卫星运动规律和气象卫星轨道

对卫星遥感特别有利。同时对卫星轨 道的预告和资料的定位十分方便。
➢ （2）椭圆形轨道 ➢ 当e≠0时，卫星 ➢ 作椭圆形运动，这 ➢ 时卫星在不同高度 ➢ 上对大气进行观 ➢ 测，可获取大气密 ➢ 度或其他有用的资 ➢ 料。利用椭圆形轨 ➢ 道可以发射高高度 ➢ 卫星轨道。
三、极轨卫星轨道
➢ 极轨卫星轨道（也叫太阳同步卫星轨 ➢ 道）指卫星的运行的轨道平面与太阳始终 ➢ 保持固定的取向。由于这种卫星轨道的倾 ➢ 角接近90°，卫星近乎通过极地，所以又 ➢ 称它为近极地太阳同步卫星轨道．通常简 ➢ 称极地轨道。极轨卫星几乎以同一地方时 ➢ (只对轨道的升段或降段)经过世界各地。 ➢ 考虑到卫星轨道平面随地球绕太阳公转的 ➢ 同时．为保持卫星的轨道平面始终与太阳 ➢ 保持固定的取向，必须使卫星的轨道平面 ➢ 每天自西向东旋转1°(相对于太阳)。
卫星运动规律和气象卫星轨道
卫星轨道参数
➢ ④轨道数：是指卫星从这一个升交点开始 ➢ 后到以后任何一个升交点环绕地球运行一 ➢ 圈的数目。从卫星入轨到第一个升交点的 ➢ 轨道数为零条，以后每过一个升交点，轨 ➢ 道数增加1。 ➢ ⑤倾角这是指卫星轨道平面与赤道平面之 ➢ 间的夹角。 ➢ ⑥偏心率e：指轨道的焦距与半长轴之比， ➢ 它确定了卫星轨道的形状。
② 由于卫星的大小远小于地球与卫星之间的距离,把 卫星也作为质点处理.
③ 卫星的质量远小于地球,卫星对地球的作用可以忽 略不计.
④ 忽略其他天体和大气等对卫星的作用力,这时可以 把卫星作为受地心引力作用下的质点加以描述.
⑤
因此在对卫星进行受力分析时,只考虑地球对
卫星的万有引力和离心力.
卫星绕地球运行遵循开普勒行星运 动三定律
➢ 地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例, ➢ 它只有一条.
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静止卫星的优点：
➢ ①高度高，视野广阔，一个静止卫星可以对 ➢ 南北70°S～70°N，东西140个经度，约对 ➢ 地球表面积1.7x 108km2进行观测；
（4）极地轨道
➢ 当卫星倾角为90°时，卫星通过南北两 ➢ 极，这种轨道称之极地轨道。利用这种卫 ➢ 星轨道可以观测人类难以到达的两极地区。 ➢ 显然，卫星的倾角不同，观测范围也 ➢ 不同。 ➢ 如果只对热带地区观测，可以选取 ➢ 较小倾角的轨道；如果要观测极地区域， ➢ 则要取倾角较大的卫星轨道。
➢ 太阳同步轨道的实现:在卫星随地球绕太阳公转时, 轨道平面每天要自西向东作大约1°的转动,若地球 是个均匀球体,当地球绕太阳公转时,轨道平面随地 球作平动,则轨道平面不能保持与太阳有固定的取 向.
➢ 但事实上由于地球是个扁椭球体,赤道比两极长,因 此其上各点对卫星的引力不等,从而使卫星的轨道 绕地轴朝着与卫星运动相反的方向旋转,即轨道平 面的进动.若选定合适的倾角(大于90°)使卫星轨 道平面的进动为1°,正好使轨道平面与太阳始终保 持固定的取向.
卫星的扫描方式
单 个 描
线性
阵列
圆
探测
锥
器前
扫
推式
描
扫描
七. 卫星运动规律
1. 卫星的受力: 万有引力,离心力,摩擦力, 光压力,磁场等.(后三种受力与万有引 力相比很小)
对卫星进行受力分析时的假设如下:
① 地球为均质球体,可以把地球作为质量集中于地心 的质点处理.
➢ （3）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行，其运行周期取 决于轨道的半长轴（与半长轴的二分之三次方成正比）。不 管轨道形状如何，只要半长轴相同，它们就有相同的运行周 期。人造地球卫星轨道的形状和大小由它的半长轴和半短轴 的数值来决定。其半长轴和半短轴的数值越大，轨道越高； 半长轴与半短轴相差越多，轨道的椭圆形越扁长；并长轴与 半短轴相等则为圆形轨道。
2、按卫星高度
➢ 卫星的高度对卫星的观测和寿命有重 ➢ 要影响，若卫星的高度高，其受空气的阻 ➢ 力小．寿命长，观测范围大．但用同样的 ➢ 仪器．则分辨率要降低，图片不易清楚。 ➢ 若卫星的高度低，虽然可以获取较清晰的 ➢ 图片，但因空气的阻力大，寿命短。所以 ➢ 应根据需要选取卫星高度。按卫星的高度 ➢ 将轨道分为三种类型：
对于实际使用的卫星云图的分辨率与卫星 ➢ 探测分辨率是有区别的，云图上的分辨率 ➢ 取决于图片上的扫描线的数目。如果卫星 ➢ 云图分辨率等于卫星探测分辨率，则称这 ➢ 种云图为原分辨率或全分辨率云图。
➢ ②灰度分辨率或温度分辨率 ➢ 在红外或可见光云图上，当两个瞬时视场 ➢ 内目标物的温度或反照率有差异，并达到 ➢ 一定数值时，这两个视场就能被分辨，这 ➢ 个能分辨的最小温度差或反照率差值称之 ➢ 温度分辨率或灰度分辨率。
（3）高高度长寿命地球静止卫星轨道
➢ 这种卫星轨道的高度约在35800km左右， 受地心引力和空气阻力很小，卫星的 寿命可以在几年以上．主要用于气象、 广播和通讯等许多领域。
3、按卫星轨道偏心率
➢ 按卫星的偏心率可以将卫星轨道分为 圆形和椭圆形卫星轨道两类：
➢ （1）圆形轨道 ➢ 当偏心率e=0，卫星作等速圆周运动，
➢ （1）低高度短寿命轨道 ➢ 这种轨道的卫星高度约为150～200km，寿 ➢ 命1～3周，大多数为军事侦察卫星所采用。 ➢ 其可获得分辨率高、比例尺大的清晰图片。 ➢ （2）中高度长寿命轨道 ➢ 这种轨道的卫星高度为350～1500km，寿命 ➢ 可达1年以上。气象卫星、陆地卫星和海洋 ➢ 卫星等大都采用这种轨道。它对地面有较 ➢ 高的分辨率，又有较长的寿命，能对天气、 ➢ 海洋、陆地资源等作监测。
➢ ②静止卫星可对某一固定区域进行连续观 ➢ 测，可以以0.5h或1h提供一张全景圆面图。 ➢ 在特殊需要时，可每隔3～5min对某个小区 ➢ 域进行一次观测；
➢ ③静止卫星可以监视天气云系的连续变化， ➢ 特别是生命短、变化快的中小尺度灾害性天 ➢ 气系统。
缺点： ➢ ①不能观测南北极区； ➢ ②对卫星观测仪器的要求高。
可 见 光 红 外 扫 描 辐 射 仪
➢ ②非成像型辐射仪，这种辐射仪主要是获 ➢ 取探测数据，如测量大气温度、成分等， ➢ 这种辐射仪的地面分辨率较低，可以是扫 ➢ 描型，也可以是非扫描型的，所用的光谱 ➢ 通道较多，每个通道的波长间隔很窄，具 ➢ 有高的光谱分辨率；
➢ ③成像和非成像混合型辐射仪，这是美国 ➢ 静止卫星上曾用过的辐射仪，采用的光谱 ➢ 通道较多，其中一些用于成像，另一些用 ➢ 于如获取大气温度等探测数据的目的。
(1)、卫星仪器的组成 ➢ 卫星仪器在空间接收来自地[球大]气系统 ➢ 自身发射或反射太阳的辐射，这种测量辐 ➢ 射的仪器称做辐射仪。下图所示是一个由 ➢ 扫描仪、光学系统、探测器、信号处理和 ➢ 信号输出等四部分组成的辐射仪。
电子一光学遥感辐射仪的组成部分
(2)、卫星探测的分辨率
➢ 卫星仪器探测的分辨率是指从卫星上能区 ➢ 别两个相邻物体的能力，或者是能分清两 ➢ 个物体的最短距离。如果两个物体间距离 ➢ 小于卫星探测的分辨率，则这两个物体不 ➢ 能分辨。 ➢ 表示卫星探测分辨率的参数有三个： ➢ 空间分辨率 灰度分辨率 时间分辨率
➢ 优点： ➢ ①轨道预告、资料接收定位都十分方便； ➢ ②极轨卫星可观测全球，尤其是极地区域； ➢ ③能得到稳定太阳能，保障卫星正常工作。 ➢ 缺点： ➢ ①时间分辨率低，对某一地区的观测时间间 ➢ 隔长，一颗极轨卫星的每天只能对同一地区 ➢ 观测两次，不能满足气象观测要求，不能监 ➢ 视生命短、变化快的中小尺度天气系统； ➢ ②相邻两条轨道的观测资料不是同一时刻 ➢ 的，需要进行同化。
四、地球静止卫星轨道
如果卫星倾角等于0°，赤道平面与轨 ➢ 道平面重合，则卫星在赤道上空运行；又 ➢ 若卫星的周期正好等于地球自转周期(23小 ➢ 时56分04秒)，卫星公转方向与地球自转达 ➢ 方向相同，这样的卫星轨道称地球同步轨 ➢ 道。若在地面看，这种轨道上的卫星好像 ➢ 静止在天空某一地方，不动似的，所以又 ➢ 把它称做地球静止卫星轨道。这样轨道上 ➢ 的卫星称做静止卫星。
➢ 而当目标物温度为l85K时， NE△T≈1.4K。
➢ ③时间分辨率 ➢ 时间分辨率是指卫星对同一地区观测 ➢ 的时间间隔。其与卫星的扫描速率、扫描 ➢ 区域和选用的卫星轨道等有关。 ➢ 例如: ➢ 极轨卫星每l2小时对全球进行一次观测 ➢ 静止卫星每隔半小时对某一固定区域进行 ➢ 一次观测。 ➢ 高的时间分辨率可以观测变化快、生命短 ➢ 的目标物。
➢ ①空间分辨率 ➢ 这是指卫星在某一时刻观测地球的最小面 ➢ 积。空间分辨率以由卫星观测到的最小面 ➢ 积的直径表示，单位为km。 ➢ 卫星的空间分辨率与卫星的高度有关，卫 ➢ 星的高度越高，在同样的瞬时视场下，观 ➢ 测面积增大，空间分辨率下降。此外它还 ➢ 与卫星的视角有关，视角倾斜，观测面积 ➢ 增大，分辨率下降。
卫星轨道
前进轨道
后退轨道
（2）后退轨道
➢ 当倾角在90°～l80°之间，卫星逆着
➢ 地球自转方向运行，由东南向西北方 向运动，称后退轨道或逆行轨道。利 用后退轨道可以实现太阳同步卫星轨 道。则卫星始终以同一地方时观测世 界各地。
（3）赤道轨道
➢ 当卫星倾角为0°或l80°时，卫星在 ➢ 赤道上空向东或向西运行，这种轨道称为 ➢ 赤道轨道。这时卫星可以连续观测热带地 ➢ 区；当卫星的倾角为0°时，卫星与地球同 ➢ 向运行，可以实现静止轨道，对某一固定 ➢ 区域作连续观测。而当倾角为l80°时卫星 ➢ 可以较短的时间观测全球所有热带地区。
二、卫星轨道
➢ 1、按轨道倾角 ➢ 卫星的倾角不同，其轨道的用途也不同。按 ➢ 轨道倾角可以将卫星分成下面四种： ➢ （1）前进轨道 ➢ 如果倾角在0°～90°之间，卫星顺地球自 ➢ 转方向，由西南向东北或由西北向东南方向 ➢ 运动，这种轨道称前进轨道或顺行轨道。卫 ➢ 星每天可以不同时刻观测某一地区。我国第 ➢ 一颗人造地球卫星的倾角是68.5°，即属于 ➢ 顺行轨道。
➢ 对于红外谱段，通常用等效噪声温度差 ➢ NE△T表示，如果邻接视场的温度差越大， ➢ 则越容易区别它们。如在红外云图上，卷 ➢ 云、积雨云与地面的温度差很大，很容易 ➢ 区分它们，又如低云与地面的温差较小， ➢ 就不易区别它们。
➢ 卫星云图的分辨率大小还与目标物的 温度有关
➢ 如目标物的温度为300K时， NE△T≈0.3K，
➢ （1）卫星轨道为一椭圆，地球在椭圆的一个焦点上。其长轴 的两个端点是卫星离地球最近和最远的点，分别叫做远地点 和近地点。
➢ （2）人造地球卫星在椭圆轨道上绕地球运行时，其运行速度 是变化的，在远地点时最低，在近地点时最高。速度的变化 服从面积守恒规律，即卫星的向径（卫星至地球的连线）在 相同的时间内扫过的面积相等。
几类常用卫星观测时刻和时间分辨率
六、卫星的空间扫描方式
➢ 卫星在空间对地观测主要依靠扫描镜或探 ➢ 测器阵列在一维或二维方向上扫描景物。 ➢ 卫星对地扫描的方式大致有以下四种：
➢ (1)单个探测器线扫描(a) ➢ (2)多探测器扫描(b) ➢ (3)线性阵列探测器前推式扫描(c) ➢ (4)圆锥扫描(d)
➢ 若按卫星资料产品来分，辐射计还可以分 ➢ 成： ➢ ①成像型辐射仪，这类辐射仪主要是将辐 ➢ 射仪测量到的值转换成图像，通常具有较 ➢ 高的地面分辨率和大的观测范围，所以成 ➢ 像型辐射仪大多是扫描型的，并使用较宽 ➢ 的波长间隔，以得到更多的辐射能，现在 ➢ 的卫星云图都是由这种辐射仪取得的；
五、卫星观测仪器
卫星观测地球大气分主动式和被动式。 ➢ 卫星主要采用体积小、重量轻和耗能少的 ➢ 被动式遥感仪器。常见：摄像机辐射仪。 ➢ 摄像方式只能取得白天云图资料，且分辨 ➢ 率低，自第二代气象卫星都采用辐射仪。 ➢ 辐射仪观测又分为扫描式和非扫描式。扫 ➢ 描式辐射仪可以获取较大范围的观测资料。 ➢ 而非扫描式辐射仪只能对卫星星下点附近 ➢ 观测，覆盖面积较小，但空间分辨率高。