè)元件、共振腔諧振器等。3．處理器

16、 對(duì)收集的信號(hào)進(jìn)行處理。如顯影、定影、信號(hào)放大、變換、校正和編碼等。具體的處理器類型有攝影處理裝置和電子處理裝置。4．輸出器 輸出獲取的數(shù)據(jù)。輸出器類型有掃描曬像儀、陰極射線管、電視顯像管、磁帶記錄儀、XY彩色噴筆記錄儀等。,二、傳感器的性能 傳感器的性能表現(xiàn)在多方面，其中最具實(shí)用意義的指標(biāo)是傳感器的分辨率。分辨率是遙感技術(shù)及其應(yīng)用中的一個(gè)重要概念，也是衡量遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量特征的一個(gè)重要指標(biāo)，它包括空間分

17、辨率、光譜分辨率和輻射分辨率、時(shí)間分辨率。1．空間分辨率 空間分辨率是指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小，是用來表征影像、分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力的指標(biāo)。通常用像元大小、像解率或瞬時(shí)視場(chǎng)來表示。 像元是指將地面信息離散化而形成的格網(wǎng)單元，單位為米(m)或千米(km)。如圖3—4所示，圖中正方形的每一個(gè)單元網(wǎng)格代表一個(gè)像元。像元大小與遙感影像空間分辨率高低密切相關(guān)，像元越小空間分辨率越大。如美國(guó)Qui

18、ckBird商業(yè)衛(wèi)星一個(gè)像元相當(dāng)?shù)孛婷娣e0．61m×0.61m．其空問分辨率為0.61m；Landsat衛(wèi)星的TM圖像的一個(gè)像元相當(dāng)?shù)孛婷娣e28．5m×28．5m，簡(jiǎn)稱空間分辨率30m；NOAA／AVHRR一個(gè)像元約相當(dāng)?shù)孛婷娣e1100m×1100m，簡(jiǎn)稱空間分辨率1.1km(或lkm)。像元是掃描影像的基本單元，是成像過程中或用計(jì)算機(jī)處理時(shí)的基本采樣點(diǎn)，由亮度值表示。,像解率是用單位距離內(nèi)能分辨的線寬或間

19、隔相等的平行細(xì)線的條數(shù)來表示，單位為線／mm或線對(duì)／mm。 瞬時(shí)視場(chǎng)(IFOV) 是指?jìng)鞲衅鲀?nèi)單個(gè)探測(cè)元件的受光角度或觀測(cè)視野，單位為毫弧度(mrad)。瞬時(shí)視場(chǎng)越小，最小分辨單元(可分像素)越小，空間分辨率越高。瞬時(shí)視場(chǎng)取決于遙感光學(xué)系統(tǒng)和探測(cè)器大小。一個(gè)瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)的信息，表示一個(gè)像元。然而，在任何一個(gè)給定的瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)，往往包含著不止一種地面覆蓋類型，它所記錄的是一種復(fù)合信號(hào)，因此一般圖像包含的是“純”像元和“混合”

20、像元的集合體，這依賴于瞬時(shí)視場(chǎng)的大小和地面物體的空間復(fù)雜性。 對(duì)于現(xiàn)代的光電傳感器圖像，空間分辨率通常用地面分辨率和影像分辨率來表示。地面分辨率定義為影像能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元(像元)所代表的地面實(shí)際尺寸的大小。對(duì)于某特定的傳感器地面分辨率R是不變的定值，印制出來的遙感影像的比例尺可以放大或縮小，地面分辨率在不同的比例尺的具體影像上的反映，稱為影像分辨率，它會(huì)隨影像比例尺的變化而變化。只有當(dāng)生成硬拷貝遙感像片時(shí)，才使用影

21、像分辨率，計(jì)算機(jī)熒屏上的影像沒有影像分辨率之說。例如陸地衛(wèi)星上的傳感器TM的地面分辨率為30m×30m．在1：10萬圖像上，其影像分辨率則為0．3mm。因此，影像分辨率隨影像比例尺的不同而變化。,2．光譜分辨率 光譜分辨率是指?jìng)鞲衅魉苡涗浀碾姶挪ㄗV中，某一特定的波長(zhǎng)范圍值。波長(zhǎng)范圍值越寬，光譜分辨率越低。例如，MSS多光譜掃描儀的波段數(shù)為5(指有5個(gè)通道)，波段寬度約為100～2000nm；而成像光譜儀的波段

22、數(shù)可達(dá)到幾十甚至幾百個(gè)波段，波段寬度則為5～10nm。光譜分辨率越高，區(qū)分具有微小波譜特征差異地物的能力越強(qiáng)，數(shù)據(jù)量越大，數(shù)據(jù)傳輸、處理越困難，各波段間數(shù)據(jù)的相關(guān)性越大。地物輻射特性不利于快速探測(cè)和識(shí)別地物，因此光譜分辨率應(yīng)服從應(yīng)用目的，結(jié)合地物特征波譜位置分析，選擇能夠提供最大信息量的最佳波段和多波段組合。,3．輻射分辨率 輻射分辨率指?jìng)鞲衅鲗?duì)光譜信號(hào)強(qiáng)弱的敏感程度、區(qū)分能力，即探測(cè)器的靈敏度。它是傳感器感探測(cè)元件在接收

23、光譜信號(hào)時(shí)能分辨的最小輻射度差，或指對(duì)兩個(gè)不同輻射源的輻射量的分辨能力。輻射分辨率一般用灰度的分級(jí)數(shù)來表示，即最暗至最亮灰度值(亮度值)間分級(jí)的數(shù)目。輻射分辨率對(duì)于目標(biāo)識(shí)別是一個(gè)很有意義的元素，例如Landsat衛(wèi)星MSS多光譜掃描儀，起初以6bits(取值范圍0～63)記錄反射輻射值，經(jīng)數(shù)據(jù)處理把其中3個(gè)波段擴(kuò)展到7bits(取值范圍0—127)；而Landsat-4，5衛(wèi)星搭載的TM專題制圖儀，7個(gè)波段中的6個(gè)波段在30m×

24、;30m的空間分辨率內(nèi)，其數(shù)據(jù)的記錄以8bits(取值范圍0～255)，顯然TM比MSS的輻射分辨率提高，圖像的可檢測(cè)能力增強(qiáng)。對(duì)于空間分辨率與輻射分辨率而言，需要說明的是，一般瞬時(shí)視場(chǎng)越大，最小可分像素越大，空間分辨率越低；但是，瞬時(shí)視場(chǎng)越大，光通量即瞬時(shí)獲得的入射能量越大，輻射測(cè)量越敏感，對(duì)微弱能量差異的檢測(cè)能力越強(qiáng)，則輻射分辨率越高。因此，空間分辨率越大，將伴之以輻射分辨率的降低?？梢?，高空間分辨率與高輻射分辨率難以兩全，它們之間

25、必須有所折中。,4．時(shí)間分辨率 時(shí)間分辨率是傳感器成像間隔的一項(xiàng)性能指標(biāo)。傳感器對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)(變化)須進(jìn)行連續(xù)、均勻、不間斷的探測(cè)，其對(duì)同一目標(biāo)重復(fù)成像的周期即為時(shí)間分辨率。時(shí)間分辨率有不同的數(shù)量級(jí)，主要包括：超短或短周期時(shí)間分辨率，主要針對(duì)氣象衛(wèi)星系列(極軌和靜止氣象衛(wèi)星)，以“小時(shí)”為單位，可以用來反映一天以內(nèi)的變比；中周期時(shí)間分辨率，主要指對(duì)地觀測(cè)的資源衛(wèi)星系列，以“天”為單位，可以用來反映月、旬、年內(nèi)的變化；長(zhǎng)周

26、期時(shí)間分辨率，主要指較長(zhǎng)時(shí)間間隔的各類遙感信息，用以反映“年”為單位的變化。,三、典型傳感器介紹 遙感傳感器是獲取遙感數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備，由于設(shè)計(jì)和獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)不同，傳感器的種類也就繁多，目前遙感中使用的傳感器類型大體上可分為：①攝影類型的傳感器；②掃描成像類型的傳感器；③雷達(dá)成像類型的傳感器；④非成像類型的傳感器。以下將就前三類的典型傳感器進(jìn)行介紹。 ’ (一)光學(xué)攝影類傳感器 這種類型傳感器的基本工

27、作原理為經(jīng)過透鏡(組)，按幾何光學(xué)的成像原理聚焦構(gòu)像，利用感光材料，通過光化學(xué)反應(yīng)直接感測(cè)和記錄目標(biāo)物反射的可見光和攝影紅外波段電磁輻射能，在膠片或像紙上形成目標(biāo)物固化影像。其優(yōu)點(diǎn)是空間分辨率高、成本低、操作易、信息容量大；缺點(diǎn)是局限在0．3～1．3μm波譜段，影像幾何畸變較嚴(yán)重，成像受氣候、光照條件和大氣效應(yīng)的限制。 典型的光學(xué)攝影類傳感器是各類攝影機(jī)，按結(jié)構(gòu)及膠片曝光方式可分為幀幅攝影機(jī)、縫隙攝影機(jī)、多光譜攝影機(jī)和全景

28、攝影機(jī)。,1．幀幅式攝影機(jī) 這是大家最為熟悉的一種傳感器。主要由收集器、物鏡、探測(cè)器和感光膠片組成，另外還需有暗盒、快門、光柵、機(jī)械傳動(dòng)裝置等。曝光后的底片上只有一個(gè)潛像，須經(jīng)攝影處理后才能顯示出影像來。這種傳感器的成像原理是在某一個(gè)攝影瞬間獲得一張完整的像片(18cm x 18cm或23em X 23em幅面)，一張像片上的所有像點(diǎn)共用一個(gè)攝影中心和同一個(gè)像片面。 2．縫隙攝影機(jī) 縫隙攝影機(jī)又稱航帶攝影

29、機(jī)。在飛機(jī)或衛(wèi)星上，攝影瞬間所獲取的影像，是與航向垂直，且與縫隙等寬的一條地面影像。這是由于在攝影機(jī)焦平面前方放置一開縫的擋板，將縫隙外的影像全擋去的緣故(圖3—5)。,當(dāng)飛機(jī)或衛(wèi)星向前飛行時(shí)，攝影機(jī)焦平面上與飛行方向成垂直的狹縫中的影像，也連續(xù)變化。如果攝影機(jī)內(nèi)的膠片也不斷地進(jìn)行卷繞，且其速度與地面在縫隙中的影像移動(dòng)速度相同，就能得到連續(xù)的條帶狀的航帶攝影負(fù)片。當(dāng)飛機(jī)航速與膠片卷繞速度不匹配時(shí)，影像會(huì)產(chǎn)生仿射畸變?？p隙攝影機(jī)投影性質(zhì)，

30、對(duì)于瞬間獲取的一條縫隙寬度的影像，仍為中心投影。但對(duì)于條帶影像，由于是在攝影機(jī)隨飛行器移動(dòng)的情況下連續(xù)獲得，因此與框幅式影像的投影性質(zhì)就不一樣，其航跡線影像為正射投影，而其他部分的像點(diǎn)，是相對(duì)各自縫隙內(nèi)的攝影中心的中心投影，稱之為多中心投影。另外，搭載此類傳感器的飛行器，其位移和姿態(tài)變化會(huì)使影像產(chǎn)生復(fù)雜的幾何畸變。,3．多光譜攝影機(jī) 它是為了攝取不同波段同一目標(biāo)物的多光譜像片而設(shè)計(jì)的。其構(gòu)造與一般普通航空攝影機(jī)相似，但具有

31、多鏡頭、多通道的特點(diǎn)。常見的多光譜攝影機(jī)可分為三種類型，即多像機(jī)型、多鏡頭型、單鏡頭分光譜型。多鏡頭型是在一架航空攝影機(jī)上，安置幾個(gè)光學(xué)特性一致的鏡頭，以攝取不同波段同一地區(qū)的像片。多像機(jī)型是將幾架航空攝影機(jī)安裝在同一飛機(jī)上，就組合成了多機(jī)型的攝的中心投影，稱之為多中心投影。另外，搭載此類傳感器的飛行器，其位移和姿態(tài)變化會(huì)使影像產(chǎn)生復(fù)雜的幾何畸變。3．多光譜攝影機(jī) 它是為了攝取不同波段同一目標(biāo)物的多光譜像片而設(shè)計(jì)的。其構(gòu)

32、造與一般普通航空攝影機(jī)相似，但具有多鏡頭、多通道的特點(diǎn)。常見的多光譜攝影機(jī)可分為三種類型，即多像機(jī)型、多鏡頭型、單鏡頭分光譜型。 多鏡頭型是在一架航空攝影機(jī)上，安置幾個(gè)光學(xué)特性一致的鏡頭，以攝取不同波段同一地區(qū)的像片。多像機(jī)型是將幾架航空攝影機(jī)安裝在同一飛機(jī)上，就組合成了多機(jī)型的攝影機(jī)。各架像機(jī)之間，光軸互相平行，按動(dòng)一個(gè)快門按鈕，即可使幾個(gè)快門同時(shí)工作，從而對(duì)地物進(jìn)行多光譜攝影。單鏡頭分光譜像機(jī)的特點(diǎn)是采用棱鏡將光束分

33、離成幾個(gè)波段再進(jìn)行攝影，或利用響應(yīng)不同波段的多感光層膠片進(jìn)行多光譜攝影，膠片經(jīng)攝影處理后，得到的是一張合成了的多光譜像片，如彩色攝影和紅外彩色攝影。,4．全景攝影機(jī) 全景攝影機(jī)又稱掃描攝影機(jī)。全景攝影機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖3—6所示，它是在物鏡焦面上平行于飛行方向設(shè)置一狹縫，并隨物鏡作垂直航線方向掃描，得到一幅掃描成的影像圖，因此稱掃描像機(jī)，又由于物鏡擺動(dòng)的幅面很大，能將航線兩邊的地平線內(nèi)的影像都攝人底片，因此又稱它為全景攝影機(jī)。

34、,全景攝影機(jī)的特點(diǎn)是焦距長(zhǎng)，有的達(dá)600mm以上。幅面大，可在長(zhǎng)約23cm寬達(dá)128cm的膠片上成像。這種攝影機(jī)的精密透鏡既小又輕，掃描視場(chǎng)很大，有時(shí)能達(dá)180°這種攝影機(jī)是利用焦平面上一條平行于飛行方向的狹縫來限制瞬時(shí)視場(chǎng)，因此在攝影瞬間得到的是地面上平行于航跡線的一條很窄的影像，當(dāng)物鏡沿垂直航線方向擺動(dòng)時(shí)，就得到一幅全景像片。這種攝影機(jī)的底片呈弧狀放置，當(dāng)物鏡掃描一次后，底片旋進(jìn)一幅。由于每個(gè)瞬間的影像都在物鏡中心一個(gè)很小

35、的視場(chǎng)內(nèi)構(gòu)像，因此每一部分的影像都很清晰，像幅兩邊的分辨力明顯提高。但由于全景像機(jī)的像距保持不變，而物距隨掃描角增大而增大，因此出現(xiàn)兩邊比例尺逐漸縮小的現(xiàn)象，整個(gè)影像產(chǎn)生所謂全景畸變，再加上掃描的同時(shí)，飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，以及掃描鏡擺動(dòng)的非線性等因素，使影像的畸變更為復(fù)雜，圖3—7為地面上正方形格網(wǎng)在全景像片上的形狀．,(二)掃描成像類型的傳感器 掃描成像類型的傳感器是逐點(diǎn)逐行地以時(shí)序方式獲取二維圖像。有兩種主要的形式，一是對(duì)物

36、面掃描的成像儀，它的特點(diǎn)是對(duì)地面直接掃描成像，這類儀器如紅外掃描儀、多光譜掃描儀、成像光譜儀、自旋和步進(jìn)式成像儀及多頻段頻譜儀等；二是瞬間在像面上先形成一條線圖像，甚至是一幅二維影像，然后對(duì)影像進(jìn)行掃描成像，這類儀器有線陣列CCD推掃式成像儀，電視攝像機(jī)等。 1．紅外掃描儀 典型的機(jī)載紅外掃描儀的結(jié)構(gòu)如圖3—8所示。它的具體結(jié)構(gòu)元件有一個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描鏡，一個(gè)反射鏡系統(tǒng)，一個(gè)探測(cè)器，一個(gè)制冷設(shè)備，一個(gè)電子處理裝置和一個(gè)輸出裝

37、置。 紅外掃描儀掃描成像過程是當(dāng)旋轉(zhuǎn)棱鏡旋轉(zhuǎn)，第一個(gè)鏡面對(duì)地面橫越航線方向掃視一次，掃描視場(chǎng)內(nèi)的地面輻射能，由刈幅的一邊到另一邊依次進(jìn)入傳感器，經(jīng)探測(cè)器輸出視頻信號(hào)，再經(jīng)電子放大器放大和調(diào)制，在陰極射線管上顯示出一條相應(yīng)于地面掃描視場(chǎng)內(nèi)的景物的圖像線，這條圖像線經(jīng)曝光后在底片上記錄下來。接著第二個(gè)掃描鏡面掃視地面，由于飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，膠片也作同步旋轉(zhuǎn)，記錄的第二條圖像正好與第一條銜接。依次下去，就得到一條與地面范圍相應(yīng)的二

38、維條帶圖像。由于地面分辨力隨掃描角發(fā)生變化，因此紅外掃描影像會(huì)產(chǎn)生畸變，這種畸變通常稱之為全景畸變，其形成原因與全景攝影機(jī)類似。 紅外掃描儀還存在一個(gè)溫度分辨力的問題，溫度分辨力與探測(cè)器的響應(yīng)率尺和傳感器系統(tǒng)內(nèi)的噪聲N有直接關(guān)系。為了獲得較好的溫度鑒別力，紅外系統(tǒng)的噪聲等效溫度限制在0.1—0.5 K之間，而系統(tǒng)的溫度分辨力一般為等效噪聲溫度的2～6倍。,2．TM專題制圖儀 ’ TM專題制圖儀是一個(gè)高級(jí)

39、的多波段掃描型的儀器，包括七個(gè)光譜段，第一到第五譜段和第七譜段是可見光、近紅外和短波紅外譜段，第六譜段是熱紅外譜段。可見光、近紅外和短波紅外譜段的瞬時(shí)視場(chǎng)為30m(軌道高度705krn)，熱紅外譜段的瞬時(shí)視場(chǎng)分辨率為120m。由于改善了空間分辨率，擴(kuò)大了光譜搜蓋范圍，所以它能用于地球資源分類和繪制多種專題地圖。 TM專題制圖儀結(jié)構(gòu)如圖3—9所示，它的主反射鏡位于儀器的中下方，在它的前面是光學(xué)擋光片和第二反射鏡。第二反射鏡由支

40、柱安裝到望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)支架上。主反射鏡的后面是掃描行改正器、內(nèi)部標(biāo)定器和主焦面。內(nèi)部標(biāo)定器采用白熾燈，通過纖維光束作為第一到第五和第七譜段的光源，第六譜段采用的是可控溫度黑體。掃描行改正器是一具有小型的、由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的雙反射鏡像平面掃描系統(tǒng)，它的旋轉(zhuǎn)速率與衛(wèi)星軌道速度大小相同，但方向相反。通過反射鏡的主動(dòng)掃描，直接校正像的運(yùn)動(dòng)。輻射制冷器、后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器陣列位于儀器尾部末端。電子線路安裝在一個(gè)楔形盒內(nèi)，固定在望遠(yuǎn)鏡的上方。專題制圖儀

41、的主要性能參數(shù)見表3—3。,3．HRV線陣列推掃式掃描儀 HRV是一種線陣列推掃式掃描儀，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)如圖3—10所示。儀器中有一個(gè)平面反射鏡，將地面輻射來的電磁波反射到反射鏡組，然后聚焦在CCD線陣列元件上，CCD的輸出端以一路時(shí)序視頻信號(hào)輸出。由于使用線陣列的CCD元件作探測(cè)器，在瞬間能同時(shí)得到垂直航線的一條圖像線，不需要用擺動(dòng)的掃描鏡，如縫隙攝影機(jī)那樣，以“推掃”方式獲取沿軌道的連續(xù)圖像條帶。CCD稱電荷耦合器件，是

42、一種由硅等半導(dǎo)體材料制成的固體器件，受光或電激發(fā)產(chǎn)生的電荷靠電子或空穴運(yùn)載，在固體內(nèi)移動(dòng)，達(dá)到一路時(shí)序輸出信號(hào)。,4．成像光譜儀 成像光譜儀是新一代傳感器，在20世紀(jì)80年代初正式開始研制，研制這類儀器的主要目的是在獲取大量地物目標(biāo)窄波段連續(xù)光譜圖像的同時(shí)，獲得每個(gè)像元幾乎連續(xù)的光譜數(shù)據(jù)，因而稱為成像光譜儀。目前已存在成像光譜儀在可見光一紅外波段范圍內(nèi)，可以被分割成幾百個(gè)窄波段，具有很高的光譜分辨率。從其近乎連續(xù)的光譜曲線

43、上，可以分辨出不同物體光譜特征的微小差異，有利于識(shí)別更多的目標(biāo)，因此，成像光譜儀主要應(yīng)用于高光譜遙感。 成像光譜儀所依據(jù)的原理和結(jié)構(gòu)可分為兩大類型，一類可稱為線陣探測(cè)器CCD加光機(jī)掃描型(圖3—11)，另一類為面陣CCD探測(cè)器加空間推掃型(圖3～12)。,前者實(shí)際上是多光譜掃描儀MSS和TM向更多光譜段的發(fā)展，所以具有線陣CCD與縫隙式攝影成像相同的行中心投影關(guān)系和多光譜掃描儀類似的技術(shù)特點(diǎn)：①空間掃描通過掃描鏡擺動(dòng)完成

44、，從而可以獲得大的視場(chǎng)(可高達(dá)90°)；②像元配準(zhǔn)好，不同波段任何時(shí)候都能凝視同一像元；③光譜覆蓋范圍比較大，可以從可見光一直到熱紅外波段；④進(jìn)一步提高光譜分辨率、空間分辨率和輻射靈敏度比較困難。 第二類成像光譜儀實(shí)際上是SPOT推掃式掃描儀的進(jìn)一步發(fā)展，所以具有面陣CCD與推掃式攝影成像相同的中心投影關(guān)系和HRV類似的特點(diǎn)：①像元的凝視時(shí)間長(zhǎng)，可以獲得較高的系統(tǒng)靈敏度和空間分辨率；②在可見光波段，由于器件很成

45、熟，光譜的分辨率可以做得相當(dāng)高。但是各個(gè)光譜通道之間的配準(zhǔn)有一定難度，光學(xué)設(shè)計(jì)不容易，故總視場(chǎng)一般只能達(dá)到30°左右；③中紅外特別是熱紅外譜區(qū)，受器件的限制很大，目前尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，難于覆蓋到這一譜段。,像光譜儀MODIS，作為美國(guó)EOS計(jì)劃第一顆衛(wèi)星TERRA(EOS—AM一1)的主要傳感器，已于1999年升空。其巨大的應(yīng)用前景和免費(fèi)接收政策，促使MODIS接收處理站在全球，如雨后春筍般地冒出來，MODIS將成為宏觀資源

46、和環(huán)境遙感的重要信息源。MODIS從可見光到紅外共分36個(gè)波段，采用線陣CCD探測(cè)器與光機(jī)掃描相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，星下點(diǎn)的地面分辨率為250m，500m和1000m，衛(wèi)星軌道與太陽同步。上午10：30過境，掃幅寬度2330km，每天基本上可覆蓋全球一次。 MODIS的光電轉(zhuǎn)換由一個(gè)雙面掃描鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)地面掃描，以每次10km的寬度收集地物目標(biāo)的波譜信號(hào)，經(jīng)鏡頭聚焦到星上的探測(cè)器。由于不同波段需用不同的探測(cè)器，因此在物鏡前設(shè)置了分

47、光鏡，分光后，分別送到可見光(VIS)、近紅外(NIR)、短波紅外(SWIR)與中波紅外(MWIR)以及長(zhǎng)波紅外(LWIR)四個(gè)物鏡與焦平面部件。在焦平面分別安置響應(yīng)不同波段的探測(cè)器和A／D變換器，把地物目標(biāo)的模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)格式化器和緩沖器，將信號(hào)輸出，通過系統(tǒng)校正處理提供產(chǎn)品。,由于高光譜分辨力和高空間分辨力，隨之而來的是數(shù)據(jù)量的急劇增加，必須考慮海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法，其中之一是實(shí)時(shí)地選擇有效波段，并能根據(jù)需要靈活地改

48、變波段寬度和空間分辨力。這樣在未來的成像光譜儀傳感器系統(tǒng)中必然要有智能型的實(shí)時(shí)控制和處理能力。另外，與其他遙感數(shù)據(jù)一樣，成像光譜數(shù)據(jù)也經(jīng)受著大氣、遙感平臺(tái)姿態(tài)、地形因素的影響，產(chǎn)生橫向、縱向、扭曲等幾何畸變及邊緣輻射效應(yīng)，因此在數(shù)據(jù)提供給用戶使用之前必須進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的內(nèi)容主要包括平臺(tái)姿態(tài)的校正，沿飛行方向和掃描方向的幾何校正以及圖像邊緣輻射校正。,(三)雷達(dá)成像類型的傳感器 雷達(dá)是一種主動(dòng)式的微波遙感傳感器，它有側(cè)

49、視雷達(dá)和全景雷達(dá)兩種形式，其中在地學(xué)領(lǐng)域主要使用側(cè)視雷達(dá)。側(cè)視雷達(dá)是向遙感平臺(tái)行進(jìn)的垂直方向的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)射微波，再接收由目標(biāo)反射或散射回來的微波。通過觀測(cè)這些微波信號(hào)的振幅、相位、極化以及往返時(shí)間，就可以測(cè)定目標(biāo)的距離和特性。側(cè)視雷達(dá)成像與航空攝影不同，航空攝影利用太陽光作為照明源，而側(cè)視雷達(dá)利用發(fā)射的電磁波作為照射源，它與普通脈沖式雷達(dá)的結(jié)構(gòu)大體上相近。圖3—13為脈沖式雷達(dá)的一般組成格式，它由一個(gè)發(fā)射機(jī)，一個(gè)接收機(jī)，一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)和

50、一根天線等構(gòu)成。發(fā)射機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測(cè)地區(qū)發(fā)射。地物反射脈沖信號(hào)，也由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進(jìn)入接收機(jī)。接收的信號(hào)在顯示器上顯示或記錄在磁帶上。,雷達(dá)工作時(shí)，其上的發(fā)射器通過天線在很短的微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)發(fā)射一束能量很強(qiáng)的脈沖波，當(dāng)遇到地面物體時(shí)，被反射回米的信號(hào)再被天線接收。由于系統(tǒng)與地物距離不同，同時(shí)發(fā)出的脈沖，接收的時(shí)間則不同(圖3一14)。雷達(dá)接收到的回波中，含有多種信息。如雷達(dá)到目標(biāo)的距離、方位，雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)速度

51、(即作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的多普勒頻移)，目標(biāo)的反射特性等。其中距離信息可用下式表示： R=1/2（νt） 式中：R是雷達(dá)到目標(biāo)的距離；ν電磁波傳播速度；t是雷達(dá)和目標(biāo)間脈沖往返的時(shí)間。 雷達(dá)接收到的回波強(qiáng)度是系統(tǒng)參數(shù)和地面目標(biāo)參數(shù)的復(fù)雜函數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)包括雷達(dá)波的波長(zhǎng)、發(fā)射功率、照射面積和方向、極化等。地面目標(biāo)參數(shù)與地物的復(fù)介電常數(shù)、地面粗糙度等有關(guān)。,按天線的結(jié)構(gòu)不同。側(cè)視雷達(dá)又分為真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)(RA

52、R)和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)(SAR)。1．真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá) 真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)的工作原理如圖3一15所示。天線裝在飛機(jī)的側(cè)面，發(fā)射機(jī)向側(cè)向面內(nèi)發(fā)射一束窄脈沖，地物反射的微波脈沖，由天線收集后，被接收機(jī)接收。由于地面各點(diǎn)到飛機(jī)的距離不同，接收機(jī)接收到許多信號(hào)，以它們到飛機(jī)距離的遠(yuǎn)近，先后依序記錄。信號(hào)的強(qiáng)度與輻照帶內(nèi)各種地物的特性、形狀和坡向等有關(guān)。如圖3—15中的a，b，c，d，e等各處的地物，a處由于地物隆起，反射面朝向天

53、線，出現(xiàn)強(qiáng)反射；b處為陰影，無反射；c處為草地，是中等反射；d處為金屬結(jié)構(gòu)，電導(dǎo)率大，出現(xiàn)最強(qiáng)反射；e處為平滑表面，出現(xiàn)鏡面反射，回波很弱?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)電子處理器的處理，在陰極射線管上形成一條相應(yīng)于輻照帶內(nèi)各種地物反射特性的圖像線，記錄在膠片上。飛機(jī)向前飛行時(shí)，對(duì)一條一條輻照帶連續(xù)掃描，在陰極射線管處的膠片與飛機(jī)速度同步轉(zhuǎn)動(dòng)，就得到沿飛機(jī)航線側(cè)面的由回波信號(hào)強(qiáng)弱表示的條帶圖像。,真實(shí)的孔徑側(cè)視雷達(dá)的地面分辨率包括距離分辨率和方位分辨率兩種

54、。距離分辨率是脈沖發(fā)射的方向上，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離(圖3～16)，它與脈沖寬度有關(guān)，用下式子表示： Rr= τ /2 *csecΦ 其中Rr距離分辨率；c為光速；τ為脈沖寬度；Φ為雷達(dá)波束俯角。另外真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)的距離分辨率與距離無關(guān)。若要提高距離分辨率，從上式分析，需要減小脈沖寬度，但這樣將使作用距離減小。目前一般是采用脈沖壓縮技術(shù)來提高距離分辨率。此外，在Φ=50°，脈沖寬

55、度為0.1μs時(shí)，距離分辨率為23m，圖中，A，B兩點(diǎn)相距20m，不能被分辨。當(dāng)Φ=35°，脈沖寬度不變時(shí)，距離分辨率為18m，C，D兩點(diǎn)相距20m，可以被分辨。這就是說，俯角越大，距離分辨率低；反之則距離分辨率提高。,方位分辨率是指相鄰的兩束脈沖之間，能分辨兩個(gè)目標(biāo)的最小距離，它與波瓣角β有關(guān)（圖3一17)。雷達(dá)發(fā)射的微波向四面八方輻射，呈花瓣?duì)睿Q波瓣，但以一個(gè)方向?yàn)橹鳎Q為主瓣，其他方向輻射能小，形成副瓣，其中β稱為波瓣

56、角。這時(shí)的方位分辨率為： Rβ=GR 式中：Rβ為方位分辨率；λ為波長(zhǎng)；d為天線孔徑；GR為觀測(cè)距離。要提高方位分辨率，需采用波長(zhǎng)較短的電磁波，加大天線孔徑和縮短觀測(cè)距離。這幾項(xiàng)措施無論在飛機(jī)上或衛(wèi)星上使用時(shí)都受到限制。目前是利用合成孔徑側(cè)視雷達(dá)來提高側(cè)視雷達(dá)的方位分辨率。,2．合成孔徑側(cè)視雷達(dá) 合成孔徑側(cè)視雷達(dá)是利用遙感平臺(tái)的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)小孔徑的天線安裝在平臺(tái)的側(cè)方，以代替大

57、孔徑的天線，提高方位分辨率的雷達(dá)(圖3—18)。要用小孔徑雷達(dá)天線代替大孔徑雷達(dá)天線，在地面上通常采用若小孔徑天線組成陣列，即把一系列彼此相連、性能相同的天線，等距離地布設(shè)在一條直線上，利用它們接收窄脈沖信號(hào)(目標(biāo)地物后向散射的相位、振幅等)，以獲得較高的方位分辨率。天線陣列的基線愈長(zhǎng)，方向性愈好。,合成孔徑側(cè)視雷達(dá)的工作原理是：遙感平臺(tái)在勻速前進(jìn)運(yùn)動(dòng)中，以一定的時(shí)間間隔發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)，天線在不同位置上接收回波信號(hào)，并記錄和儲(chǔ)存下來。

58、將這些在不同位置上接收的信號(hào)合成處理，得到與真實(shí)天線接收同一目標(biāo)回波信號(hào)相同的結(jié)果。這樣就使一個(gè)小孔徑天線，起到了大孔徑天線的同樣作用。合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)與真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)相比，最大的優(yōu)點(diǎn)在于它的方位分辨率與距離R無關(guān)。這樣的系統(tǒng)既可以放在航空器上，又可以放在航天器上，不會(huì)因?yàn)榕c地物的距離遠(yuǎn)而減少分辨率。理論計(jì)算表明，合成孔徑雷達(dá)在沿航跡的方向上，像元尺寸(分辨率)為 Rs= d/2式中：Rs為方位分辨率；d為天線沿

59、航跡方向的長(zhǎng)度(不是全部天線的總長(zhǎng)度)。例如，合成孔徑雷達(dá)天線裝置在宇宙飛船上，總長(zhǎng)度為2km，它由多個(gè)小天線排成一陣列，每一個(gè)小天線真實(shí)孔徑為8m，雷達(dá)波長(zhǎng)4m，飛船天線側(cè)向與目標(biāo)地物的距離為400km時(shí)，該合成孔徑的方位分辨率為4m；如果以8m小天線真實(shí)孔徑作側(cè)視雷達(dá)天線，其方位分辨率為2000m；如果以天線全長(zhǎng)2km為真實(shí)孔徑天線，其方位分辨率為8m(圖3一19)。,第三節(jié)遙感衛(wèi)星運(yùn)行特征及傳感器 搭載著傳感器從

60、宇宙空間觀測(cè)地球的人造衛(wèi)星，稱為遙感衛(wèi)星或地球觀測(cè)衛(wèi)星。近年來遙感技術(shù)越來越受到各國(guó)的普遍重視，各國(guó)的空間發(fā)展計(jì)劃取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新的傳感器及遙感衛(wèi)星使遙感技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，人們對(duì)遙感技術(shù)的重視進(jìn)一步提高。以下就主要的遙感衛(wèi)星及其搭載的傳感器工作性能進(jìn)行概要介紹。一、衛(wèi)星軌道及運(yùn)行姿態(tài) (一)衛(wèi)星軌道參數(shù)與軌道類型 衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)行是按一定的軌道進(jìn)行的，其運(yùn)行規(guī)律像行星圍繞太陽運(yùn)行一樣，滿足開普勒三大定律

61、。衛(wèi)星軌道在空間的具體形狀和位置，由六個(gè)軌道參數(shù)來確定，分別為升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω、近地點(diǎn)角距ω、軌道傾角i、衛(wèi)星軌道的長(zhǎng)半軸a、衛(wèi)星軌道的偏心率(或稱扁率)e、衛(wèi)星過近地點(diǎn)時(shí)刻T(圖3—20)。除此之外，衛(wèi)星軌道還有其他一些參數(shù)，如衛(wèi)星速度、衛(wèi)星運(yùn)行周期、衛(wèi)星高度及重復(fù)周期等。以下將重點(diǎn)介紹一些常用衛(wèi)星軌道參數(shù)。,1．軌道高度 衛(wèi)星軌道為一橢圓，按其高度可分為低軌、中軌和高軌三種軌道。低軌衛(wèi)星：一般距離地面約150～300k

62、m。低軌衛(wèi)星可獲取大比例尺、高分辨率的遙感影像，但壽命較短，一般只有幾天到幾周的工作時(shí)間，多用于偵察遙感。中軌衛(wèi)星：一般距離地面約1000km。這種衛(wèi)星壽命較長(zhǎng)，適用于各種環(huán)境遙感和資源遙感。 高軌衛(wèi)星：距離地面高度約35860km。此時(shí)衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，又稱為地球同步衛(wèi)星。2．衛(wèi)星運(yùn)行周期和衛(wèi)星重復(fù)周期 衛(wèi)星運(yùn)行周期也稱衛(wèi)星軌道周期，是指衛(wèi)星繞地一圈所需的時(shí)間，即從升交點(diǎn)開始運(yùn)行到下一

63、次過升交點(diǎn)時(shí)的時(shí)間間隔。 衛(wèi)星重復(fù)周期(衛(wèi)星覆蓋周期)是指衛(wèi)星從某地上空開始運(yùn)行，經(jīng)過若干時(shí)間的運(yùn)行后，回到該地上空時(shí)所需要的天數(shù)。,3．軌道傾角 軌道傾角(i)是指衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的夾角，也即從升交點(diǎn)一側(cè)的軌道量至赤道面。當(dāng)i=0°時(shí)，軌道平面與赤道平面重合，稱為赤道軌道，若衛(wèi)星運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)二致且運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相等，稱為地球靜止軌道。當(dāng)i=90°時(shí)，軌道地面與赤

64、道面有垂直，稱為極地軌道，可以覆蓋全球。介于上述兩者情況之間的軌道則都為傾斜軌道。4．升(降)交點(diǎn) ‘ 衛(wèi)星質(zhì)心與地心連線同地球表面的交點(diǎn)稱星下點(diǎn)，該點(diǎn)在衛(wèi)星飛行過程中在地面移動(dòng)的軌跡稱星下點(diǎn)軌跡。當(dāng)軌道傾角不為0°時(shí)，它與赤道面有兩個(gè)交點(diǎn)，分別為升交點(diǎn)和降交點(diǎn)。升交點(diǎn)為衛(wèi)星由南向北運(yùn)行時(shí)，軌道與地球赤道面的交點(diǎn)；反之，由北向南飛行時(shí)的另一個(gè)交點(diǎn)稱為降交點(diǎn)。,(二)衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài) 衛(wèi)星在軌

65、道上運(yùn)行時(shí)，其姿態(tài)有三種情況：偏航、俯仰和側(cè)滾(圖3—21)。若以衛(wèi)星質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿軌道前進(jìn)的切線方向?yàn)閤軸，垂直軌道面的方向?yàn)閥軸，垂直xy平面的為z軸。則繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱之為側(cè)滾；繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱俯仰；繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角，稱偏航。這里的衛(wèi)星姿態(tài)角與遙感影像幾何變形有直接的關(guān)系。遙感過程中，必須對(duì)衛(wèi)星的x，y，z三軸進(jìn)行定向，以使其保持一定的空中姿態(tài)，保證傳感器始終對(duì)準(zhǔn)地面。,二、Landsat陸地資源衛(wèi)星系列

66、1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星(ERTS-1)，幾年后地球資源衛(wèi)星改名為陸地資源衛(wèi)星(Landsat)，至今陸地資源衛(wèi)星共發(fā)射了7顆，其中Landsat-6衛(wèi)星因未能進(jìn)人軌道而失敗，Landsat-5，7衛(wèi)星目前仍在運(yùn)行(表3—4)。,1．Landsat系列衛(wèi)星傳感嘉及參數(shù) Landsat系列衛(wèi)星搭載的傳感器共三種：反束光導(dǎo)攝像機(jī)(RBV)、多光譜掃描儀(MSS)專題制圖儀(TM)。Landsat-1，2

67、，3上載有RBV和MSS，Landsat-4，5裝載TM和MSS，Landsat-7上裝有增強(qiáng)型專題制圖儀(ETM+)。目前，對(duì)于Landsat系列衛(wèi)星來說，應(yīng)用最多的數(shù)據(jù)是TM及．ETM+。 第一代陸地資源衛(wèi)星(Landsat-1，2，3)上裝有返束光導(dǎo)攝像機(jī)和多光譜掃描儀Mss，其中Landsat-1，2搭載的MSS有四個(gè)通道(光譜段)分別稱為MSS4，MSS5，MSS6，MSS7，分辨率為80m(圖3—22)。Landsat-3

68、上裝載的MSS在這四個(gè)波段的基礎(chǔ)上又增加了一個(gè)熱紅外通道MSS8，波長(zhǎng)范圍10．4～12．6μm(表3—5)。,20世紀(jì)80年代，美國(guó)分別發(fā)射了第二代陸地資源衛(wèi)星Landsat-4，5(圖3—23)，陸地資源衛(wèi)星在技術(shù)上有了較大改進(jìn)，平臺(tái)采用新設(shè)計(jì)的多任務(wù)模塊，增加了新型的專題繪圖儀TM，可通過中繼衛(wèi)星傳送數(shù)據(jù)。與第一代衛(wèi)星傳感器相比，TM的波譜范圍比MSS大，每個(gè)波段范圍變窄，因而波譜分辨率比MSS圖像高，其地面分辨率改進(jìn)為30m(T

69、M6的地面分辨率為120m)。20世紀(jì)90年代，美國(guó)又分別發(fā)射了第三代陸地資源衛(wèi)星(Landsat-6，7)。1999年美國(guó)航宇局發(fā)射了Landsat-7衛(wèi)星，以保持地球圖像、全球變化的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。該衛(wèi)星裝備了一臺(tái)增強(qiáng)型專題繪圖儀(ETM+)，該設(shè)備增加了一個(gè)15m分辨率的全色波段(pan)波長(zhǎng)為0.5～0.9μm，瞬間視場(chǎng)為13m×15m(表3—6)；另外，熱紅外波段的探測(cè)器陣列從4個(gè)增加到8個(gè)，從而使其空間分辨率也提高了