第3章 传感器及航天遥感

3 遥感平台及卫星轨道
遥感平台:遥感中搭载遥感器的工具。 可按以下不同类别进行划分： 遥感平台的高度 所利用的电磁波的光谱段分类 研究对象分类 应用空间尺度分类
地面平台
地面平台：高度在0到50m范围内，包括车、 船、三脚架、遥感塔、遥感车等。对地观 测研究中应用较少。 主要目的：对地物进行波谱测量。
d为偏移系数，某天某一轨道相对于上一天同号轨 道偏移的轨道数，若向西偏移为负值，向东偏移 为正值，d=±1时为顺序排列，∣d∣>1时为交错 偏移。
卫星轨道运行特征
近圆形轨道:不同地区获取的图像比例尺一 致。便于扫描行之间衔接。 近极地轨道:有利于增大卫星对地面总的观 测范围。 与太阳同步轨道:有利于卫星在相近的光照 条件下对地面进行观测。有利于卫星在固 定的时间飞临地面接收站上空。 可重复轨道:有利于对地面地物或自然现象 的变化作动态监测。
遥感图像的时间分辨率
时间分辨率指对同一地点进行遥感采样的 时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周 期。 可提供地物动态变化的信息。时间分辨率 与所需探测目标的动态变化有直接的关系。 各种传感器的时间分辨率，与卫星的重复 周期及传感器在轨道间的立体观察能力有 关。
遥感图像的时间分辨率
根据回归周期的长短，时间分辨率分为三种 类型： • 超短（短）周期时间分辨率，可以观测到 一天之内的变化，以小时为单位。 • 中周期时间分辨率，可以观测到一年内的 变化，以天为单位。 • 长周期时间分辨率，一般以年为单位的变 化。
• 与探测器的响应率和传感器系统内的噪声 有直接关系，一般为等效噪声的2-6倍。
2 传感器
任何类型的传感器都由四个基本部件组成： • 收集器：收集地物辐射来的能量。 • 探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。 • 处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。 • 输出：将获取的数据输出。
传感器的分类
计算 机屏 幕无 影像 分辨 率之 说
空间分辨率决定其所能形成影像 分辨率之范围
影象一厘米包含多少个象素
遥感图像的光谱分辨率
光谱分辨率是 指传感器在接 收目标辐射的 波谱时能分辨 的最小波长间 隔。间隔愈小, 分辨率越高。 人眼的光谱分辨 率？？？
遥感图像的光谱分辨率
它包括传感器总的探测波段的宽度、波段 数、各波段的波长范围和间隔。 全色—多波段—高光谱—成像光谱仪
遥感图像的空间分辨率
空间分辨率：每个像元对应空间的大小。 表征影象分辨地面目标细节能力的指标。
• 空间分辨率单位以米表示。 • 空间分辨率数值越大分辨率越低。
遥感图像的空间分辨率
• 空间分辨率=地面分辨率 • 空间分辨率=？影像分辨率 • 影像分辨率随比例尺的变化而变化，是空 间分辨率在不同比例尺的具体影像上的反 映。
遥感图像的时间分辨率
时间分辨率的意义：
• 进行动态监测和预报
• 自然历史变迁和动力学分析
• 提高成像率和解像率，对历次获取的数据 资料进行叠加分析，提高地物识别精度
遥感图像的辐射分辨率
指传感器能区分两种辐射强度最小差别的 能力。在遥感图像上表现为每一个像元的 辐射量化级。
温度分辨率
• 温度分辨率是指热红外传感器分辨地表热 辐射（温度）最小差异的能力。
它的性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段 的响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何 特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。
1 遥感图像分辨率
• 分辨率-----传感器最具实用意义的指标。
• 分辨率是遥感技术及其应用中的一个重要 概念，也是衡量遥感数据质量特征的一个 重要指标。 • 分为：空间分辨率；时间分辨率；光谱分 辨率；温度分辨率。
传感器的分类
根据传感器工作的波段可分为： 可见光传感器，红外传感器，微波传感器。 从可见光到红外区的光学波段的传感器统称光 学传感器。微波领域的传感器统称微波传感器。
传感器的分类
就基本结构原理来看,目前遥感中使用的传 感器可分为以下四类: 摄影类型的传感器 雷达成像类型的传感器 光电成像型的传感器 成像光谱仪
轨道参数
根据开普勒定律，卫星轨道在空间的具体 形状位臵，可由六个轨道参数来确定 升交点赤经Ω 近地点角距ω 轨道倾角I 卫星轨道的长半轴a 卫星轨道的偏心率（或称扁率）e 卫星过近地点时刻T。 以上六个参数可以根据地面观测来确定
卫星的空间轨道
Ω、ω、i和T决定了卫星轨道面与赤道面 的相对位臵 a和e决定了卫星轨道的形状 倾角i决定了轨道面与赤道面，或与地轴之 间的关系。 i=0时轨道面与赤道面重合。 i=90°时轨道面与地轴重合。 i≈90°时轨道面接近地轴，这时的轨道 称近极地轨道。轨道近极地有利于增大卫 星对地球的观测范围。
地面平台
地面平台：高度在0到50m范围内，包括车、 船、三脚架、遥感塔、遥感车等。对地观 测研究中应用较少。 主要目的：对地物进行波谱测量。
航空平台
航空平台：高度在百米到10多km，包括低、中、 高空飞机，以及飞艇、气球等 飞机： 高空：无人机2到3万米 低空：航空摄影测量<2000米，大比例尺航片 气球：高空气球12到40公里 航空平台历史悠久，主要是飞机摄影
遥感卫星的姿态
• 遥感卫星是航天遥感平台的一种主要类型。 • 卫星在太空中由于受各种因素的影响，姿 态是不断变化的，从而对所获取的数据质 量有很大的影响。 • 为了修正这些影响，在获取地表数据的同 时，必须测量，记录遥感卫星的姿态数据。 便于数据使用前做几何校正。
三轴倾斜
• 现定义卫星质心为坐标原点，沿轨道前进 的切线方向为x轴，垂直轨道面的方向为y 轴，垂直xy平面的为z轴，则卫星的姿态有 三种情况：绕x轴旋转的姿态角，称之为滚 动；绕y轴旋转的姿态角，称俯仰；绕z轴 旋转的姿态角，称偏航。 • 滚动是一种横向摇摆。俯仰是一种纵向摇 摆。偏航是指遥感卫星在飞行过程中偏移 轨道。
可应用的遥感平台
航天遥感
与航空遥感比，优缺点有： 视野开阔，观测的地面范围大，可发现 大面积，宏观的整体的特征。 可进行周期，重复的观察，有利于对地 球表面的资源，环境，灾害进行动态监测。 不需燃料供给。 分辨率低于航空遥感平台。
遥感卫星的姿态
• 遥感卫星是航天遥感平台的一种主要类型。 • 卫星在太空中由于受各种因素的影响，姿 态是不断变化的，从而对所获取的数据质 量有很大的影响。 • 为了修正这些影响，在获取地表数据的同 时，必须测量，记录遥感卫星的姿态数据。 便于数据使用前做几何校正。
航天平台
航天平台：高度在150km以上。主要有航天 飞机（240到350km高度）和卫星。 航天平台目前发展最快、应用最广：气象 卫星系列、海洋卫星系列、陆地卫星系列
可应用的遥感平台
航天遥感
与航空遥感比，优缺点有： 视野开阔，观测的地面范围大，可发现 大面积，宏观的整体的特征。 可进行周期，源自文库复的观察，有利于对地 球表面的资源，环境，灾害进行动态监测。 不需燃料供给。 分辨率低于航空遥感平台。
航空平台
航空平台：高度在百米到10多km，包括低、 中、高空飞机，以及飞艇、气球等 飞机： 高空：无人机2到3万米 低空：航空摄影测量<2000米，大比例尺航 片 气球：高空气球12到40公里 航空平台历史悠久，主要是飞机摄影
航天平台
航天平台：高度在150km以上。主要有航天 飞机（240到350km高度）和卫星。 航天平台目前发展最快、应用最广：气象 卫星系列、海洋卫星系列、陆地卫星系列
振动
• 指除三轴倾斜以外的非系统性的不稳定的 振动。 • 使用遥感数据前需要进行集合校正。
轨道参数
•用于表示遥感卫星轨道特征的数值。 •遥感卫星所包含地球在内的平面叫轨道 面。
轨道参数
根据开普勒定律，卫星轨道在空间的具体 形状位臵，可由六个轨道参数来确定 卫星轨道的长半轴a 卫星轨道的偏心率（或称扁率）e 轨道倾角I 升交点赤经Ω 近地点角距ω 卫星过近地点时刻t0 以上六个参数可以根据地面观测来确定
与太阳同步
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。 并使卫星上的 太阳电池得到 稳定的太阳照 度。
可重复轨道
3 遥感平台及卫星轨道
遥感平台:遥感中搭载遥感器的工具。 可按以下不同类别进行划分： 遥感平台的高度 所利用的电磁波的光谱段分类 研究对象分类 应用空间尺度分类
第三章 传感器及航天遥感
回顾
电磁波及电磁波谱 黑体辐射和实际物体辐射 太阳辐射和地球辐射 电磁波在大气传输中的影响 物体的反射辐射 各典型地物的光谱曲线
第三章 传感器及航天遥感
主要内容
遥感图像的分辨率 传感器 遥感平台及卫星轨道 常见卫星参数及其影像特性
传感器
传感器是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息 的工具。是遥感技术系统中数据获取的关键设备。
成像光谱仪
以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获 取图像信息的仪器。通过将传统的空间成 像技术与地物光谱技术有机地结合在一起， 可以实现对同一地区同时获取几十个到几 百个波段的地物反射光谱图像。 属于多光谱扫描仪，其构造与ＣＣＤ线阵 列推扫式扫描仪和多光谱扫描仪类型相同， 区别在于通道数目多，各通道的波段宽度 很窄。
光电成像型的传感器
• 将收集到的电磁波能力，通过光敏或热敏 元件（探测器）转变成电能后再记录下来。
• 与光学摄影机比： 扩大了探测的波段范围； 便于数据的存储与传输 航天多使用此类传感器
光电成像型的传感器
• 依靠探测元件和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进 行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信 息，形成一定谱段的图象． 对物面扫描的成像仪： 特点:对地面直接扫描 光机扫描仪(红外扫描仪，多光谱扫描仪)，成像光谱仪， 多频段频谱仪 对像面扫描的成像仪： 特点:瞬间在像面上先形成一条线图象,甚至是一幅二维 影象,然后对影象进行扫描成像. 线阵列ＣＣＤ推扫式成像仪，电视摄像机
Ω确定轨道面中轨道的长轴方向。
根据t0可计算出任何时刻卫星在轨道 上的位臵
其它一些常用参数
1卫星高度 依据开普勒第三定律同样可解求卫星的平 均高度 2卫星运行周期 指卫星绕地一圈所需要时间，即从升交点 开始运行到下次过升交点时的时间间隔。 与卫星高度正相关。
3、重复周期 指卫星从某地上空开始运行，经过若干时 间的运行后，回到该地上空时所需要的天 数。 4，降交点时刻 指卫星经过降交点时的地方太阳时的平均 值。 5，扫描带宽度 卫星沿轨道运行时其传感器所观测的地面 带的横向宽度。
根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式 两种。 主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能 量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。 被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物 本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪 （MSS、TM、ETM、HRV）。
NOAA/AVHRR LANDSAT/TM
TERRA/MODIS
卫星的空间轨道
倾角i决定了轨道面与赤道面，或与地轴之 间的关系。 i=0时轨道面与赤道面重合。 i=90°时轨道面与地轴重合。 i≈90°时轨道面接近地轴，这时的轨道 称近极地轨道。轨道近极地有利于增大卫 星对地球的观测范围。
几种常见轨道面
a和e决定了卫星轨道的形状 Ω、i决定卫星轨道面的方向。
几种常见轨道面
其它一些常用参数
1卫星速度 当轨道为圆形时，其平均速度为
2卫星运行周期 指卫星绕地一圈所需要时间，即从升交点 开始运行到下次过升交点时的时间间隔。
3、卫星高度 依据开普勒第三定律同样可解求卫星的平 均高度
4、同一天相邻轨道间在赤道处的距离
5、每天卫星绕地圈数
6、重复周期 指卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运 行后，回到该地上空时所需要的天数。它与运行 周期的关系为：
成像光谱仪
成像光谱仪特点
高光谱分辨力：可获得可见光、近红外、短波红 外、热红外波段多而窄的连续光谱，波段多，间 隔在nm级，10-20 nm，个别到2.5 nm； 图谱合一：在获得高光谱波段图象的同时，可以 显示图象中每个像元的连续光谱。 空间分辨率：航空的较高；航天的分为中分辨率 和高分辨率。 辐射分辨率大和信噪比高。 数据量大。