国内外星鄄空鄄地遥感数据地面应用系统综述-地质力学学报

第21卷第2期2015年6月地质力学学报JOURNAL OF GEOMECHANICS Vol.21No.2Jun.2015 文章编号:1006⁃6616(2015)02⁃0117⁃12

国内外星⁃空⁃地遥感数据地面应用系统综述

肖政浩1,汪大明2,温　静1,方洪宾1,胡玉新3,许　宁3

(1.中国国土资源航空物探遥感中心,北京100083;

2.中国地质调查局油气资源调查中心,北京100029;

3.中国科学院电子学研究所,北京100190)收稿日期:2014⁃12⁃10

基金项目:中国地质调查局地质调查项目“地质勘查遥感系统集成与综合应用示范”(1212011120226)

作者简介:肖政浩(1988⁃),男,河北承德人,助理工程师,主要从事遥感地质研究。E⁃mail:xiaozhenghao010@

摘　要:遥感地面系统主要实现遥感数据的接收、处理、管理和分发功能。为了研

发面向地质调查的、能够处理多源海量高光谱数据的、星⁃空⁃地一体化地质勘查遥

感系统,对国内外已有的小卫星、航空、地面岩芯等遥感地面系统的特点、组成和

发展方向进行了调研和分析,调研结果可为地质勘查遥感系统的研发提供技术基础

和理论支持。

关键词:地面应用系统;星⁃空⁃地一体化;多源高光谱数据

中图分类号:TP79文献标识码:A

0　引言

近年来,遥感技术不断发展,国内外研制了大量新型的星载、航空高光谱传感器及地面和岩芯光谱仪,遥感正向着高分辨率、高光谱、海量数据发展,遥感对地观测能力的不断加强使高光谱遥感技术的大规模应用成为可能。

遥感地面应用系统完成数据的接收、处理、管理和分发,是连接数据获取和应用的重要桥梁,可提供全天时、全天候、高分辨率的星⁃空⁃地一体化信息保障。

矿产资源调查是高光谱遥感最为广泛的地质应用领域,我国虽然研制了多台航空高光谱成像仪及一些星载载荷,并对高光谱数据预处理与应用处理技术进行了深入研究,但是尚没有一个面向矿产资源调查的“星⁃空⁃地”多源数据综合处理平台,如何实现“星⁃空⁃地”多源数据快速、准确、稳定的运营,是高光谱数据地质勘查系统建设中亟需解决的关键技术问题。

本文针对地质领域需求,对国内外卫星地面应用系统、航空高光谱载荷及地面应用系统、地面及岩芯光谱采集应用系统的现状和发展方向进行调研和分析,为后续我国自主高光谱小卫星的实际运营及地质应用打下良好的基础。

1　星载高光谱载荷研制及地面应用系统建设

星载高光谱载荷研制及其应用是高光谱遥感技术实现大规模应用的重要发展方向,但由

地　质　力　学　学　报2015于高光谱载荷研制经费高、技术要求复杂、在轨数量少等原因限制了星载高光谱遥感数据的大范围应用;由于高光谱载荷原因,相应的地面应用系统的建设也亟待发展,少有国家研制非常完善的地面应用系统。本文通过调研,总结了目前国内外星载高光谱载荷研制及地面应用系统研建的进展情况。

1.1　国外研究程度国外星载高光谱遥感技术主要为欧美等发达国家所垄断,其中以美国发展最为领先,除了美国军方MightySat 卫星搭载的FTHSI 高光谱成像仪及应用系统,在民用领域于2000年发射了搭载有Hyperion 高光谱传感器的EO⁃1卫星,并研建了相应的地面数据处理及应用系统。欧空局也于2001年发射了一颗搭载有高光谱传感器CHRIS 的卫星Proba⁃1,该卫星强大的星上处理能力在一定程度上缩小了地面应用系统的规模。另外,澳大利亚、日本、俄罗斯以及印度等国家目前也正在积极进行星载高光谱卫星的规划和研制[1]。

1.1.1　强力星傅立叶高光谱成像光谱仪(MightySatII⁃FTHSI )美国空军研究实验室2000年7月19日在范登堡空军基地发射了一颗搭载首台空间平台傅立叶高光谱成像光谱仪(FTHSI)的卫星MightySatII.1(见图1)。FTHSI 覆盖475~1050nm 光谱范围。采用Sagnac 干涉仪进行分光,光谱分辨率约85cm -1。FTHSI 也是第一台应用于空间对地观测的高光谱成像光谱仪。光学系统由有效口径为165mm 的R⁃C 望远镜和Sagnac 干涉仪组成。系统空间维F 数3.4,光谱维F 数5.3。FTHSI 的主要系统参数见表1。

1.1.2　美国EO⁃1卫星地球观测卫星1号(Earth Observation⁃1,EO⁃1)是美国国家航空与航天管理局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)在2000年11月发射的一颗面向21世

纪的新型地球观测卫星(见图2),其轨道与Landsat 7基本相同。EO⁃1卫星上搭载了3种传感器,分别为高级陆地成像仪(Advanced Land Imager,ALI),高光谱成像光谱仪Hyperion 以及大气校正仪(Atmospheric Corrector,

AC)。图1　MightySatII.1/FTHSI 系统结构

Fig.1　The figure of MightySatII.1/FTHSI system structure

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第2期肖政浩,等:国内外星⁃空⁃地遥感数据地面应用系统综述

表1　FTHSI 设计性能与在轨性能对比Table

1　The designed performance of FTHSI and in⁃orbit performance comparison 指标

设计值在轨值指标设计值在轨值光谱范围/nm 500~1050475~1050沿轨成像条带长度/km 10.00~20.2510.0~15.3光谱分辨率/cm -19784.4

地面采样间隔/m 3030准确度/cm -10.50.1空间覆盖方式推帚扫描推帚扫描有用波段数146146

载荷重量/kg 3320.45总视场/(°)33

体积/cm 30.170.17刈幅宽度/km 6.5~26.07.5~30.0辐射定标精度(RMS)/%20

10~15瞬时视场/(°)0.0058/0.0029(约100μrad /50μrad)0.0058/0.0029(约100μrad /50μrad)

寿命/d 90>700图2　EO⁃1卫星飞行轨道及成像覆盖图示

Fig.2　The flight track and cover area of EO⁃1

EO⁃1卫星的地面系统所完成的主要工作包括数据获取、数据存档与预处理、数据管理与分发以及最后的数据应用等4个部分(见图3)。

1.1.3　欧空局PROBA⁃1卫星在星载高光谱载荷方面,欧空局于2001年发射了一颗搭载CHRIS 高光谱传感器的PROBA⁃1卫星,并研建了相应的地面处理应用系统。该星由于具有强大的星上处理功能,其地面系统得到了极大简化。PROBA (Project for On⁃Board Autonomy)是欧空局于2001年10月22日发射的新一代微卫星,为太阳同步轨道,轨道高度615km,倾角97.89°。星上搭载有3种传感器,分别为紧凑式高分辨率成像分光计CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer)、辐射测量传感器SREM (Radiation Measurement Sensor )、碎片测量传感器DEBIE (Debris Measurement Sensor)。其中CHRIS 作为一种成像装置,可实现同一地点5个不同角度成像,具有成像模式多、光谱范围宽、分辨率高等优点,不仅有利于生物量评估和生物健康状况的监测,而且对于植被或林地的冠层结构、密度、植被或林木种类识别方面也很有帮助。目前,世界上有56个科学团队正在准备使用CHRIS 数据用于各种各样更为广泛的科学研究。

紧凑式高分辨率成像分光计CHRIS 是一种高光谱成像仪,它以推扫方式获取可见光—9

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