第三章对地观测
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25
Landsat轨道参数
项目 卫星编号 1,2,3 4,5,7 705 km 98.2 º 98.9 min/圈 185 km 16 d 轨道高度 918 km 轨道倾角 99.125 ° 运行周期 103 min/圈 185 km 扫描宽度 18 d 重复周期
26
Landsat卫星的传感器
(1) RBV和MSS：多光谱扫描仪。第一代。 (2) TM ：专题绘图仪，7个波段。 (TM数据是第二代多光谱段光学——机械扫描仪，
像幅与重叠—景的概念
以TM为例：
10 20 30 40 50 60 70 80
8.7%
12.9% 19.7% 29%
40.4% 53.6% 68.3% 83.9%
航向重叠：分幅时人为加上10％
22
Landsat4、5的WRS参考系统： 由轨径（path）和行号（row）组成， 如哈尔滨所在的景编号为118／28。 Landsat4、5覆盖地球一次233圈，001－ 233，西经64.60为001自东向西编号，我 国113－146。行号从北纬80047’开始为 001，到赤道60行，至南纬81051’为122行， 然后向北方增加增加至赤道184，继续到 北纬81051’为246。我国23－48。
2
一、遥感平台
遥感中搭载遥感器的工具统称为遥感平台。按平 台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台、 航空平台、航天平台。 卫星
空间运载工具
（航天遥感）
宇宙飞船 航天飞机 飞机
遥 感 平 台
空中运载工具
（航空遥感）
气球 遥感用飞机等
地面运载工具
遥感用艇船等
3
地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平
17
补充航空遥感的一些内容： 航空摄影的种类和要求 航空相片的种类：全色黑白，天然彩色、 黑白红外，红外彩色片。成像过程 比例尺及成图的概念：点比例尺、平均 比例尺（局部和相片）、主比例尺。
18
第二节：我国常用的光学遥感卫星系列
LANDSAT系列 SPOT系列 小卫星 我国的陆地卫星
13
Sun Synchronous Orbit of Landsat 7
Sun Elevation Angle
14
地球同步卫星，如静止气象卫星
15
四、对地观测系列
陆地资源卫星系列（光学、商用小卫星、 微波、激光） 气象卫星系列 海洋卫星系列 航空遥感 气象和海洋卫星不介绍（我国气象卫星 除外），航空遥感作为摄影测量的补充 介绍一些内容。
TM1 －TM7，MSS1,MSS2,MSS3,MSS4
Landsat-6
Landsat-7 Landsat-8
1993.10.5
1999.4.15 2013.2.11 ETM+,MSS1,MSS2,MSS3,MSS4 Operational Land Imager Thermal Infrared Scanor
42
电子扫描系统（TV）摄像机 线性扫描系统 掸扫式系统（MSS、TM等） 推扫视系统（SPOT／HRV、成像光谱仪）
扫描系统
传感器
全色黑白 天然彩色
摄影系统
黑白红外 彩色红外 其他（多光谱摄影）
43
二、传感器成像过程
以扫描成像为例
物理实现
数学理解 采样和量化
44
1、物理实现 三种扫描方式
45
33
QuickBird
34
五、我国的常用卫星系列
1999年10月14日发射了我国和巴西联合研制的 地球资源卫星（CBERS-1）。 以TM和SPOT为参考，778KM、98.50、 100.26min、4－26天，扫描宽度113KM。 三种传感器：CCD（Charge Coupled Device） 多光谱相机、红外多光谱扫描仪（IRMSS）、 巴西宽视场CCD（WFI） 2003年10月、2007年9月又发射2颗 此外，2003年开始发射小卫星（北京1号）， 2007年计划2＋1小卫星（HJ），用于环境和灾 害监测，2颗光学卫星（1个多光谱、1个高光 谱）、1颗合成孔径雷达……
20
（2）近极地的轨道；
这颗卫星的轨道倾角设计为99.125°，因此是近极地轨 道。轨道近极地有利于增大卫星对地面总的观测范围。 这颗卫星最北和最南分别能到达北纬81°和南纬81°， 利用地球自转并结合轨道运行周期和图像宽度的设计， 可以观测到南北纬81°之间的广大地区
（3）轨道与太阳同步；
卫星轨道与太阳同步，是指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。 （4）可重复轨道。 轨道的重复性有利于对地面地物或自然现象的变化作动 态监测。 21
台称为地面平台或近地面平台。它通过地物光谱仪或传感器来对地 面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。
三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和 进行地面摄影。 遥感塔：固定地面平台；用于测定固定目标和进行动 态监测；高度在6米左右。 遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得 地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可 以对海底进行遥感。
16
航空遥感的特点： 1、航空遥感灵活机动，适用于小范围专题 研究。 2、空间分辨率高，信息量大。 3、是各种星载遥感器的先行试验者。 4、目前是大比例尺测图的主力军。 航空遥感特别是航空摄影测量已经建 立起了完整的理论体系，几何光学原理 和数学模型成熟规范。而数学模型是遥 感定量化的一个重要方面。
23
24
二、Landsat数据系列
卫星名称 Landsat-1 发射日期 1972.7.22 遥感数据 RBV1,RBV2,RBV3 MSS4,MSS5,MSS6,MSS7,MSS8
Landsat-2 Landsat-3
Landsat-4 Landsat-5
1975.1.22 1978.3.5
1982.7.16 1984.3.1
35
增加内容
36
37
38
39
40
41
第三节：传感器成像与评价
一、传感器概念：
1 传感器也叫遥感器，是用以获取目标物电磁辐 射信息的探测仪器，是收集、量测、记录地物电 磁波谱特性的工具。 2 遥感器的组成：收集器、探测器 、处理器、输 出器 3 它的性能决定遥感的能力。传感器的光谱分辨 率，对辐射亮度的响应能力、传感器的空间分辨 率，决定图像的几何特征、获取地物信息量的大 小和可靠程度。
是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。 TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停 顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。)
(3) ETM+：增强专题绘图仪，8个波段。
(ETM数据是第三代推扫式扫描仪，是在TM基础上 改进和发展而成的一种遥感器。)
27
三、SPOT数据
1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些 国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT) 的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。 SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。 SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。 SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止运行。 SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002年5月4日凌晨当地时间 1时31分，在法属圭 亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。 中等高度（832 km)圆形近极地太阳同步轨道。 主要成像系统:高分辨率可见光扫描仪（HRV，HRG）， VEGETATION，HRS。
第三章：对地观测系列
第一节：对地观测系统简介 第二节：我国常用的光学遥感卫星系列 第三节：传感器成像与评价 第四节：高光谱、微波遥感和激光雷达
结合遥感正反演来理解本章内容，影像参数与 遥感系统参数和地物参数之间的关系。
1
第一节：对地观测系统简介
狭义遥感：主要指空对地的遥感。以电磁波为 媒介，包括从紫外—可见光—红外—微波，前 三种又称为光学遥感。是对地球表面进行探测 的一个立体观测系统。 广义遥感：包括空对地、地对空、空对空的遥 感。它不仅把整个地球的大气圈、水圈、岩石 圈为研究对象，而且把探测范围扩大到地球以 外的日地空间。遥感利用的媒介包括电磁波、 力场（重力、磁力）、声波、地震波等。 我们主要学习是地球表面遥感（Surface RS）
8
二、卫星轨道
轨道形状
固定的椭圆轨道绕地球周期性的运行。
焦距 c 长半轴a 短半轴b 偏心率 e
9
卫星轨道参数 卫星轨道在空间的具体形状位置，可由六个轨道参 数来确定。 1、升交点赤径Ω 升交点赤经Ω 为卫星轨道的升交点与春分点之间的 角距。所谓升交点为卫星由南向北运行时，与地球 赤道面的交点。反之，轨道面与 赤道面的另一个交点称为降交点。 春分点为黄道面与赤道面在天球 上的交点。 2、近地点角距ω ω 是指卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。
28
SPOT的倾斜观测功能
+/-270侧视角度
29
SPOT5立体成像装置HRS
沿轨道飞 行90秒， 关闭前向 望远镜， 同时打开 后向望远 镜。
H R S
20° 20°
30
SPOT卫星的轨道参数
标称轨道高度 轨道倾角 运行一圈的周期 日绕总圈数 重复周期 降交点地方太阳时 HRV地面扫描宽度 每行像元数 832 km 98.7° 101.46 min 14.19圈 26 d 10:30(±15min) 60 km 3 000/6 000 个
19
一、陆地卫星的运行特点：
（1）近圆形的轨道； 实际轨道高度变化在905—918km之间， 偏心率为0.0006。因此为近圆形轨道，轨 道趋于圆形的主要目的是使在不同地区 获取的图像比例尺一致。此外近圆形轨 道使得卫星的速度也近于匀速。便于扫 描仪用固定扫描频率对地面扫描成像， 避免造成扫描行之间不衔接的现象。
4
航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空
平台、中空平台和高空平台。 – 低空平台：5000米以内，对流层下层中。 – 中空平台：5000-10000米 ，对流层中层。 – 高空平台：10000米左右的对流层以上。 – 气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低 空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为 高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞 机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。 航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
31
四、小卫星系列
IKONOS
IKONOS: 1米全色 4米多光谱
轨道: 680km,
太阳同步, 98.2º
32
小卫星是指目前设计质量小于500kg的 小型近地轨道卫星，其空间分辨率为13m（全色）和4-15m（多波段），为满 足制图需要，均采用在轨GPS定位系统。 卫星可在30度-45度范围内，任意方向多 角度成像，能进行立体测图。 重量轻，体积小。便于储运和发射。 研制周期短，成本低。发射灵活，启用 速度快。技术性能高。
5
各种遥感平台的相对高度
500以下
6
7
轨道高度
轨道高度:
卫星离地面的平均距离。
低轨卫星：150—200KM，寿命1～3周，
卫 星
举例 :多数是军事卫星
中轨卫星：300～1500KM，寿命1年以上，
举例: 陆地卫星、气象卫星、海洋卫 星
高轨卫星：35800KM, 寿命很长，
举例：通信卫星; GPS卫星：22000KM
(3)扫描线衔接 因扫描周期为73.42ms 卫星速度（地速）为6.47km/s 474m= 73.42ms× 6.47km/s 在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫 描线恰好衔 接 49
多波段的 形成： 光谱维和 空间维
46
47
48
以MSS为例： (1) 扫描瞬间 像元的地面分辨力=瞬时视场×卫星高 79m=86μrad×915km， 六个相同大小的探测元在瞬间看到沿卫星前进方 向的地面距离为474m (2)扫描一次 扫描总视场：11.56° 地面宽度：185km 六条扫描线图像的地面范围：474mX185km
11
3、轨道倾角i i角是指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。
度量：
卫星经过升交点 方向的轨道面，顺时针转 到赤道面的夹角。
4、卫星轨道的长半轴a
a为卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离。
5、卫星轨道的偏心率（或称扁率）e 6、卫星过近地点时刻T
12
三、两种 同步卫星
Sun-synchronous orbit 与太阳同步卫星
Landsat轨道参数
项目 卫星编号 1,2,3 4,5,7 705 km 98.2 º 98.9 min/圈 185 km 16 d 轨道高度 918 km 轨道倾角 99.125 ° 运行周期 103 min/圈 185 km 扫描宽度 18 d 重复周期
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Landsat卫星的传感器
(1) RBV和MSS：多光谱扫描仪。第一代。 (2) TM ：专题绘图仪，7个波段。 (TM数据是第二代多光谱段光学——机械扫描仪，
像幅与重叠—景的概念
以TM为例：
10 20 30 40 50 60 70 80
8.7%
12.9% 19.7% 29%
40.4% 53.6% 68.3% 83.9%
航向重叠：分幅时人为加上10％
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Landsat4、5的WRS参考系统： 由轨径（path）和行号（row）组成， 如哈尔滨所在的景编号为118／28。 Landsat4、5覆盖地球一次233圈，001－ 233，西经64.60为001自东向西编号，我 国113－146。行号从北纬80047’开始为 001，到赤道60行，至南纬81051’为122行， 然后向北方增加增加至赤道184，继续到 北纬81051’为246。我国23－48。
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一、遥感平台
遥感中搭载遥感器的工具统称为遥感平台。按平 台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台、 航空平台、航天平台。 卫星
空间运载工具
（航天遥感）
宇宙飞船 航天飞机 飞机
遥 感 平 台
空中运载工具
（航空遥感）
气球 遥感用飞机等
地面运载工具
遥感用艇船等
3
地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平
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补充航空遥感的一些内容： 航空摄影的种类和要求 航空相片的种类：全色黑白，天然彩色、 黑白红外，红外彩色片。成像过程 比例尺及成图的概念：点比例尺、平均 比例尺（局部和相片）、主比例尺。
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第二节：我国常用的光学遥感卫星系列
LANDSAT系列 SPOT系列 小卫星 我国的陆地卫星
13
Sun Synchronous Orbit of Landsat 7
Sun Elevation Angle
14
地球同步卫星，如静止气象卫星
15
四、对地观测系列
陆地资源卫星系列（光学、商用小卫星、 微波、激光） 气象卫星系列 海洋卫星系列 航空遥感 气象和海洋卫星不介绍（我国气象卫星 除外），航空遥感作为摄影测量的补充 介绍一些内容。
TM1 －TM7，MSS1,MSS2,MSS3,MSS4
Landsat-6
Landsat-7 Landsat-8
1993.10.5
1999.4.15 2013.2.11 ETM+,MSS1,MSS2,MSS3,MSS4 Operational Land Imager Thermal Infrared Scanor
42
电子扫描系统（TV）摄像机 线性扫描系统 掸扫式系统（MSS、TM等） 推扫视系统（SPOT／HRV、成像光谱仪）
扫描系统
传感器
全色黑白 天然彩色
摄影系统
黑白红外 彩色红外 其他（多光谱摄影）
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二、传感器成像过程
以扫描成像为例
物理实现
数学理解 采样和量化
44
1、物理实现 三种扫描方式
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QuickBird
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五、我国的常用卫星系列
1999年10月14日发射了我国和巴西联合研制的 地球资源卫星（CBERS-1）。 以TM和SPOT为参考，778KM、98.50、 100.26min、4－26天，扫描宽度113KM。 三种传感器：CCD（Charge Coupled Device） 多光谱相机、红外多光谱扫描仪（IRMSS）、 巴西宽视场CCD（WFI） 2003年10月、2007年9月又发射2颗 此外，2003年开始发射小卫星（北京1号）， 2007年计划2＋1小卫星（HJ），用于环境和灾 害监测，2颗光学卫星（1个多光谱、1个高光 谱）、1颗合成孔径雷达……
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（2）近极地的轨道；
这颗卫星的轨道倾角设计为99.125°，因此是近极地轨 道。轨道近极地有利于增大卫星对地面总的观测范围。 这颗卫星最北和最南分别能到达北纬81°和南纬81°， 利用地球自转并结合轨道运行周期和图像宽度的设计， 可以观测到南北纬81°之间的广大地区
（3）轨道与太阳同步；
卫星轨道与太阳同步，是指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。 （4）可重复轨道。 轨道的重复性有利于对地面地物或自然现象的变化作动 态监测。 21
台称为地面平台或近地面平台。它通过地物光谱仪或传感器来对地 面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。
三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和 进行地面摄影。 遥感塔：固定地面平台；用于测定固定目标和进行动 态监测；高度在6米左右。 遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得 地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可 以对海底进行遥感。
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航空遥感的特点： 1、航空遥感灵活机动，适用于小范围专题 研究。 2、空间分辨率高，信息量大。 3、是各种星载遥感器的先行试验者。 4、目前是大比例尺测图的主力军。 航空遥感特别是航空摄影测量已经建 立起了完整的理论体系，几何光学原理 和数学模型成熟规范。而数学模型是遥 感定量化的一个重要方面。
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二、Landsat数据系列
卫星名称 Landsat-1 发射日期 1972.7.22 遥感数据 RBV1,RBV2,RBV3 MSS4,MSS5,MSS6,MSS7,MSS8
Landsat-2 Landsat-3
Landsat-4 Landsat-5
1975.1.22 1978.3.5
1982.7.16 1984.3.1
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增加内容
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第三节：传感器成像与评价
一、传感器概念：
1 传感器也叫遥感器，是用以获取目标物电磁辐 射信息的探测仪器，是收集、量测、记录地物电 磁波谱特性的工具。 2 遥感器的组成：收集器、探测器 、处理器、输 出器 3 它的性能决定遥感的能力。传感器的光谱分辨 率，对辐射亮度的响应能力、传感器的空间分辨 率，决定图像的几何特征、获取地物信息量的大 小和可靠程度。
是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。 TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停 顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。)
(3) ETM+：增强专题绘图仪，8个波段。
(ETM数据是第三代推扫式扫描仪，是在TM基础上 改进和发展而成的一种遥感器。)
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三、SPOT数据
1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些 国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT) 的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。 SPOT1，1986年2月发射，至今还在运行。 SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。 SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止运行。 SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。 SPOT5, 2002年5月4日凌晨当地时间 1时31分，在法属圭 亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。 中等高度（832 km)圆形近极地太阳同步轨道。 主要成像系统:高分辨率可见光扫描仪（HRV，HRG）， VEGETATION，HRS。
第三章：对地观测系列
第一节：对地观测系统简介 第二节：我国常用的光学遥感卫星系列 第三节：传感器成像与评价 第四节：高光谱、微波遥感和激光雷达
结合遥感正反演来理解本章内容，影像参数与 遥感系统参数和地物参数之间的关系。
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第一节：对地观测系统简介
狭义遥感：主要指空对地的遥感。以电磁波为 媒介，包括从紫外—可见光—红外—微波，前 三种又称为光学遥感。是对地球表面进行探测 的一个立体观测系统。 广义遥感：包括空对地、地对空、空对空的遥 感。它不仅把整个地球的大气圈、水圈、岩石 圈为研究对象，而且把探测范围扩大到地球以 外的日地空间。遥感利用的媒介包括电磁波、 力场（重力、磁力）、声波、地震波等。 我们主要学习是地球表面遥感（Surface RS）
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二、卫星轨道
轨道形状
固定的椭圆轨道绕地球周期性的运行。
焦距 c 长半轴a 短半轴b 偏心率 e
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卫星轨道参数 卫星轨道在空间的具体形状位置，可由六个轨道参 数来确定。 1、升交点赤径Ω 升交点赤经Ω 为卫星轨道的升交点与春分点之间的 角距。所谓升交点为卫星由南向北运行时，与地球 赤道面的交点。反之，轨道面与 赤道面的另一个交点称为降交点。 春分点为黄道面与赤道面在天球 上的交点。 2、近地点角距ω ω 是指卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。
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SPOT的倾斜观测功能
+/-270侧视角度
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SPOT5立体成像装置HRS
沿轨道飞 行90秒， 关闭前向 望远镜， 同时打开 后向望远 镜。
H R S
20° 20°
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SPOT卫星的轨道参数
标称轨道高度 轨道倾角 运行一圈的周期 日绕总圈数 重复周期 降交点地方太阳时 HRV地面扫描宽度 每行像元数 832 km 98.7° 101.46 min 14.19圈 26 d 10:30(±15min) 60 km 3 000/6 000 个
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一、陆地卫星的运行特点：
（1）近圆形的轨道； 实际轨道高度变化在905—918km之间， 偏心率为0.0006。因此为近圆形轨道，轨 道趋于圆形的主要目的是使在不同地区 获取的图像比例尺一致。此外近圆形轨 道使得卫星的速度也近于匀速。便于扫 描仪用固定扫描频率对地面扫描成像， 避免造成扫描行之间不衔接的现象。
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航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空
平台、中空平台和高空平台。 – 低空平台：5000米以内，对流层下层中。 – 中空平台：5000-10000米 ，对流层中层。 – 高空平台：10000米左右的对流层以上。 – 气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低 空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为 高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞 机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。 航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。
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四、小卫星系列
IKONOS
IKONOS: 1米全色 4米多光谱
轨道: 680km,
太阳同步, 98.2º
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小卫星是指目前设计质量小于500kg的 小型近地轨道卫星，其空间分辨率为13m（全色）和4-15m（多波段），为满 足制图需要，均采用在轨GPS定位系统。 卫星可在30度-45度范围内，任意方向多 角度成像，能进行立体测图。 重量轻，体积小。便于储运和发射。 研制周期短，成本低。发射灵活，启用 速度快。技术性能高。
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各种遥感平台的相对高度
500以下
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轨道高度
轨道高度:
卫星离地面的平均距离。
低轨卫星：150—200KM，寿命1～3周，
卫 星
举例 :多数是军事卫星
中轨卫星：300～1500KM，寿命1年以上，
举例: 陆地卫星、气象卫星、海洋卫 星
高轨卫星：35800KM, 寿命很长，
举例：通信卫星; GPS卫星：22000KM
(3)扫描线衔接 因扫描周期为73.42ms 卫星速度（地速）为6.47km/s 474m= 73.42ms× 6.47km/s 在扫描一次的时间里卫星往前正好移动474m，扫 描线恰好衔 接 49
多波段的 形成： 光谱维和 空间维
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以MSS为例： (1) 扫描瞬间 像元的地面分辨力=瞬时视场×卫星高 79m=86μrad×915km， 六个相同大小的探测元在瞬间看到沿卫星前进方 向的地面距离为474m (2)扫描一次 扫描总视场：11.56° 地面宽度：185km 六条扫描线图像的地面范围：474mX185km
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3、轨道倾角i i角是指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。
度量：
卫星经过升交点 方向的轨道面，顺时针转 到赤道面的夹角。
4、卫星轨道的长半轴a
a为卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离。
5、卫星轨道的偏心率（或称扁率）e 6、卫星过近地点时刻T
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三、两种 同步卫星
Sun-synchronous orbit 与太阳同步卫星