Landsat卫星影像简介

Landsat 卫星影像简介

同济大学罗新

1. Landsat系列卫星概述（Avalanche P）

Landsat系列卫星是由美国的NASA和USGS共同努力的成果。其中NASA负责火箭的发射以及遥感卫星的研制。USGS负责卫星的运行以及卫星影像的接收和处理。Landsat系列卫星中由于Landsat 5长时间高质量的运行（运行了28年10个月）为全球地表的连续监测提供了数据支撑，因此意义重大。

历代Landsat卫星的发射以及运行情况如下图所示：

2. 卫星影像获取

Landsat 7和Landsat 8都是太阳同步卫星，轨道相同，都是轨道高为705km，成像宽度为185km，视场角为15°，运动轨迹为地球阳面从北向南，卫星绕地球一周时间为99分钟，每天能绕地球14周，重访周期为16天。

Landsat 卫星重访示意图：

Landsat 数据接收站位置：

3. 传感器和波段设置

Landsat 1,2和3的传感器都是多光谱扫描器MSS，该传感器能收集4个多光谱波段（3个可见光和1个近红外波段），影像分辨率为79m。影像最终被采样为了60m分辨率。Landsat 4和5同时荷载了MSS传感器和可接受可见光，近红外，短波中红外波段且影像分辨率为30m的TM传感器。除此之外Landsat 4和5同时增加了一个120m分辨率的热红外波段（后被采样为30m）。

Landsat 7荷载的是ETM+传感器，在2003年5月31日时，该传感器发生故

障，导致获取影像上出现条带缺失，影像上缺失信息占影像总面积的

22%，严重影响了遥感影像的使用。

各传感器详细光谱信息如下：

Note:Landsat ETM+ 获取的热红外波段影像分辨率为60 m, Landsat TM获取的热红外波段为120米！Landsat TM只有一个热红外波段，Landsat ETM+有两个热红波段，但是同一个光谱区间分别在低和高增益下获取的，Landsat 8有两个热红外波段，分别在不同光谱区间获取。

Reference: Landsat-8: Science and product vision for terrestrialglobal change research

4. Landsat 8数据

2013年发射的Landsat8卫星包含11个波段。影像特征较之前的Landsat 7卫星有部分改进。该数据详细光谱信息如上表所示。在Landsat 8数据获取过程中有一个质量评估影像（QA），该影像反映了像元受到传感器和云污染的影响。

4.1卫星参数（Irons J R etal., 2012）

产品级别：L0Rp，L1G，L1Gt，L1T。

L1T级：辐射校正数据经过几何精校正处理（使用地面控制点和数字高程模型数据）得到的数据产品。格式为：GeoTIFF (我们获取到的影像即为该级别产品)

分辨率：OLI 多光谱波段30m

OLI 全色波段15m

TIRS热红外波段100m，被重采样成了30m 数据格式：Geotif 格式

采样方式：三次卷积

方向：北方向

瞬时视场角：15度

投影：通用横轴墨卡托投影，WGS84坐标

误差：OLI是12m圆误差，90%置信度

TIRS是14m圆误差，90%置信度

4.2 Landsat OLI传感器

OLI陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30米，其中包括一个15米的全色波段，成像宽幅为185x185km。

OLI包括了ETM+传感器所有的波段，为了避免大气吸收特征，OLI对波段进行了重新调整，比较大的调整是OLI Band5(0.845–0.885 μm)，排除了0.825μm 处水汽吸收特征；OLI全色波段Band8波段范围较窄，这种方式可以在全色图像上更好区分植被和无植被特征；此外，还有两个新增的波段：蓝色波段(band 1; 0.433–0.453 μm)主要应用海岸带观测，短波红外波段(band 9; 1.360–1.390 μm)包括水汽强吸收特征可用于云检测；近红外band5和短波红外band9与MODIS对应的波段接近。

Landsat8的OLI传感器采用的是已在EO-1卫星的ALI 传感器上实验过的推进扫描方式［Ungar S G et al., 2003］，并且Landsat 8 的辐射分辨率在Landsat 7 8bit的基础上提高到了12bit，大大增加了影像的灰度量化级。同时新的OLI传感器将比之前的Landsat 系列卫星传感器具有更高的信噪比，根据Irons 等［Irons J R et al., 2012］的总结整理，OLI 各波段的信噪比可能比ETM+各对应波段平均高出近3倍。

4.3 Landsat TIRS

Landsat 8上具有单独的热红外传感器TIRS，而不像Landsat 7那样，将其集成于ETM+传感器之中。这是因为Landsat 8在最初的设计中并没有考虑要继续接收热红外数据，而已经设计好的OLI传感器已无足够空间来容纳热红外传感器。为了不耽误发射时间，只得决定单独设计另一新的传感器。由于时间紧迫，所设计的热红外数据的分辨率为100m，低于之前的Landsat 7卫星的60m分辨率。使用年限设计为3年，也低于同卫星的OLI的5年。不过较之前的卫星改进较大是新的热红外传感器有2个波段，比ETM+增加了1个波段。

Reference:

[1] Avalanche P. Landsat—Earth ObservationSatellites[J].

[2] Ungar S G,Pearlman J S, Mendenhall J A, Reuter D. Overview D. Overview of the erathobserving one(EO-1) mission. IEEE Transactions on Geoscience and remotesensing, 2003, 41(6):1149-1159

[3] Irons J R, Dwyer J L, Barsi J A. Barsi JA. The next Landsat satellite: The Landsat Data Continuity Mission. RemoteSensing of Environment, 2012, 122:11-21

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