遥感技术基础-第04讲(遥感平台及相关知识)

卫星过近地点时刻 t 及周期 T
轨道长半径 a
卫星轨道远地点到椭圆中心的距离。
a
按轨道高度进行分类
A．低轨卫星：低高度、短寿命 高度为150km～350km，寿命只有1星期～3星期。可获得 较高地面分辨力的图像。多数用于军事侦察。 B．中轨卫星：中高度、长寿命 高度为350km～1800km，寿命在1年以上。属于这类的有 陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等。 C．高轨卫星：高高度、长寿命 它也称为地球同步卫星或静止卫星。高度约为36000km。 这类卫星已大量用作通讯卫星，气象卫星，也用于地面 动态监测，如监测火山、地震、林火及预报洪水等。 目前，部分卫星有变轨技术（锁眼卫星）
六个元素中，轨道长半径a、轨道偏心率 e确定了轨道的大小和形状；轨道面倾角i、 升交点赤径Ω确定了轨道面的方向；近地 角距ω确定了轨道面中长轴的方向，过近 地点时刻t确定了卫星在轨道中的位置。
六个根数全部确定后，方可确定卫星于 某时刻在轨道上的位置。
七、几种遥感卫星及轨道参数
Landsat卫星系列（美国）
一、遥感平台的分类
遥感平台： 遥感过程中，搭载传感器（成像设 备）的工具。
遥感平台
静止卫星 圆轨道卫星
（地球观测卫星）
高度
36000km 500～1000km
目的和用途
定点地球观测 定期地球观测
其它
气象卫星 （GMS等） Landsat、 SPOT、 MOS等
航天飞机
返回式卫星 无线探空仪 高空喷气机
二、地面平台
地面平台：放在地面或水面的、装载传感器 的、固定的或可移动的装置（H<100m ）。 用途：地面光谱测量（如地物的光谱特性测 量）、航空遥感和航天遥感的地面试验、近 景摄影测量等。
地面平台举例
地面遥感平台主要有： 三角架、遥感塔、遥感车、 遥感船等。 街道旁边的、安装了拍摄车 辆违规情况照相机的杆。
目的和用途
空中侦察 各种调查 摄影测量 各种调查 摄影测量 各种调查 摄影测量 各种调查 各种调查
其它
飞机 直升机 牵引滑翔机
索道
吊车 地面测量车
10～40m
5～50m 0～30m
遗址调查
近距离摄影测量 地面实况调查 车载升降台
遥感平台的分类方法
按高度分为： 地面平台： H<100m
航空平台：100m<H<30Km 航天平台： H>150km
升交点赤经的物理意义
太阳光
升交点赤经确定了轨道面与太阳光线之间的夹角， 也就确定了星下点在成像时刻的太阳高度角。
轨道面与太阳光线之间夹角的变化
秋分
冬至 地球
太阳
夏至
春分
每年变化360º ，每天变化 360º /365=0.98565º ，若卫星 每天运行n圈，则每圈修正 量ΔΩ=0.98565/n。 在对地观测时，最好保持各 地物在相同光照条件下成像， 才能正确反映地物间波谱特 性的差异。因此，在成像时 要保持地面太阳高度角不变， 在众多类型的卫星轨道中， 对地观测卫星常选择太阳同 步轨道。
通信卫星
中“东方红二号”
中 继 类 武 器 类
直播卫星
跟踪和数据卫星 拦截卫星 星式武器 电子干扰卫星 炸毁或捕获他国卫星 重返大气轰炸地面目标
法“TDF-1” 日“百合-2B”
美“DTRSS” 苏“宇宙-1258” 苏“宇宙-1267”
导航卫星
美“子午仪”
大地测量、绘制精确地图 和海图 为地面雷达提供无线电基 准频率 法“王冠-1C” 苏“宇宙-1534”
卫星运行规律遵循开普勒三大定律
定律三：卫星运行周期的平方与其轨道平均半径的立 方成正比。
T2/(R+Hi)3 = C
其中 C = 2.7516*10-8分钟2/公里3，称为开普勒常数
R=6378Km地球半径（是极半径，赤道半径6357） Hi = (HA+HB)/2，是卫星离地平均高度 T 周期，单位分钟
低空平台：2km以下（对流层下层），中大比例尺图像。 中空平台：2－6km（对流层中层），中小比例尺图像。 高空平台：12km，军用高空侦察机，无人机：20－30Km。 遥感对飞机的要求：平稳、均匀、直线、续航、高度、机 舱容积、简易机场起飞、导航（GPS）
美军EP-3侦察机强行降落我陵水机场
四、航天平台
五、遥感卫星
侦察卫星 气象卫星
对地面目标拍照或截获空间 电波
拍摄云图、测量云层温度进 行天气预报
美“萨莫斯”、“大鸟” 苏“宇宙-1238”
美“Tiros” 苏“气象”
导弹预警卫星
核爆炸监测卫星
侦察对方远程导弹发射时间、 地点
美“米达斯”
美、英“琼-3”
观 察 类
天文卫星 科学卫星 地球资源卫星 海洋监视卫星 星际探测器 救援卫星
太阳同步轨道
卫星轨道面与太阳地球连线之间的夹角不随地球绕 太阳公转而变化的轨道。
升交点赤经Ω每天的变化率为
9.96486 1 R cosi 2 1 e a
7 2
i < 90ºΔΩ为负 i > 90ºΔΩ为正 i = 90ºΔΩ为零
升交点西退 升交点东进
因而，在轨道设计时，应使轨道面每天的进动量与 ΔΩ一致（太阳同步轨道）。
i = 0º 赤轨卫星
0º <90º <i
i = 90º
顺轨卫星
极轨卫星
90º <180º 逆轨卫星 <i
★ i角影响星下点之间的距离 ★ i角确定了卫星的对地观测范围（从北纬 i 到南纬 i ）
星下点
卫星在轨道上成像时，卫星与地心的连线在地表 上的交点。（一般卫星） Orbit
Ground Track
航天平台：是航天遥感时放置（运载）传感器 的工具（H>150km）。 优点：在很高的位置上对地球表面进行观察， 可以更宏观、综合地把握观测对象。 航天平台主要有：遥感卫星（最常用）、空间 轨道站（主要用于空间实验，航天飞机主要作 为航天运输工具）等。
俄罗斯和平号空间站
空间站轨道站的优缺点
优越：与遥感卫星相比，有较大负载容量，可 带多种仪器，在飞行中可进行多种试验，资料 回收方便；组件式结构，可维修性好；在太空 运行数年甚至更长时间。
P北天极（PP′平行地球自转轴） R夏至点 Ω秋分点 E1 E2 E3 E4 23º 26´ γ春分点 天赤道 Ρ冬至点 P＇南天极 黄道 （地球公转的轨道面 与天球相交的大圆）
地球绕太阳公 转=太阳相对于 地球作视运动
关于“春分点”的重要概念
天球：半径无穷大的球，任意长的距离与它相比都可忽略不计。 （球心可以是地心、太阳），天球不是一个客体，是一个抽象概念。 天轴：过天球中心平行于地球自转轴的直线。 南北天极：天轴向外延伸与天球有两个交点， 北边的叫北天极，南边的叫南天极。 天赤道面：过天球中心，垂直于天轴的平面。 天赤道：天赤道面与天球相交的大园。 黄道：地球绕太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆。 二分点：天球上黄道与赤道相交的两点，一是春分点，二是秋分点。 春分点：每年3月23日前后，太阳沿黄道由南半球转入北半球时， 经过赤道的交点叫“春分点” 秋分点：每年9月23日前后，太阳沿黄道由北半球转入南半球时， 经过赤道的交点叫“秋分点”。
近地点角距ω
升交点向径与近地点向径之间的夹角。 近地角距ω确定了轨道面中长轴的方向。
近地点
ω
远地点
卫星过近地点时刻t及周期T
卫星过近地点的时间称为过近地点时刻。
卫星从升交点（或降交点）通过时刻到下一个升 交点（或降交点）通过时刻之间的平均时间称为 卫星轨道周期。
T满足开普勒第三定律。
轨道根数的意义
缺点：成本高、技术难度大，只有发达国家才 有实力建造空间轨道站。
航天飞机
航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由3 部分组成的3级火箭。其主体可以回收，两个助 推器也可回收，重复使用，这是它的优点之一。 航天飞机是一种灵活、经济的航天平台。 自1981年4月以来，美国已经发射过“哥伦比亚” 号、“发现”号、“挑战者”号、“亚特兰蒂斯” 号和“奋进”号等航天飞机。前苏联也曾成功地 进行了无人驾驶航天飞机的飞机实验。
三、航空平台
相对地面平台而言，航空遥感平台较高 （100m<H<30Km ），机动灵活，不受地面条 件限制，调查周期短，资料回收方便（返回 式），因此，它获得广泛的应用。
最常见的航空平台：飞机。
航空平台的分类及要求
经改装用于RS的飞机：安30、安12、里2、伊尔14、伊尔 18、运5、运8、双水獭、空中国王200、呼唤Ⅱ。
遥感技术基础
Fundamentals of Remote Sensing
解放军信息工程大学测绘学院 遥感信息工程系
第四讲 遥感平台及相关知识
主要内容： 一、遥感平台的分类 二、地面遥感平台 三、航空遥感平台 四、航天遥感平台 五、遥感卫星 六、卫星轨道、轨道根数 七、几种遥感卫星及轨道参数 八、遥感平台的姿态
相邻地面条带的覆盖情况
卫星运行规律遵循开普勒三大定律
定律一：卫星运行的轨道为一 椭圆，地球位于该椭圆一个焦 点上。 近地点A，远地点B，则有：
A
B
HA = a (1-e) - R HB = a (1+e) - R
卫星运行规律遵循开普勒三大定律
定律二：行星在椭圆轨道上运动时，卫星与地球 的连线在相等的时间内扫过相等的面积（卫星是 非匀速运动，它在近地点附近运行速度快，而在 远地点附近运行速度慢）。
传输型遥感卫星的数据传输方式
两种方式（参考图说明）
六、卫星轨道、轨道根数
遥感卫星按什么轨道运行？
地球静止轨道
近极轨道 （遥感卫星常用）
按近极轨道运行时的地面轨迹如何？
近极轨道
地面轨迹 （细长条带swath）
按近极轨道运行时的地面覆盖情况如何？
遥感卫星的运 行轨道还影响 重访周期（后 面介绍）
在大气层外对太阳及其它星 象进行观测 对日地空间环境、太阳、恒 星及星系进行观测 监测农、林、矿、水利、海 洋资源、大气、海洋污染 监视海面舰艇、水下潜艇的 活动
日“天文卫星-A” 苏“质子号” 美“Landsat” 印“巴斯卡拉-2” 美“Seasat” “国际宇宙-21” 美“旅行者2号” “海盗号火星着陆器” 美“诺阿-E” 苏“宇宙-1383”
240～350km
200～250km 100m～100km 10,000～ 12,000m
不定期地球观测 空间实验 侦察与摄影测量
各种调查 （气象等） 侦察 大范围调查
中低高度飞机
500～8000m
航空摄影测量 各种调查
遥感平台
飞艇 直升机 无线遥控飞机 牵引飞机 系留气球
高度
500～3,000m 100～2,000m 500m以下 50～500m 800m以下
轨道根数
轨道根数（尤拉元素）： 用于确定轨道形状及卫星 在某时刻的位置需要的参 数（或者说：表示卫星运 动轨道特征的参数）。 思考： 相对地球而言，确定轨 道形状及卫星在某时刻的 位置需要哪些元素？
轨道根数
通常用六个参数来描述：
轨道长半径 a
轨道偏心率 e
轨道面倾角 i
升交点赤经Ω 近地点角距ω
轨道偏心率 e
e a 2 b2 a
b a
当e 趋近与0时，则为 近圆形轨道。 采用近圆形轨道，卫 星运行速度均匀，便 于曝光时间地控制和 获取全球范围内比例 尺趋于一致地图像。 a和e共同确定了轨道 的形状。
轨道面倾角 i
卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。
近地点
i
远地点
按轨道面倾角进行分类
对地观测范围
40 20 0 -20
5
源自文库
4
3
2
1
-40
-180 -90 0 90 180
升交点赤经Ω
卫星轨道的升交点向径与春分点向径之间 （在赤道上）的夹角。
近地点
降交点
升交点
春分点方向
升交点：卫星由南向北运 行时与赤道面的 交点。 降交点：卫星由北向南运 行时与赤道面的 交点。
远地点
春分点的解释
基 准 类
测地卫星 雷达标准卫星 激光测地卫星
激光测距研究地球结构， 法“激光测地卫星” 为地震、地质提供资料
遥感卫星的观测资料或数据是怎样送到地面的？
返回式遥感卫星：一般携带摄影型相机，采用摄影胶片 记录所拍摄到的地物信息，最后通过返回舱将相机和胶 片带回地面。返回式遥感卫星由于受胶片感光范围的限 制，摄影像片一般仅能记录波长在微米以内的电磁波信 息，此外由于摄影型相机所携带的胶片有限，卫星工作 寿命一般较短（一般十几天），性能价格比不高。 传输型卫星：一般携带扫描类传感器，采用专门的光敏、 热敏和CCD探测器把收集到的地物电磁波能量变成电信 号记录下来，然后可通过无线电频道向地面发送，从而 实现遥感信息的实时或准实时传输。传输型卫星的工作 寿命可以设计的很长（一般几年）。