Landsat8

Landsat-8美国NASA的陆地卫星(Landsat)计划简介美国NASA的陆地卫星(Landsat)计划(1975年前称为地球资源技术卫星——ERTS)，从1972年7月23日以来，已发射7颗（第6颗发射失败）。目前Landsat1—4均相继失效，Landsat5仍在超期运行（从1984年3月1日发射至今）。Landsat7于1999年4月15日发射升空。从１９７２年美国第一颗陆地卫星（Landsat-1射升空算起，Landsat系列卫星成功地向地面输送了大量的、高质量的地球表面观测数据。这些数据为人们更好地管理地球资源、监测地球的生态环境变化以及估计全球的居住承受力做出了杰出贡献。但是，随着Landsat－５卫星于２０１１年正式退役，１９９９年发射的Landsat－７卫星成为在轨运行的唯一一颗Landsat卫星。而由于Landsat－７卫星在２００３年扫描行矫正器（SLC）发生故障，目前只能得到有缺损的图像数据。如何保持数据连续性成为Landsat项目必须面对的重大问题。因此，美国地质调查局USGS（UnitedStatesGeologicalSurvey）及太空署NASA（NationalAeronauticsandSpaceAdministration）于2013年2月11日发射了“陆地卫星数据连续性任务”卫星（LandsatDataContinuityMission卫星，发射后更名为Landsat-8）。Landsat-8卫星将保持Landsat数据的一致性，并将以优异的性能承担起长期对地观测的使命。历次卫星发射时间Landsat-8卫星概述Landsat-8卫星按近极点太阳同步轨道绕地球飞行，轨道高度为705ｋｍ，轨道倾角98.2°，每98.9分钟绕地球一圈，每16天覆盖地球一遍，降交点时间为当地时间上午10时至10时15分，卫星数据下行速率为441Mbps。卫星携带了OLI（OperationalLandImager）和TIRS（ThermalInfraredSensor）推进扫描式成像仪。Landsat8与Landsat7影像的主要参数对比从表中可以看出，Landsat8具有以下特征:(1)波段设置Landsat8除了具有Landsat7所有的光谱波段外，还有以下变化A在原蓝光波段之外新增了1个深蓝(Deepblue)波段，用于监测近岸水体和大气中的气溶胶，因此也称海岸/气溶胶(Coastal/Aerosol)波段;B在原近红外波段与短波红外波段间新增了1个卷云(Cirrus)波段，用于检测卷云;C将原热红外波段的光谱范围一分为二，设置了2个热红外波段;D收窄了原近红外波段的光谱范围，以便去除0.825μm处的水汽吸收影响;E收窄了原全色波段的光谱范围，新的全色波段的光谱范围不再覆盖近红外波段。(2)传感器数量Landsat8具有2个传感器:OperationalLandImager(OLI)和ThermalInfraredSensor(TIRS)，亦即Landsat8具有单独的热红外传感器TIRS，而不像Landsat7那样，将其集成于ETM+传感器之中。应该说这是一个被动之举。由于Landsat8在最初的设计上并没有考虑要继续接收热红外数据，后来决定要继续接收热红外数据时，已设计的OLI传感器已无足够的空间来容纳热红外传感器。为了不耽误发射时间，只得决定单独设计另一新的传感器，由于时间紧迫，所设计的热红外数据的分辨率为100m，这较之于Landsat7的60m，不得不说是一个退步，而且设计的使用年限也只有3年，低于同卫星的OLI的5年。但可喜的是，新的热红外传感器有2个波段，比ETM+增加了1个波段，这使得它可以用劈窗算法来进行大气校正。(3)辐射分辨率Landsat8的OLI传感器采用的是已在EO-1卫星的ALI传感器上实验过的推进扫描方式，所以将比所有老的Landsat系列卫星的传感器具有更高的信噪比。根据资料，OLI各波段的信噪比有望比Landsat7ETM+各对应波段平均高出近3倍。因此Landsat8将Landsat7的8bit辐射分辨率提高到12bit，大大增加了影像的灰度量化级。0-65536数据分级参照美国USGS对Landsat卫星数据及其产品的描述，Landsat-8数据产品分为LORp、L1G、L1Gt和L1T几个等级。(1)LORp数据产品是卫星地面系统对卫星原始数据进行帧同步、去格式化、解压缩、分帧、分景、重新格式化处理生成的数据集，其中包含后续处理所需的所有图像数据和辅助数据。但是，由于Landsat-8卫星上传感器阵列的排列方式以及推扫式的成像方式，导致了相邻传感器获取的地物图像在几何位置上存在偏移，LORp数据没有对这个偏移进行校正处理，所以用户无法直接使用LORp数据。(2)L1G数据产品是辐射校正数据经过系统级几何校正处理（未使用地面控制点和数字高程模型数据）得到的数据产品。(3)L1Gt数据产品是辐射校正数据进行系统几何校正并在校正处理中使用数字高程模型得到的数据产品。(4)L1T数据产品是辐射校正数据使用地面控制点和数字高程模型数据进行精确校正后的数据产品。在几何校正产品生产过程中，中国地区采用的数字高程模型数据源为SRTM（ShuttleRaderTopographyMission），其水平分辨率为30ｍ，相对精度为10m；采用的地面控制点库为GLS2005（GlobalLandSurvey，2005），根据2012年USGS、NASA以及马里兰大学的精度评价，GLS200580％的数据精度高于30ｍ，97％的数据精度高于50ｍ。经过几何精校正后的Landsat-8L1T产品，与以往的Landsat产品相比，产品精度方面有了大幅提升。根据USGS提供的信息，OLI成像仪L1T产品的理论设计几何标称精度为12ｍ，TIRS成像仪L1T产品的理论设计几何标称精度为41ｍ。在Landsat-8的数据产品中，LORp数据产品以HDF5格式进行存储，L1G、L1Gt和L1T数据产品都是采用GeoTiff格式进行存储。将来在Landsat-8卫星投入运行以后，中科院对地观测中心以及USGS将通过网络共享L1T数据产品，方便用户使用。