遥感卫星及其运行轨道
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// // // 绕OZ // 轴旋转 角
先绕OX / 轴旋转角度 i
之间的关系
OX Y Z OX /Y / Z /
OX /Y / Z / 再绕 OXYZ OZ轴旋转角度
X / r cos( V ) / Y r sin( V ) / Z 0
e
:决定卫星轨道的形状
e 0， 近圆形，用于资源与环境遥感、地形绘制
a b c a a
e 1 长椭圆，用于探空 ，
3）、轨道面倾角 i
4）、升交点赤经
5）、近地点角距
6）、卫星过近地点时刻 T
9
《遥感技术基础》
轨道倾角 i ：卫星轨道面与赤道面的夹角
i0
i 90o
卫星轨道面与地球赤道面重合，且卫星绕地球公转 方向与地球自转方向一致，如地球同步卫星。 卫星南北向绕地球公转，称为极轨卫星。
卫星星历表： 将卫星轨道参数代入推算卫星坐标的公 式，可编制成卫星星历表。以卫星的运行时刻为参数， 就可以在星历表上查取卫星的地理坐标。 （1）、卫星在地心直角坐标系中的坐标 （2）、卫星在大地地心直角坐标系中的坐标 （3）、卫星的地理坐标 （4）、卫星抖动
13
《遥感技术基础》
（1）、卫星在地心直角坐标系中的坐标
– – – – FY-1A FY-1B FY-1C FY-1D 1988.9.7发射，服役39天； 1990.9.3发射，服役165天； 1999.5.10发射，2007.2.11退役； 2002.5.15发射
• FY-1C星在轨运行的稳定性和获取数据的准确性得到广泛 认可，世界气象组织已正式将其列入世界业务极轨气象卫 星的行列，为世界各国免费提供气象资料。
卫星并非沿着一理想的椭圆轨道运行，而是在这一轨 道上发生抖动。这种抖动直接影响卫星坐标的解算精度。
《遥感技术基础》
4、卫星姿态
卫星坐标系
原点：卫星质心
偏航
X轴：卫星沿轨道前进方向
Y轴：垂直轨道面方向 Z轴：垂直地球方向 俯仰
滚动
姿态角可用姿态仪测定。 用于空间的姿态测量仪有：红外姿态测量仪、星相机、陀螺仪等。
17
OX //Y // Z // OX /Y / Z /
OX /Y / Z / OXYZ
《遥感技术基础》 （2）、卫星在大地地心直角坐标系中的坐标
Z
大地地心直角坐标系
原点：地心
基准平面：赤道平面
OXY Z
O X 轴：指向格林尼治子午线与赤道面的交点
OY 轴： 在赤道面内由O X 轴东转 90度 OZ 轴：垂直赤道面指向北极
3、海洋卫星
专门探测全球海洋表面状况与监测海洋动态的卫星。
22
《遥感技术基础》
1. 气象卫星
近极地太阳同步轨道，高度800~1600公里， 低轨： 南北向绕地球运行，对东西宽约2800公里的 带状区域进行观测。
地球同步轨道，高度为36000公里左右， 24小时绕地球运行一周。静止卫星能观测 1/4的地球表面，由3~4颗可形成空间监测网 对全球中低纬度地区进行监测。
遥感卫星
一、遥感卫星的组成
二、卫星轨道
三、主要遥感卫星
7
《遥感技术基础》
1、Kepler三大定律
1）、行星绕太阳运动的轨道为椭圆，太阳位于椭圆的一个 焦点上。 2）、行星向径在相等的时间内扫过相等的面积。 3）、行星绕太阳公转周期的平方与轨道长半轴的立方成正比。
R—地球平均半径；
T2 ( R H )3
44
《遥感技术基础》
风云三号气象卫星
• 我国的第二代低轨气象卫星，是为了满足我国天气预报、 气候预测和环境监测等方面的迫切需求而发射的，目标是 获取地球大气环境的三维、全球、全天候、定量、高精度 资料。 • 包括两颗星， – FY-3A 2008.5.27发射，是上午星 – FY-3B 2010.11.5发射，是下午星 两颗星组网运行，已被纳入新一代世界极轨气象卫 星网。
《遥感技术基 础》
遥 感 平台
1
《遥感技术基础》
遥感平台
是用来搭载传感器的运载工具。
遥感平台分类：
按高度分：
1、地面平台（高度在0~50米 范围内） 2、航空平台（高度在百余米 到几十公里） 3、航天平台 （高度在150公里 以上）
2
《遥感技术基础》
1、地面平台
主要有三脚架、遥感塔、遥感汽车等。
春分点
是春分线与赤道的交点。
11
《遥感技术基础》
近地点角距
升交点向 o 0径与轨道 , 近地点向 升交点为近地点的星下点； 径 之间的 180 o , 夹角。
升交点为远地点的星下点。
O
12
《遥感技术基础》
3、卫星坐标的确定
1）GPS测定法 2）星历表解算法
六个轨道参数 某瞬间的精确时间 卫星在该瞬间的坐标
X
X X Y R Y Z Z
cos R sin 0
sin cos 0
0 0 1
为某一瞬间时，大地地心直角坐标系 X
轴与地心直角坐标系X 轴之间的时角。
18
《遥感技术基础》
20
《遥感技术基础》
5、典型轨道
（1）、同步轨道
卫星运行周期与地球自转周期（23小时56分4秒）相同的轨道 。
T2 H 3 C
H 35800 公里
（2）、静止轨道
i 0 的同步轨道 。
（3）、极地轨道
i 90o
的轨道。
（4）、太阳同步轨道
指轨道面与太阳地球连线之间的夹角不随地球绕太阳的公转而 改变的轨道。 修正量为
0.9856 o 天
21
《遥感技术基础》
三、主要遥感卫星
1、气象卫星
以搜集气象数据为主要任务，为气象预报、台风 形成和运动过程监测、冰雪覆盖监测和大气与空间物 理研究等提供大量实时数据的遥感卫星。 重复观测周期短，成像面积大，资料来源连续、 实时性强，成本低。
2、陆地卫星
主要为探测地球陆地自然资源而设计的遥感卫星。
OZ // 轴：垂直轨道面
X
Z
/ 辅助坐标系 OX /Y / Z：
原点：地心 基准平面：卫星轨道面
OX / 轴：指向升交点
/ OY / 轴： 在轨道面内与 OX 轴成90度夹角 OZ / 轴：垂直轨道面
X
15
《遥感技术基础》
在辅助坐标系 OX //Y // Z // 中
x // r cosV // y r sin V // z 0
V X cos( ) cos sin(V ) sin cos i Y r cos( ) sin sin(V ) cos cos i V Z sin(V ) sin i
风云二号气象卫星
• 是我国第一代静止气象卫星，目前共发射5颗： 两颗试验星： FY-2A 1997.6.10 FY-2B 2000.6.25 三颗业务星: FY-2C 2004.10.19 实现了静止卫星由应用试验型 向业务服务型的转变 FY-2D 2006.12.8 与C星实现双星观测，互为备份 FY-2E 2008.12.23 是C\D星的在轨备份和接替星， 定位于东经123.5°的赤道上空。
（3）、卫星的地理坐标
X ( N H D ) cos B cos L Y ( N H D ) cos B sin L Z [ N (1 e 2 ) H ] sin B D
其中：
B ——纬度 L ——经度 N ——卯酉圈半径 H D ——卫星大地高程
（4）卫星抖动
高轨：
23
低轨气象卫星 -太阳同步卫星
• • • • • • TIROS 卫星 NOAA 卫星 EOS 卫星 NiMBUS卫星 风云一、三号卫星 …
气象卫星载有先进的甚高分辨率辐射计、高 分辨力红外辐射探测器、同温层探测器、微波探 测器、太阳环境检测器等。
风云一号气象卫星
• 我国的第一代低轨气象卫星，主要任务是获取国内外大气 、云、陆地、海洋资料，进行有关数据收集，用于天气预 报、气候预报、自然灾害和全球环境监测等。 • 包括四颗卫星：
a (1 e ) r 1 e cosV
2
其中：
r
V
为卫星的向径 为卫星的真近点角
V 1 e E tg tg 2 1 e 2
E
为偏近点角，与卫星运行时 刻 t 的关系为：
E e sin E n(t T ) n 为卫星的平均角速度
16
《遥感技术基础》
OX OX OXYZ、 //Y // Z // 、 /Y / Z /
风云四号气象卫星
• 是我国第二代静止气象卫星，研制中 ，计划于2013年发射，可最快每15 分钟成像一次。
《遥感技术基 础》
37
《遥感技术基 来自百度文库》
第一张红外图片
38
《遥感技术基础》
第一张水汽图片 39
《遥感技术基础》
2、陆地卫星
（1）Landsat系列卫星 （2）SPOT系列卫星
（3）高分辨率卫星
3
《遥感技术基础》
2、航空平台
主要有气球、飞机等。
4
《遥感技术基础》
3、航天平台 航天飞机
主要有航天飞机、人造卫星。
有人驾驶的空间飞行器，是 一种可重复使用的空间运载工具。
5
《遥感技术基础》
二、卫星轨道
1、 Kepler三大定律
2、卫星轨道参数
3、卫星坐标确定
4、卫星姿态
5、典型轨道
6
《遥感技术基础》
EOS监测的长江入海口泥沙照片
《遥感技术基 础》
27
EOS监测的黄河入海口泥沙照片
《遥感技术基 础》
28
《遥感技术基 础》
EOS监测积雪图片
29
《遥感技术基 础》
EOS监测水灾受淹面积图片
30
《遥感技术基 础》
31
32
《遥感技术基 础》
33
高轨气象卫星 -地球静止卫星
• 【美】GOES(地球静止实用环境卫星，有三 颗）处于西经75°、西经135°、东经75° 的赤道上空。 • 【欧航】METEOSAT，位于0°精度的赤道 上空。 • 【日】GMS，位于东经140°的赤道上空。 • 【中】风云二、四号卫星。 •…
LandSat-3：1978年发射 LandSat-4：1982年发射 LandSat-5：1984年发射 LandSat-7：1999年发射
传感器空间分辨率：80米、30米、15米
41
《遥感技术基 础》
42
《遥感技术基础》
SPOT系列卫星
SPOT1：1986年2月22日发射 SPOT2：1990年1月22日发射
10
i
注意：轨道倾角 越大，覆盖地球表面的面 积越大，资源卫星多为近极轨卫星 i 90o 。
《遥感技术基础》
升交点赤经
升交点向 春分线
O
径与春分 是春分时刻（约在3月21日）地 心与太阳质心的连线，春分时太阳直 点之间的 射地球赤道。因地球自转和绕太阳公 夹角。 转，地心与赤道上任意一点的连线在 宇宙空间中的方向时刻在发生着变化， 为了在宇宙空间中固定一个方向，特 引入春分线的概念。
C
H—卫星飞行的平均高度；
C—Kepler常数。
c 2.7573 10 8 min 2 / km3
应用第三定律确定卫星运行周期和卫星运行高度
T C(R H)
3
T2 H 3 R C
8
《遥感技术基础》
2、卫星轨道参数
1）、长半轴
2）、偏心率
e
2 2
a :决定卫星离地面的最大高度
地心直角坐标系OXYZ：
Z
原点：地心
基准平面：赤道平面 OX轴：指向春分点 OY轴： 在赤道面内由OX轴 东转 90度 OZ轴：垂直赤道面指向北极
O
X
14
《遥感技术基础》 // // // 辅助坐标系 OX Y Z ：
原点：地心
Z
基准平面：卫星轨道面
OX // 轴：指向近地点 OY // 轴： 在轨道面内与 // 成90度夹角 OX
（4）中国资源1号卫星——CBERS
40
《遥感技术基础》
LandSat系列卫星：
LandSat-1：ERTS-1 ，1972年发射 LandSat-2：ERTS-2， 1975年发射
主要性能指标和参数：
轨道：太阳同步、近极地、圆形 高度：大于915公里 重访周期：16~18天 传感器：MSS、TM、ETM
SPOT3：1993年9月26日发射 SPOT4：1998年3月24日发射
主要性能指标和参数：
高度：830公里左右 重访周期：26天
SPOT5：2002年5月4日发射
轨道：太阳同步、圆形、近极地
传感器：HRV（可倾斜观测） 传感器最大空间分辨率：10米
43
那不勒斯10米分辨率影像
《遥感技术基 础》
先绕OX / 轴旋转角度 i
之间的关系
OX Y Z OX /Y / Z /
OX /Y / Z / 再绕 OXYZ OZ轴旋转角度
X / r cos( V ) / Y r sin( V ) / Z 0
e
:决定卫星轨道的形状
e 0， 近圆形，用于资源与环境遥感、地形绘制
a b c a a
e 1 长椭圆，用于探空 ，
3）、轨道面倾角 i
4）、升交点赤经
5）、近地点角距
6）、卫星过近地点时刻 T
9
《遥感技术基础》
轨道倾角 i ：卫星轨道面与赤道面的夹角
i0
i 90o
卫星轨道面与地球赤道面重合，且卫星绕地球公转 方向与地球自转方向一致，如地球同步卫星。 卫星南北向绕地球公转，称为极轨卫星。
卫星星历表： 将卫星轨道参数代入推算卫星坐标的公 式，可编制成卫星星历表。以卫星的运行时刻为参数， 就可以在星历表上查取卫星的地理坐标。 （1）、卫星在地心直角坐标系中的坐标 （2）、卫星在大地地心直角坐标系中的坐标 （3）、卫星的地理坐标 （4）、卫星抖动
13
《遥感技术基础》
（1）、卫星在地心直角坐标系中的坐标
– – – – FY-1A FY-1B FY-1C FY-1D 1988.9.7发射，服役39天； 1990.9.3发射，服役165天； 1999.5.10发射，2007.2.11退役； 2002.5.15发射
• FY-1C星在轨运行的稳定性和获取数据的准确性得到广泛 认可，世界气象组织已正式将其列入世界业务极轨气象卫 星的行列，为世界各国免费提供气象资料。
卫星并非沿着一理想的椭圆轨道运行，而是在这一轨 道上发生抖动。这种抖动直接影响卫星坐标的解算精度。
《遥感技术基础》
4、卫星姿态
卫星坐标系
原点：卫星质心
偏航
X轴：卫星沿轨道前进方向
Y轴：垂直轨道面方向 Z轴：垂直地球方向 俯仰
滚动
姿态角可用姿态仪测定。 用于空间的姿态测量仪有：红外姿态测量仪、星相机、陀螺仪等。
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OX //Y // Z // OX /Y / Z /
OX /Y / Z / OXYZ
《遥感技术基础》 （2）、卫星在大地地心直角坐标系中的坐标
Z
大地地心直角坐标系
原点：地心
基准平面：赤道平面
OXY Z
O X 轴：指向格林尼治子午线与赤道面的交点
OY 轴： 在赤道面内由O X 轴东转 90度 OZ 轴：垂直赤道面指向北极
3、海洋卫星
专门探测全球海洋表面状况与监测海洋动态的卫星。
22
《遥感技术基础》
1. 气象卫星
近极地太阳同步轨道，高度800~1600公里， 低轨： 南北向绕地球运行，对东西宽约2800公里的 带状区域进行观测。
地球同步轨道，高度为36000公里左右， 24小时绕地球运行一周。静止卫星能观测 1/4的地球表面，由3~4颗可形成空间监测网 对全球中低纬度地区进行监测。
遥感卫星
一、遥感卫星的组成
二、卫星轨道
三、主要遥感卫星
7
《遥感技术基础》
1、Kepler三大定律
1）、行星绕太阳运动的轨道为椭圆，太阳位于椭圆的一个 焦点上。 2）、行星向径在相等的时间内扫过相等的面积。 3）、行星绕太阳公转周期的平方与轨道长半轴的立方成正比。
R—地球平均半径；
T2 ( R H )3
44
《遥感技术基础》
风云三号气象卫星
• 我国的第二代低轨气象卫星，是为了满足我国天气预报、 气候预测和环境监测等方面的迫切需求而发射的，目标是 获取地球大气环境的三维、全球、全天候、定量、高精度 资料。 • 包括两颗星， – FY-3A 2008.5.27发射，是上午星 – FY-3B 2010.11.5发射，是下午星 两颗星组网运行，已被纳入新一代世界极轨气象卫 星网。
《遥感技术基 础》
遥 感 平台
1
《遥感技术基础》
遥感平台
是用来搭载传感器的运载工具。
遥感平台分类：
按高度分：
1、地面平台（高度在0~50米 范围内） 2、航空平台（高度在百余米 到几十公里） 3、航天平台 （高度在150公里 以上）
2
《遥感技术基础》
1、地面平台
主要有三脚架、遥感塔、遥感汽车等。
春分点
是春分线与赤道的交点。
11
《遥感技术基础》
近地点角距
升交点向 o 0径与轨道 , 近地点向 升交点为近地点的星下点； 径 之间的 180 o , 夹角。
升交点为远地点的星下点。
O
12
《遥感技术基础》
3、卫星坐标的确定
1）GPS测定法 2）星历表解算法
六个轨道参数 某瞬间的精确时间 卫星在该瞬间的坐标
X
X X Y R Y Z Z
cos R sin 0
sin cos 0
0 0 1
为某一瞬间时，大地地心直角坐标系 X
轴与地心直角坐标系X 轴之间的时角。
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《遥感技术基础》
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《遥感技术基础》
5、典型轨道
（1）、同步轨道
卫星运行周期与地球自转周期（23小时56分4秒）相同的轨道 。
T2 H 3 C
H 35800 公里
（2）、静止轨道
i 0 的同步轨道 。
（3）、极地轨道
i 90o
的轨道。
（4）、太阳同步轨道
指轨道面与太阳地球连线之间的夹角不随地球绕太阳的公转而 改变的轨道。 修正量为
0.9856 o 天
21
《遥感技术基础》
三、主要遥感卫星
1、气象卫星
以搜集气象数据为主要任务，为气象预报、台风 形成和运动过程监测、冰雪覆盖监测和大气与空间物 理研究等提供大量实时数据的遥感卫星。 重复观测周期短，成像面积大，资料来源连续、 实时性强，成本低。
2、陆地卫星
主要为探测地球陆地自然资源而设计的遥感卫星。
OZ // 轴：垂直轨道面
X
Z
/ 辅助坐标系 OX /Y / Z：
原点：地心 基准平面：卫星轨道面
OX / 轴：指向升交点
/ OY / 轴： 在轨道面内与 OX 轴成90度夹角 OZ / 轴：垂直轨道面
X
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《遥感技术基础》
在辅助坐标系 OX //Y // Z // 中
x // r cosV // y r sin V // z 0
V X cos( ) cos sin(V ) sin cos i Y r cos( ) sin sin(V ) cos cos i V Z sin(V ) sin i
风云二号气象卫星
• 是我国第一代静止气象卫星，目前共发射5颗： 两颗试验星： FY-2A 1997.6.10 FY-2B 2000.6.25 三颗业务星: FY-2C 2004.10.19 实现了静止卫星由应用试验型 向业务服务型的转变 FY-2D 2006.12.8 与C星实现双星观测，互为备份 FY-2E 2008.12.23 是C\D星的在轨备份和接替星， 定位于东经123.5°的赤道上空。
（3）、卫星的地理坐标
X ( N H D ) cos B cos L Y ( N H D ) cos B sin L Z [ N (1 e 2 ) H ] sin B D
其中：
B ——纬度 L ——经度 N ——卯酉圈半径 H D ——卫星大地高程
（4）卫星抖动
高轨：
23
低轨气象卫星 -太阳同步卫星
• • • • • • TIROS 卫星 NOAA 卫星 EOS 卫星 NiMBUS卫星 风云一、三号卫星 …
气象卫星载有先进的甚高分辨率辐射计、高 分辨力红外辐射探测器、同温层探测器、微波探 测器、太阳环境检测器等。
风云一号气象卫星
• 我国的第一代低轨气象卫星，主要任务是获取国内外大气 、云、陆地、海洋资料，进行有关数据收集，用于天气预 报、气候预报、自然灾害和全球环境监测等。 • 包括四颗卫星：
a (1 e ) r 1 e cosV
2
其中：
r
V
为卫星的向径 为卫星的真近点角
V 1 e E tg tg 2 1 e 2
E
为偏近点角，与卫星运行时 刻 t 的关系为：
E e sin E n(t T ) n 为卫星的平均角速度
16
《遥感技术基础》
OX OX OXYZ、 //Y // Z // 、 /Y / Z /
风云四号气象卫星
• 是我国第二代静止气象卫星，研制中 ，计划于2013年发射，可最快每15 分钟成像一次。
《遥感技术基 础》
37
《遥感技术基 来自百度文库》
第一张红外图片
38
《遥感技术基础》
第一张水汽图片 39
《遥感技术基础》
2、陆地卫星
（1）Landsat系列卫星 （2）SPOT系列卫星
（3）高分辨率卫星
3
《遥感技术基础》
2、航空平台
主要有气球、飞机等。
4
《遥感技术基础》
3、航天平台 航天飞机
主要有航天飞机、人造卫星。
有人驾驶的空间飞行器，是 一种可重复使用的空间运载工具。
5
《遥感技术基础》
二、卫星轨道
1、 Kepler三大定律
2、卫星轨道参数
3、卫星坐标确定
4、卫星姿态
5、典型轨道
6
《遥感技术基础》
EOS监测的长江入海口泥沙照片
《遥感技术基 础》
27
EOS监测的黄河入海口泥沙照片
《遥感技术基 础》
28
《遥感技术基 础》
EOS监测积雪图片
29
《遥感技术基 础》
EOS监测水灾受淹面积图片
30
《遥感技术基 础》
31
32
《遥感技术基 础》
33
高轨气象卫星 -地球静止卫星
• 【美】GOES(地球静止实用环境卫星，有三 颗）处于西经75°、西经135°、东经75° 的赤道上空。 • 【欧航】METEOSAT，位于0°精度的赤道 上空。 • 【日】GMS，位于东经140°的赤道上空。 • 【中】风云二、四号卫星。 •…
LandSat-3：1978年发射 LandSat-4：1982年发射 LandSat-5：1984年发射 LandSat-7：1999年发射
传感器空间分辨率：80米、30米、15米
41
《遥感技术基 础》
42
《遥感技术基础》
SPOT系列卫星
SPOT1：1986年2月22日发射 SPOT2：1990年1月22日发射
10
i
注意：轨道倾角 越大，覆盖地球表面的面 积越大，资源卫星多为近极轨卫星 i 90o 。
《遥感技术基础》
升交点赤经
升交点向 春分线
O
径与春分 是春分时刻（约在3月21日）地 心与太阳质心的连线，春分时太阳直 点之间的 射地球赤道。因地球自转和绕太阳公 夹角。 转，地心与赤道上任意一点的连线在 宇宙空间中的方向时刻在发生着变化， 为了在宇宙空间中固定一个方向，特 引入春分线的概念。
C
H—卫星飞行的平均高度；
C—Kepler常数。
c 2.7573 10 8 min 2 / km3
应用第三定律确定卫星运行周期和卫星运行高度
T C(R H)
3
T2 H 3 R C
8
《遥感技术基础》
2、卫星轨道参数
1）、长半轴
2）、偏心率
e
2 2
a :决定卫星离地面的最大高度
地心直角坐标系OXYZ：
Z
原点：地心
基准平面：赤道平面 OX轴：指向春分点 OY轴： 在赤道面内由OX轴 东转 90度 OZ轴：垂直赤道面指向北极
O
X
14
《遥感技术基础》 // // // 辅助坐标系 OX Y Z ：
原点：地心
Z
基准平面：卫星轨道面
OX // 轴：指向近地点 OY // 轴： 在轨道面内与 // 成90度夹角 OX
（4）中国资源1号卫星——CBERS
40
《遥感技术基础》
LandSat系列卫星：
LandSat-1：ERTS-1 ，1972年发射 LandSat-2：ERTS-2， 1975年发射
主要性能指标和参数：
轨道：太阳同步、近极地、圆形 高度：大于915公里 重访周期：16~18天 传感器：MSS、TM、ETM
SPOT3：1993年9月26日发射 SPOT4：1998年3月24日发射
主要性能指标和参数：
高度：830公里左右 重访周期：26天
SPOT5：2002年5月4日发射
轨道：太阳同步、圆形、近极地
传感器：HRV（可倾斜观测） 传感器最大空间分辨率：10米
43
那不勒斯10米分辨率影像
《遥感技术基 础》