第六章航天遥感

第五章航空遥感：航空遥感更多的是使用光学相机或 可见光到近红外波段对地面进行拍照，本章介绍了航 空遥感的主要形式（垂直拍摄、倾斜拍摄；大中小比 例尺等）、航空像片的物理和几何特征等概念。在此 仅介绍两个概念：中心投影和立体观察。
中心投影，P100

投影方式有很多种，但按光线的方向可分为中心式投
影和平行投影（正射投影）。
倾斜观测时有91档 位臵选择，0.6度
Spot的异轨立体像对
三星同时运作，最短获取同 一对影像的时间差为20分钟， 经相关处理后得到的DEM相
对高程精度可达10米
SPOT-5号卫星：2002年4月发射。是目前国际上最
优秀的对地观测卫星之一。搭载三种成像装臵：

高分辨率几何装臵(HRG)：3个可见光和近红外波段10m（0.49-

4.重复周期：卫星从某地上空开始运行，经过若干
时间的运行后，回到该地上空所需的天数或时数。

6.扫描带宽度：卫星沿一条轨道运行时其传感器所
观测地面带的横向宽度。
遥感卫星的轨道类型

地球同步卫星：分布在赤道平面上，运行周期等于 地球的自转周期，如果从地面上各点看去，卫星在 赤道上似乎静止不动，高度在2-3万公里，能够观测 1/3-1/4个地球，可在0.5小时内对下垫面进行周期 性观测，主要用于气象和通讯领域。
重复周期十几天几十天）
遥感卫星分类

陆地卫星系列：Landsat系列、SPOT系列、 IKNOS系列、中巴资源卫星系列等


气象卫星系列
海洋卫星系列
6.2 陆地卫星Landsat系列

美国国家航空航天局（NASA）在1967年制订了一个地球资源 技术卫星计划（ERTS计划），预定发射六颗卫星，后来改为 陆地卫星计划（Landsat计划）
0.61、0.61-0.68、0.78-0.89um）、1个短波近红外20m
（1.58-1.75m）、1个全色波段2.5-5m（0.49-0.69），视场 60km。

植被探测器(VEGETATION)：4个蓝、红、近红外及短波近红外
1km，视场2250km。SPOT4也有搭载。

高分辨率立体成像(HRS)装臵：1个全色波段10m（0.490.69m），视场120公里

可获得立体像对，获取地面高程
陆地卫星系列—IKONOS-2

1999年9月24日发射，世界上第一颗提供高分卫星影 像的商业遥感卫星。号称具有航片效果的卫星影像， 开创了商业卫星遥感的开端。可采集 1 米全色和 4 米 多光谱影像，同时全色和多光谱影像可融合成1米分 辨率的彩色影像。可获取同轨立体像对，平面精度2 米，垂直精度 3 米，专业制图 1:10000 ，概览成图极 限1:2500。 轨道高度680km，太阳同步，倾角98.2º ，140天内绕 地球飞行 2049 圈，扫描带宽 11km 。视角沿轨向和垂 直轨向均可调整，对同一点的重访周期为1.5-3天。
高分辨率可见光扫描仪HRV(IR)的参数
SPOT1-3 HRV
两台HRV(IR) 的并行观测
两台传感器内部重叠3km， 一条轨道下的扫描宽度 为117km。在赤道上轨道
间距108km，相邻轨道重
叠4.5（？9）公里。
HRV（IR）可作两种观测：垂直观测和倾斜观测，可以 在900公里宽的条带内获取任何区域的图像，增加了对 一个地区的重复观测能力，对北纬45度带，可做到单星 重复观测周期为1－4天，多星则可达1天
航天大，地形起伏造成的几何误差也远比航天遥感明
显。但图像中心部分的变形较小（中心投影的特点是
图像中心变形小，四周变形大），故而航空遥感在拍 摄时，相邻两张照片之间会有较大重叠（为消除几何 误差或是实现立体观察）。
60% 重叠
航向
旁叠
30% 重叠
航空像片的重叠： 航向和旁向
图8-29 航空相片的航向与旁向重叠

中国遥感卫星地面站将Landsat7的数据产品划为： L0级：对应EDC的L0R级 L1级：对应EDC的L1R级（？） L2级：对应EDC的L1G级(几何粗校正) L3：采用地面控制点进行几何精校正的数据产品 L4：采用地面控制点和数字高程模型进行校正的数 据产品
SPOT系列卫星的发射和运行情况
SPOT 1 SPOT 2
SPOT 3
卫星运行 服务中断 发射日或重新开始服务日
SPOT 4 SPOT 5
86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 01 02 03 04 05 06 07 08 09
Spot卫星轨道参数
每颗SPOT卫星上都装有两个性能相同的成像传感器
几何变形，造成一幅图上比例尺处处不一致。被动成
像传感器（光学摄影和光电成像类、成像光谱仪）都
属中心投影或多中心投影，但航天遥感因平台高，地
物起伏造成的几何变形不明显。

立体观察：从不同角度对同一区拍照，从两张影像上 可以观察到地物的相对起伏，这样的两张影像，叫做 立体像对。

航空遥感分辨率高，机动灵活，目前除飞机平台外，
特征；2.发射费用昂贵，但运行费用极低，一旦发射
上天，几乎不再有其他费用产生，整体费用低廉。3.
周而复始，可进行周期性的重复观测，有利于实现动
态观测；4.不足之处是分辨率低于航空遥感，但高分
传感器出现后，已部分改变了这种不足。
6.1 遥感卫星的姿态与轨道参数

中心投影和多中心投影会因地形起伏和平台或像片
60m
30m 15m
ETM+和TM的图象差异
Landsat-7数据的处理分级--据美国EDC（Eros
data center），其数据产品可大致分为：

0级产品（LOR）：地面站接收的原始数据，经格式 化、分帧等处理后生成的数据集。内容包括：9个波 段数据文件、有效载荷校正数据、扫描行校正数据
和标定参数文件、浏览图像文件和metadata。
Landsat卫星的轨道特征：
降交点时刻：
当地地方时8：50
-
9：45
扫描影像的旁向重叠
Wavelength
Visible : 2bands( 0.5-0.6、0.6-0.7) Near -infrared : 2bands (0.7-0.8、 0.8-1.1)
Spatial Resolution
的倾斜而产生投影误差。卫星在太空飞行时姿态会
不断变化，传感器不能始终保持在设定的理想状态， 获取的数据带有一定的几何误差。为修正这些误差， 卫星装载有姿态测量仪，实时测量和记录着自己的 姿态数据。一般来说，卫星的姿态变化可分为两大
类：

1.三轴倾斜：理想情况下，卫星应按既定姿态和轨
道航行，但经常会发生滚动、俯仰和偏航，在XYZ轴
第五章 航空遥感 第六章 航天遥感 按平台高度的不同，可分为： 地面遥感（<50m）：一般用于基础研究，测量地物波谱 特性，或将地物实测波谱与遥感影像进行对比，消除误 差，开展定量遥感研究。
航空遥感（<80km，飞机飞艇汽球无人机）：1.平台低， 所获影像空分较航天高，可用于大比例尺图的测绘或高 分影像的获取。2.机动灵活，信息获取方便，不似航天 遥感受轨道的限制。3.可作为各种星载遥感仪器的先行 检验者；缺点是：1.平台低，观察范围不如航天大。2. 平台不稳定，由于多种因素的存在，图像几何畸变较大。 3.拍摄成本高，难以象航天一样对地面实现重复观测。
上有倾斜。 2.振动：上下的不稳定振动。

遥感卫星的轨道参数：轨道参数多样，但对遥感来
说，有六个参数需要掌握：

1.轨道倾角：轨道面与赤道面的交角
2.卫星高度：卫星距离地面的高程 5.降交点时刻：卫星经过降交点时的地方太阳时的 平均值

3.运行周期：卫星绕地一圈的时间，与卫星平均高 度正相关。

1级产品：指经过了系统校正的数据产品，按处理内
容又可分为L1R产品（Radiation，经过辐射校正处
理）和L1G产品（Geometry，经过辐射校正处理和系
统级几何校正处理）。

高级别产品：指利用地面控制参数，如地面控制点
GCP 、 EM 等对数据进行校正而生成的产品。可分为
几何精校正影像和数字正射影像。

SPOT-1、2、3卫星：HRV--高分辨率可见光扫描仪
（High Resolution Visible）

SPOT-4、5卫星：HRVIR--高分辨率可见光红外传感器 （High Resolution Visible Infrared）

传感器主要光学特性：视场角：4.13 孔径：33cm
焦距：1.028m 放大倍数：770000
1 2 3 4 5
wavelength band
0.450-0.515mm 0.525-0.605mm 0.630-0.690mm 0.775-0.900mm 1.550-1.750mm
Resolution
30m 30m 30m 30m 30m
6
7 8PAN
10.40-12.50mm
2.090-2.350mm 0.520-0.900mm

中心投影：所有地物方向的电磁波通过镜头，汇聚到
焦点，再投到胶片上，相当于胶片上的电磁波都来自
于同一个点，投影中心，中心投影。因地形起伏或像
片和平台的倾斜，产生几何误差。

被动式成像器都是中心投影或多中心投影，对扫描式
传感器而言，每个扫描瞬间是一个中心投影，每个
CCD所对应像元，是一个中心投影

航空遥感因为平台高度低，和地物起伏的相对高差比
Visible,Near-infrared and MiddleSpatial Resolution infrared : 30m Thermal-infrared : 120m Swath Width 185km
增加了分辨率为15m全色波段PAN；热红外波段地面分辨率由 120m提高到60m。
Band
2.5m分辨率图的获得(合成)
2.5 米 全 色
立体成像装臵HRS（同轨立体像对），自动相关生 成DEM，高程精度为5-10米
SPOT 图像处理级别
根据预处理级别，可分为：

1A级：图像仅做辐射校正，无几何校正处理(L1R级)

1B级：在1A级基础上，做部分几何校正，校正了全景变形和
地球自转及曲率，轨高变化等带来的变形。(几何粗校正)
Swath Width
79m 185km
Wavelength
Visible : 3bands (0.45-0.69um) Near-infrared and Middle-infrared : 3bands (0.76-2.35um) Thermal-infrared : 1band (10.4-12.5um)

立体观察：从不同角度对同一点拍照，从所得两幅
影像上，可以观测到或提取地物的起伏，这样的两
张影像，就构成了立体像对。人用自己的两只眼睛
去观察地物，可以观察到地物的远近。一只眼睛只 能分辨左右，无法分辨地物的远近。
航空照片的立体观察

调整视线，与摄影时光束相应， 视网膜上便形成生理误差，就获 得与观察实物相似的立体感觉。

2A级：加入了标准地图投影(几何粗校正)。 2B级：地理校正，加入大地控制点和平均高度改正。(几何精 校正)

正射级：完全地理校正，经数字高程模型校正而来。
SPOT系列卫星的特点

近极地太阳同步轨道卫星


两台CCD传感器并行观测
可做垂直和倾斜两种观测，重复观测能力增加（用 户可以提前提出申请，提前七天不收费，紧急申请 收费）

利用立体像对，可观察和提取地物的相对起伏，再 辅以该区大地控制点的高程，可得影像中各点的绝 对高程。已成为重要的高程测量方法，有相关软件 可直接从立体像对Fra Baidu bibliotek提取高程。奋进号获取三维地
图的方法也缘于此。
第六章 航天遥感

航天遥感：卫星、火箭、宇宙飞船和航天飞机等，主
要平台是？

航天遥感的特点：1.平台高，可观察到更宏观的地表
汽球和无人机遥感成为研究热点。

航天遥感则具有宏观性强、周期性强、单张影像成
本低廉的特点，成为遥感技术的主体。

遥感卫星的姿态有三轴倾斜（滚动、俯仰、偏航）
和振动两类，常用轨道有地球同步（2-3万公里高空，
每隔0.5小时对地观测一次）和太阳同步（数百至
1000公里，始终在同一地方时经过全球同一纬度，

太阳同步卫星：轨道倾角大，
绕过地球极地，又叫极轨卫星。 一般在1000公里以下，卫星轨 道面永远与当时的“地心-日 心连线”保持恒定角度，因此
太阳的入射角几乎是固定的，
使卫星在不同时相对同一地区 遥感时，太阳高度角大致相等。
上节内容复习

中心投影：来自地物的电磁波汇至同一个中心，投影
成像，这种投影因地形起伏和像片平台的倾斜会产生