遥感技术(一)：遥感基础理论与应用前景
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35
美国QuickBird-2卫星
• 空间分辨率 ：0.61 米全色 2.44 米多光谱 • 450公里高的太阳同步轨道 • 幅宽： 16.5 公里 • 特点： – 高分辨率 – 大幅宽 – 全球统一服务标准
成像方式 传感器 分辨率 推扫式扫描成像方式 全色波段 多光谱 0.61m（星下 2．44m（星下点） 点） 蓝： 450-520nm 绿： 520-660nm 450-900nm 红： 630-690nm 近红外： 760-900nm
美国GeoEye (OrbView-5)卫星
发射时间：2008年9月6日，7年寿命，15年燃料 空间分辨率：全色0.41米，多光谱1.65米（4个波段） 卫星轨道高度：684km，过顶时间上午10:30,重访周期2天 精确定位精度：3m 组成星座：轨道观测-2、轨道观测-3、艾科诺斯和地球之眼-1
4.雷达高度计RA-2
5.微波辐射计MWR 6.大气成分光谱仪 GOMOS 7.微量气体成像光谱仪
SCIAMACHY
42
日本嗅碳遥感卫星
太阳同步轨道667公里高度，1750公斤。发 射后6个月在轨运行，设计寿命5年，载两个 传感器，每3天获取 56,000个观测点的数据。
43
美国轨道碳观测卫星
有效载荷整流罩没有与卫星分离，造成失败
经过赤道的 8:50a.m. 时间 覆盖周期 扫幅宽度 波段数 18天 185km 4
机载传感器 MSS
运行情况
1978退役
1976年失 灵,1980年 修复,1982 退役
1983退役
1983年TM 在役服务 传感 器失效,退役
2003.5月出 现故障
法国Spot5卫星
2002年5月3日发 射，2.5米分辨率。 重访时间 2-3天， 这取决于纬度
任何地物由于其组成和状态不同，其电 磁波辐射特性也不同。根据不同地物的电 磁波特征的差异识别不同的物体，这便是 遥感的原理。
电磁辐射与地物相互作用机理是遥感的 物理基础 。
遥感基本原理示意图
遥感的七个过程
A：辐射源：提供电磁波
B：大气窗口：电磁波辐 射与大气（往、返） C：目标：电磁波与目标 相互作用（遥感机理） D：遥感平台与传感器： 记录从目标反射或辐射的 电磁波 E：地面站：数据传输、 接收与处理 F：专业机构：遥感数据 的解译分析 G：行业遥感应用
LandSat4 1982.7.16
LandSat5 1984.3
LandSat6 1993.1
LandSat7 1999.4.15
卫星高度
半主轴 倾角
920m
920m
920m
705m
705m
705m
7285.438km 98.2度 10:00a.m. 16天 发射失败 185km 8 ETM＋
7285.438km 7285.989km 7285.776km 7083.465km 7285.438km 103.143度 103.155度 103.1150度 98.9度 9:03a.m. 18天 185km 4 MSS 6:31a.m. 18天 185km 4 MSS 9:45a.m. 16天 185km 7 MSS、TM 98.2度 9:30a.m. 16天 185km 7 MSS、TM
其它载荷（1）：“Ａｒｉｎａ”的试验 性 装置，可以记录地震发生前数小时内 近地空间的高能带电粒子情况； 其它载荷（2）：分光计能够记录银河系 中的正电子和反质子等辐射流，了解 宇宙中的暗物质。
欧洲的Envisat卫星
传感器组合应用
1.合成孔径雷达ASAR
2.成像光谱仪MERIS
3.扫描辐射计AATSR
遥感平台
遥感平台是放置传感器的运载工具。按照平 台的特点，可以把遥感技术分为地面遥感、 航空遥感、航天遥感等。 地面遥感——以高度小于100米的地面平台 遥感； 航空遥感——高度在100米-30千米的平台 遥感，如飞机、气球、飞艇等； 航天遥感——高度大于30千米的平台遥感， 如卫星、飞船等。
资源三号—高分辨率立体测图卫星一号
为全国基础地理信息系统建设、维护和更新提供数据源，满 足 1 ： 5 万比例尺地形图所要求的原始影像地面分辨率及其相 应的平面误差和高程误差的精度要求，同时兼顾 1 ： 2.5 万或 更大比例尺地图修测及国土资源调查等方面的需求。
利用资源二号卫星平台 设计寿命3年 影像地面分辨率：像元 分辨率优于 5m 的三线阵 立体测绘，优于 2m 的正 射影像高分辨率数据， 和优于10m的多光谱数据
主要卫星平台
LandSat
July 23, 1972 January 22, 1975 March 5, 1978
July 16, 1982
March 1, 1984
April 15, 1999
卫星参数 发射时间
LandSat1 1972.7.23
LandSat2 1975.1.12
LandSat3 1978.3.5
Weigh:
Powe:
Observation Band Base/Height ratio S/N Spatial Resolution (IFOV) MTF Swath Width Pointing Angle 0.52 - 0.77µm (Forward-NadirBackward) 1.0 70 2.5m (3.57µrad) 0.20 35km ±1.5° (cross track)
遥感基础理论与应用前景
主讲： 胡潭高 杭州师范大学 遥感与地球科学研究院
遥感的概念 Remote Sensing
“遥感”——遥远感知事物的意思。
人眼看东西， 遥感？
照相机拍照片，遥感？
为什么能遥感？
遥感基本原理示意图
遥感的原理
遥感是一种远离目标，以电磁波（包括 从紫外—可见光—红外—微波）为媒介， 通过非直接接触而判定、测量并分析目标 性质的技术。
量化值 星下点成像 立体成像 辐照宽度 成像模式 条带 轨道高度 倾角 重访周期
36
波长
16bit or 8bit 沿轨/横轨迹方向（+/-25度） 沿轨/横轨迹方向 以星下点轨迹为中心，左右各 272km 单景 16.5km × 16.5km 16.5km × 165km 450km 98度（太阳同步） 1–6天（0.7m分辨率，取决于纬度）
分辨率：150m（近、中红外） 幅宽：720km 分辨率/幅宽：100m/50km 光谱分辨率：5nm
寿命：
三年
环境一号星座
环境一号C星主要技术指标
项目 轨道： 整星重量： 星体尺寸： 工作频段： 性能指标 ～500km太阳同步轨道 ～690kg 1200mm1200mm3000mm S波段
日本的ALOS卫星
Life 3 - 5 year Altitude=Approx. 700km, SunSynchronous Period=Approx. 99min., Recurrent Perid=Approx. 45day, Local time at Descending Node=10:30AM±15min. Approx. 4ton (at lift-off) Orbit
B、大气窗口
电磁波在大气中传播时会与大气发生散 射和吸收。使得只能某些波长的电磁波穿过大 气层。这些波长范围即称大气窗口。
Scattering Rayleigh 散射：颗粒粒径比电磁波波长小
Mie散射：颗粒粒径与电磁波波长相当 无选择散射：颗粒粒径远比电磁波波长大
C：电磁波辐射与目标相互作用
44
北京一号对地观测小卫星［DMC＋４］
卫星重量：166.4公斤 平台重量：约97公斤 寿命：5年（推进系统7年） 可靠性（寿命末）： 推进系统7年，电源系统在5年末时相当于
使用初期的92%
卫星轨道：标称686km的太阳同步轨道，升交点地方时10：45 多光谱相机：包含三个谱段即绿、红、近红外；分辨率32米；刈
地面遥感
航空遥感
高空飞机
运-八型涡轮螺旋桨飞机 9000m 里尔飞机
13000m
中空飞机
塞斯纳208飞机 4500 m 安30飞机 7300 m
低空飞机
无人机 2300 m
无人机
无人机< 400 m
卫星遥感
静止轨道卫星
极轨卫星（太阳同步）
Overlap in adjacent swaths
A：辐射源
太阳辐射 地球辐射 人工辐射：如雷达 按辐射源不同分主动遥感和被动遥感
被动遥感——遥感器利用地物对自然光源（如太阳辐 射）的反射辐射或地物自身发射辐射（如地物的热辐 射）来识别地物特性的遥感方式。
主动遥感——由遥感器主动地向目标物发射一定能量 和一定波长电磁波, 然后再由遥感器探测、记录从目 标物反射回来的一部分电磁波，以这种回波信息识别 目标 物的遥感方式（如雷达）。
37
美国WorldView卫星
Digitalglobe 于2007年9月18日发射。 平均重访周期为1.7天，每天能够拍摄多达50万平方公里的 0.5米分辨率图像，能有效地进行同轨立体成像. WorldviewII 于2009年10月8日发射 平均重访周期为1.1天，每天能够拍摄多达100万平方公里的 0.5米分辨率图像
Reach and interact with the Earth’s surface
吸收、透射、反射
镜面反射Specular Reflection
漫反射Diffuse Reflection
树叶为什么是绿色的？
水为什么是蓝色的？
不同地物有不同波谱辐射特性
遥感平台和传感器
Recording of energy by the sensor
美国的IKONOS卫星
美国Ikonos-2卫星
1999年09月发射 轨道：680km 相机：三反同轴 TDICCD相机，焦距 10m，口径 700mm，F数14.3 GSD: 0.82m/3.28m（@nadir） 覆盖宽度11.3km 整星沿俯仰和滚动轴方向实现±50° 姿态机动，最大回转速度4°/s，回转加 速度0.2°/s2。 一轨成像能力最大20,000km2；在地 面像元分辨率1-2m情况下，借助姿态机 动重访周期3天
地面分辨率：
成象幅宽： 辐射分辨率： 极化方式：
20m（4视）
100km 3dB HH或VV
入射角：
寿命：
25～47
三年
资源一号02B星
在资源一号 03 星之前发射资源一号 02B 星，以保证资源卫 星数据产品的连续性。 02B 星充分继承了现有型号的成熟 技术和研制经验，并采用了高分辨率相机作为有效载荷， 提高了资源卫星图像的分辨率水平。 设计寿命2年； 一台20m多光谱相机； 一台2.36m高分辨率相机； 一台258m分辨率宽视场相机
副宽度600km；全色相机：全色，分辨率4米，刈副宽度24km；
观测重访周期：2-3天 星上存储容量： 固态存储器（4G），硬盘(240G) 传输速率：X波段20/40Mbps，S波段8.14Mbps
环境一号星座
环境一号A、B星主要技术指标
项目 轨道： 整星重量： 星体尺寸： 宽覆盖CCD相机 红外相机 超光谱成像仪 性能指标 ～650km太阳同步轨道 ～470kg 1200mm1200mm980mm 分辨率： 30m 幅宽：700km（两台）
资源一号03/04星
在资源 01/02 星的基础上研制 03/04 星是保持资源卫星遥 感数据连续性的重要手段。与 01/02 星相比， 03/04 星有 效载荷变化较大，平台性能也有较大提升。
设计寿命3年； 寿命末期功率2300瓦； 一台 5 米全色／ 10 米多光 谱相机；一台 20 米多光谱 相机；一台 40 ／ 80 米红外 相机；一台 73 米分辨率宽 视场相机；
Approx. 7000W (EOL)
加拿大雷达2号卫星
C波段、全极化、双侧视；3－100米 分辨率；12种观测模式；
发射场：哈萨克斯坦的拜科努尔发射场 发射火箭：“联盟－Ｕ”运载火箭 卫星重量：６．５７吨 载荷（全色）：１米分辨率 多光谱（彩色）：2米分辨率 覆盖范围：每天７０万平方公里 的观测范围；
1米全色／4米多光谱高分辨率卫星
主要任务是对用户关注地区进行高分辨率的可见光和多光谱 成像。其图像可应用于资源详查、土地和城市规划、工程选 址及监测、大比例尺地形图基础地理信息数据库建设与更新、 灾害影响分析等专题遥感应用方向。 设计寿命3年； 寿命末期功率2500瓦 地 面 像 元 分 辨 率 1m （全色），4m(多光谱) 成 像 光 谱 范 围 0.40.9μ m ， 地 面 覆 盖 宽 度20-30km。
美国QuickBird-2卫星
• 空间分辨率 ：0.61 米全色 2.44 米多光谱 • 450公里高的太阳同步轨道 • 幅宽： 16.5 公里 • 特点： – 高分辨率 – 大幅宽 – 全球统一服务标准
成像方式 传感器 分辨率 推扫式扫描成像方式 全色波段 多光谱 0.61m（星下 2．44m（星下点） 点） 蓝： 450-520nm 绿： 520-660nm 450-900nm 红： 630-690nm 近红外： 760-900nm
美国GeoEye (OrbView-5)卫星
发射时间：2008年9月6日，7年寿命，15年燃料 空间分辨率：全色0.41米，多光谱1.65米（4个波段） 卫星轨道高度：684km，过顶时间上午10:30,重访周期2天 精确定位精度：3m 组成星座：轨道观测-2、轨道观测-3、艾科诺斯和地球之眼-1
4.雷达高度计RA-2
5.微波辐射计MWR 6.大气成分光谱仪 GOMOS 7.微量气体成像光谱仪
SCIAMACHY
42
日本嗅碳遥感卫星
太阳同步轨道667公里高度，1750公斤。发 射后6个月在轨运行，设计寿命5年，载两个 传感器，每3天获取 56,000个观测点的数据。
43
美国轨道碳观测卫星
有效载荷整流罩没有与卫星分离，造成失败
经过赤道的 8:50a.m. 时间 覆盖周期 扫幅宽度 波段数 18天 185km 4
机载传感器 MSS
运行情况
1978退役
1976年失 灵,1980年 修复,1982 退役
1983退役
1983年TM 在役服务 传感 器失效,退役
2003.5月出 现故障
法国Spot5卫星
2002年5月3日发 射，2.5米分辨率。 重访时间 2-3天， 这取决于纬度
任何地物由于其组成和状态不同，其电 磁波辐射特性也不同。根据不同地物的电 磁波特征的差异识别不同的物体，这便是 遥感的原理。
电磁辐射与地物相互作用机理是遥感的 物理基础 。
遥感基本原理示意图
遥感的七个过程
A：辐射源：提供电磁波
B：大气窗口：电磁波辐 射与大气（往、返） C：目标：电磁波与目标 相互作用（遥感机理） D：遥感平台与传感器： 记录从目标反射或辐射的 电磁波 E：地面站：数据传输、 接收与处理 F：专业机构：遥感数据 的解译分析 G：行业遥感应用
LandSat4 1982.7.16
LandSat5 1984.3
LandSat6 1993.1
LandSat7 1999.4.15
卫星高度
半主轴 倾角
920m
920m
920m
705m
705m
705m
7285.438km 98.2度 10:00a.m. 16天 发射失败 185km 8 ETM＋
7285.438km 7285.989km 7285.776km 7083.465km 7285.438km 103.143度 103.155度 103.1150度 98.9度 9:03a.m. 18天 185km 4 MSS 6:31a.m. 18天 185km 4 MSS 9:45a.m. 16天 185km 7 MSS、TM 98.2度 9:30a.m. 16天 185km 7 MSS、TM
其它载荷（1）：“Ａｒｉｎａ”的试验 性 装置，可以记录地震发生前数小时内 近地空间的高能带电粒子情况； 其它载荷（2）：分光计能够记录银河系 中的正电子和反质子等辐射流，了解 宇宙中的暗物质。
欧洲的Envisat卫星
传感器组合应用
1.合成孔径雷达ASAR
2.成像光谱仪MERIS
3.扫描辐射计AATSR
遥感平台
遥感平台是放置传感器的运载工具。按照平 台的特点，可以把遥感技术分为地面遥感、 航空遥感、航天遥感等。 地面遥感——以高度小于100米的地面平台 遥感； 航空遥感——高度在100米-30千米的平台 遥感，如飞机、气球、飞艇等； 航天遥感——高度大于30千米的平台遥感， 如卫星、飞船等。
资源三号—高分辨率立体测图卫星一号
为全国基础地理信息系统建设、维护和更新提供数据源，满 足 1 ： 5 万比例尺地形图所要求的原始影像地面分辨率及其相 应的平面误差和高程误差的精度要求，同时兼顾 1 ： 2.5 万或 更大比例尺地图修测及国土资源调查等方面的需求。
利用资源二号卫星平台 设计寿命3年 影像地面分辨率：像元 分辨率优于 5m 的三线阵 立体测绘，优于 2m 的正 射影像高分辨率数据， 和优于10m的多光谱数据
主要卫星平台
LandSat
July 23, 1972 January 22, 1975 March 5, 1978
July 16, 1982
March 1, 1984
April 15, 1999
卫星参数 发射时间
LandSat1 1972.7.23
LandSat2 1975.1.12
LandSat3 1978.3.5
Weigh:
Powe:
Observation Band Base/Height ratio S/N Spatial Resolution (IFOV) MTF Swath Width Pointing Angle 0.52 - 0.77µm (Forward-NadirBackward) 1.0 70 2.5m (3.57µrad) 0.20 35km ±1.5° (cross track)
遥感基础理论与应用前景
主讲： 胡潭高 杭州师范大学 遥感与地球科学研究院
遥感的概念 Remote Sensing
“遥感”——遥远感知事物的意思。
人眼看东西， 遥感？
照相机拍照片，遥感？
为什么能遥感？
遥感基本原理示意图
遥感的原理
遥感是一种远离目标，以电磁波（包括 从紫外—可见光—红外—微波）为媒介， 通过非直接接触而判定、测量并分析目标 性质的技术。
量化值 星下点成像 立体成像 辐照宽度 成像模式 条带 轨道高度 倾角 重访周期
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波长
16bit or 8bit 沿轨/横轨迹方向（+/-25度） 沿轨/横轨迹方向 以星下点轨迹为中心，左右各 272km 单景 16.5km × 16.5km 16.5km × 165km 450km 98度（太阳同步） 1–6天（0.7m分辨率，取决于纬度）
分辨率：150m（近、中红外） 幅宽：720km 分辨率/幅宽：100m/50km 光谱分辨率：5nm
寿命：
三年
环境一号星座
环境一号C星主要技术指标
项目 轨道： 整星重量： 星体尺寸： 工作频段： 性能指标 ～500km太阳同步轨道 ～690kg 1200mm1200mm3000mm S波段
日本的ALOS卫星
Life 3 - 5 year Altitude=Approx. 700km, SunSynchronous Period=Approx. 99min., Recurrent Perid=Approx. 45day, Local time at Descending Node=10:30AM±15min. Approx. 4ton (at lift-off) Orbit
B、大气窗口
电磁波在大气中传播时会与大气发生散 射和吸收。使得只能某些波长的电磁波穿过大 气层。这些波长范围即称大气窗口。
Scattering Rayleigh 散射：颗粒粒径比电磁波波长小
Mie散射：颗粒粒径与电磁波波长相当 无选择散射：颗粒粒径远比电磁波波长大
C：电磁波辐射与目标相互作用
44
北京一号对地观测小卫星［DMC＋４］
卫星重量：166.4公斤 平台重量：约97公斤 寿命：5年（推进系统7年） 可靠性（寿命末）： 推进系统7年，电源系统在5年末时相当于
使用初期的92%
卫星轨道：标称686km的太阳同步轨道，升交点地方时10：45 多光谱相机：包含三个谱段即绿、红、近红外；分辨率32米；刈
地面遥感
航空遥感
高空飞机
运-八型涡轮螺旋桨飞机 9000m 里尔飞机
13000m
中空飞机
塞斯纳208飞机 4500 m 安30飞机 7300 m
低空飞机
无人机 2300 m
无人机
无人机< 400 m
卫星遥感
静止轨道卫星
极轨卫星（太阳同步）
Overlap in adjacent swaths
A：辐射源
太阳辐射 地球辐射 人工辐射：如雷达 按辐射源不同分主动遥感和被动遥感
被动遥感——遥感器利用地物对自然光源（如太阳辐 射）的反射辐射或地物自身发射辐射（如地物的热辐 射）来识别地物特性的遥感方式。
主动遥感——由遥感器主动地向目标物发射一定能量 和一定波长电磁波, 然后再由遥感器探测、记录从目 标物反射回来的一部分电磁波，以这种回波信息识别 目标 物的遥感方式（如雷达）。
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美国WorldView卫星
Digitalglobe 于2007年9月18日发射。 平均重访周期为1.7天，每天能够拍摄多达50万平方公里的 0.5米分辨率图像，能有效地进行同轨立体成像. WorldviewII 于2009年10月8日发射 平均重访周期为1.1天，每天能够拍摄多达100万平方公里的 0.5米分辨率图像
Reach and interact with the Earth’s surface
吸收、透射、反射
镜面反射Specular Reflection
漫反射Diffuse Reflection
树叶为什么是绿色的？
水为什么是蓝色的？
不同地物有不同波谱辐射特性
遥感平台和传感器
Recording of energy by the sensor
美国的IKONOS卫星
美国Ikonos-2卫星
1999年09月发射 轨道：680km 相机：三反同轴 TDICCD相机，焦距 10m，口径 700mm，F数14.3 GSD: 0.82m/3.28m（@nadir） 覆盖宽度11.3km 整星沿俯仰和滚动轴方向实现±50° 姿态机动，最大回转速度4°/s，回转加 速度0.2°/s2。 一轨成像能力最大20,000km2；在地 面像元分辨率1-2m情况下，借助姿态机 动重访周期3天
地面分辨率：
成象幅宽： 辐射分辨率： 极化方式：
20m（4视）
100km 3dB HH或VV
入射角：
寿命：
25～47
三年
资源一号02B星
在资源一号 03 星之前发射资源一号 02B 星，以保证资源卫 星数据产品的连续性。 02B 星充分继承了现有型号的成熟 技术和研制经验，并采用了高分辨率相机作为有效载荷， 提高了资源卫星图像的分辨率水平。 设计寿命2年； 一台20m多光谱相机； 一台2.36m高分辨率相机； 一台258m分辨率宽视场相机
副宽度600km；全色相机：全色，分辨率4米，刈副宽度24km；
观测重访周期：2-3天 星上存储容量： 固态存储器（4G），硬盘(240G) 传输速率：X波段20/40Mbps，S波段8.14Mbps
环境一号星座
环境一号A、B星主要技术指标
项目 轨道： 整星重量： 星体尺寸： 宽覆盖CCD相机 红外相机 超光谱成像仪 性能指标 ～650km太阳同步轨道 ～470kg 1200mm1200mm980mm 分辨率： 30m 幅宽：700km（两台）
资源一号03/04星
在资源 01/02 星的基础上研制 03/04 星是保持资源卫星遥 感数据连续性的重要手段。与 01/02 星相比， 03/04 星有 效载荷变化较大，平台性能也有较大提升。
设计寿命3年； 寿命末期功率2300瓦； 一台 5 米全色／ 10 米多光 谱相机；一台 20 米多光谱 相机；一台 40 ／ 80 米红外 相机；一台 73 米分辨率宽 视场相机；
Approx. 7000W (EOL)
加拿大雷达2号卫星
C波段、全极化、双侧视；3－100米 分辨率；12种观测模式；
发射场：哈萨克斯坦的拜科努尔发射场 发射火箭：“联盟－Ｕ”运载火箭 卫星重量：６．５７吨 载荷（全色）：１米分辨率 多光谱（彩色）：2米分辨率 覆盖范围：每天７０万平方公里 的观测范围；
1米全色／4米多光谱高分辨率卫星
主要任务是对用户关注地区进行高分辨率的可见光和多光谱 成像。其图像可应用于资源详查、土地和城市规划、工程选 址及监测、大比例尺地形图基础地理信息数据库建设与更新、 灾害影响分析等专题遥感应用方向。 设计寿命3年； 寿命末期功率2500瓦 地 面 像 元 分 辨 率 1m （全色），4m(多光谱) 成 像 光 谱 范 围 0.40.9μ m ， 地 面 覆 盖 宽 度20-30km。