遥感平台及与运行特点

D d n nint
三、 卫星姿态角
滚动
以卫星质心为
坐标原点，沿
轨道前进的切
线方向为X轴， 垂直轨道面的
俯仰
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方向为Y轴，
垂直XY面的为
Z轴。
航偏
四、遥感卫星的轨道类型
地球同步轨道（Geosynchronous satellite orbit ）
卫星运行周期与地球自转周期相同的轨道称为地球同步卫星轨道，当 地球同步轨道面与赤道面重合时，称该轨道为静止轨道。
➢ 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。
• 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：2000米以内，对流层下层中。 – 中空平台：2000-6000米 ，对流层中层。 – 高空平台：12000米左右的对流层以上。
• 为使轨道平面始终与太阳保持固定的取向，因此轨道 平面每天平均向地球公转方向（自西向东）转动 0.9856度（即360度／年）
• 在这种轨道上的卫星以固定的地方时观测地球大气， 有较固定的光照条件。对获取可用的资料、资料的接 收、轨道的计算等都十分方便。
太阳同步卫星
Sun-synchronous orbit
•二、 卫星轨道参数 卫星绕地球运行轨道的种类
• 人造地球卫星在空间的位置可以用几个特 定数据来确定，这些数据称为轨道参数 , 对地观测卫星轨道一般为椭圆形，轨道有 6 个参数：
• 1、长半轴 a :即卫星离地 面的最大高度 , 它用来确 定卫星轨道的大小；
• 2、偏心率 e :决定卫星轨 道的形状 ；
类型 Blue-Green
Green Red Near IR SWIR LWIR SWIR Pan
波谱范围 0.450-0.515 0.525-0.605 0.630-0.69 0.775-0.90 1.550-1.75 10.40-12.5 2.090-2.35 0.520-0.90
地面分辨率 30m 30m 30m 30m 30m 60m 30m 15m
第二章 遥感平台及与运行特点
• 第一节 遥感平台的种类 • 第二节 卫星轨道及运行特点 • 第三节 陆地卫星及运行特点 • 第四节 其他卫星及运行特点
第一节 遥感平台的种类
遥感中搭载传感器的工具统称为遥感平台。
遥感平台
航天平台
高度 > 150km
卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。 航空平台 高度 30km以内
☆ 美国陆地卫星系列 Landsat ☆ 法国资源卫星系列 SPOT ☆ 印度资源卫星系列 IRS等 ☆ 中国资源一号卫星——中巴地球资源卫
星（CBERS) ☆ JERS卫星 ☆高分辨率陆地卫星系列 ☆ SAR类卫星
•一、Landsat系列卫星
陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，随后陆 续发射了7颗，已连续三十多年为人类提供陆地 卫星图像，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中 高度、长寿命的卫星。 陆地卫星的运行特点： （1）近圆形轨道； （2）近极地轨道； （3）轨道与太阳同步； （4）可重复轨道。
• 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刈幅宽度的设 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；
• 卫星与太阳同步，使卫星以同一地方时通过地面上空 。
（1）近圆形轨道；
• 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。
（2）近极地轨道；
升交点：卫星由南向北运行时，与地球赤道面的交点 降交点 ：卫星由北向南运行时，与地球赤道面的交点
从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和 赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中 太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那 一点，称为春分点。
• 5、 轨道面倾角 i : • 地球赤道平面与卫星轨
道平面间的夹角；
• 6、卫星过近地点的时 刻T
• 这四个参数决定了卫星 轨道面与赤道面的相对 位置
一些常用参数
1、卫星速度：v GM r
其中： M—地球质量 G—万有引力常数 r—卫星距地心高度（R+h）
2、卫星运行周期：卫星在轨道上绕地球运行一周所 需要的时间，公式为：
T 2 r 3
space shuttle
遥感平台 静止卫星 圆轨道卫星 (对地观测卫星) 小卫星 航天飞机 无线探空仪 高高度喷气机
中低高度喷气机
飞艇 直升机 系留气球 无线遥控飞机 牵引飞机 索道 吊车 地面测量车
可应用的遥感平台
高度
目的与用途
36,000km
定点地球观测
500km~1,000km
定期地球观测
➢能够长时间观测特定地区，卫星高度高，能将大范围的区域同 时收入视野，应用于气象和通讯领域
➢ 人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星。
太阳同步轨道（Sun-synchronous orbit或 Heliosynchronous orbit）
• 指的就是卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的 取向，轨道的倾角（轨道平面与赤道平面的夹角）接 近90度，卫星要在两极附近通过，因此又称之为近极 地太阳同步卫星轨道。
各类飞机、飞艇、气球等 地面平台 高度 < 100米 三角架、遥感塔、遥感车（船）、建筑物的顶部等
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；测定各种地物的波谱特性和进 行地面摄影。
LandSat30米TM多光谱卫星影像
LandSat15米ETM全色卫星影像
运行轨道与太阳的入射光 线总保持一个固定角度的 飞行模式，称为太阳同步。
以相同的方向经过同一纬度的当地时间 是相同的。白天飞过地球上绝大部分的 陆地，上午9︰00－10︰30最佳入射角， 保证太阳光强度和地物阴影。
第三节 陆地卫星及轨道特征
• 用于陆地资源和环境探测的卫星称为陆地卫星 ，依不同的指标和方法，陆地卫星有多种分类 方法，按综合分类为陆地卫星（Landsat）类 、高分辨陆地卫星、高光谱卫星和合成孔径雷 达等四类。
185公里
多光谱扫描仪MSS ；专 题制图仪 TM
增强型专 题制图仪
ETM
再增强型 专题制图 仪ETM +
Landsat4、5卫星
Landsat系列卫星
最高空间分辨率：全色15米（传感器ETM+） 多光谱30米（传感器TM）
波段号 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7
波段 Blue-Green
太阳同步轨道（ sun-synchronous satellite orbit ）
轨道平面绕地轴旋转的方向与地球公转的方向相同, 旋转的角速度等 于地球公转的平均角速度。
地球静止卫星轨道 (geostationary satellite orbit)
➢ 在无数条同步轨道中，有一条圆形轨道，它的轨道平面与地球 赤道平面重合，在这个轨道上的所有卫星，从地面上看都像是悬 在赤道上空静止不动，这样的卫星称为地球静止轨道卫星，简称 静止卫星，这条轨道就称为地球静止卫星轨道，简称静止卫星轨 道，高度大约是35786公里。
400km左右 240km~350km 100m~100km 10,000~12,000m
各种调查 不定期地球观测、空间实验 各种调查(气象等) 侦察、大范围调查
500~8,000m
各种调查航空摄影测量
500~3,000m 100~2,000m 800m以下 500m以下 50~500m 10~40m 5~50m 0~30m
在单位时间扫过的面积相等。 卫星在离地近的地方经过时的速度要快些，在离地远的
地方运行的速度要慢些。
（三）开普勒第三定律 行星的公转周期的平方与它的轨道长半径的立方成
正比。 卫星绕地球的运行周期的平方与它的轨道长半径的
立方成正比。 T2/（R+a）3=C T：运行周期，R：地球半径；a：轨道长半径；C：开普 勒常数
遥感卫星系列
气象卫星系列
陆地卫星系列
海洋卫星系列
第二节 卫星轨道及运行特点
一、开普勒定律:天体运行的规律 卫星在空间运行，遵循天体运动的开普勒三定律。
（一）开普勒第一定律 星体绕地球（或者太阳）运动的轨道是一个椭圆，地
球（太阳）位于椭圆的一个焦点上。
近地点
近地点
（二）开普勒第二定律 从地心（或者太阳中心）到星体的连线（星体向径），
• 这两个参数决定了卫星轨 道的形状
• 3 、升交点赤经 Ω :卫星 轨道与地球赤道面有两 个交点，卫星由南向北 飞行时与地球赤道面的 交点称为升交点，卫星 由北向南飞行时与地球 赤道面的交点称为降交 点；升交点与春分点之 间的角距为Ω ．
•
• 4、 近地点角距 w :升交 点向径与轨道近地点向 径之间的夹角；
空中侦察、各种调查 各种调查、摄影测量 各种调查 各种调查、摄影测量 各种调查、摄影测量 遗址调查 近距离摄影测量 地面实况调查
其他 气象卫星(GMS等) Landsat、SPOT、MOS等
飞机、直升机 牵引滑翔机 车载升降台
人造地球卫星——目前运用最广的遥感平台 （1）低高度、短寿命卫星：150~350km，不到一年 （2）中高度、长寿命卫星：350~1800km，3~5年 （3）高高度、长寿命卫星：约为36000km
GM
3、卫星高度：卫星在太空绕地球运行的轨道距地球表 面的高度。
H 3 T2 R C
4、同一天相邻轨道间在赤道处的距离
L

2
Ra
T 24 60
5、每天卫星绕地圈数：
n 2 Ra 24 60
L
T
6、重复周期：卫星从某地上空开始运行，经过若干时间的运行
后，回到该地上空所需要的天数。
Green Red Near IR SWIR LWIR SWIR
频谱范围μ 0.45 – 0.52 0.52 - 0.60 0.63 - 0.69 0.76 - 0.90 1.55 – 1.75 10.40 – 12.5 2.08 - 2.35
分辨率m 30 30 30 30 30 120 30
波段号 1 2 3 4 5 6 7 8
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。
美国陆地卫星系列的基本特征
卫星系列 Landsat 1
Landsat 2 Landsat 3 Landsat 4 Landsat 5 Landsat 6 Landsat 7
发射时间 1972.7.23
1975.1.22 1978.3.5 1982.7.16 1984.3.1 1993.10.5 1999.4.15
• 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。
• 与太阳同步还有利于卫星在固定的时间飞临地面接收 站上空，并使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度
。
（4）可重复轨道
与卫星的运行周期关系密切，陆地卫星运行周期为 103.267min，一天24小时绕地13.944圈，第14圈时 已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道 与前一天第一条轨道之间差0.056圈，在地面上赤道处 为159km。
结束运行 时间
轨道高度
运行周期
轨道特征 与倾角
1978.1.6
1982.2.5 1983.3.31
915km 103
近极地太阳同步轨道；99.1º
1987.7
运行
失败
705km 99
近极地太阳同步轨道；98.2º
运行
回归周期
18天
16天
扫描宽度
搭载的传 感器
反束光导管摄象机RBV ; 多光谱扫描仪 MSS
– 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。
aircraft Satellites
On the Ground