第8章卫星遥感和其影像

遥感原理与方法RS第8章卫星遥感及其影像内容提要：介绍卫星遥感技术系统，Landsat、SPOT和CBERS等陆地遥感卫星，气象卫星，以及卫星遥感技术新发展。重点和难点:各种卫星的运行特征、传感器成像方式、影像的空间信息与光谱特性，高空间分辨率和光谱分辨率遥感影像的特点。遥感原理与方法RS第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介第8章卫星遥感及其影像卫星遥感技术系统大致包括遥感测试系统、星载系统和地面控制—处理系统三个子系统。遥感测试系统是卫星遥感系统的基础，主要进行地物波谱和传感器波段的研究，新型传感器的研制试验，遥感数据辐射校正及综合光谱信息研究。星载系统包括遥感卫星平台及传感器，是遥感信息获取的重要组成部分。地面控制—处理系统是整个系统的核心，负责监测卫星的工作状况，及时向卫星发射各种指令，指挥星体和传感器的工作，并负责数据的接受和处理。遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介①遥感测试系统遥感测试系统主要进行基础理论、观测试验和应用研究工作：★进行卫星和航空遥感的模拟试验；★试验遥感仪器设备的性能；★测试研究地物波谱特性；★标定、校准试验研究；★试验和改进遥感图像分析处理技术，进行解译理论和方法研究。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介①遥感测试系统●遥感试验区★定标校准站用于对传感器和遥感数据进行定标校准，分为几何校准站和辐射校准站两类。★普通观测站和遥测数据收集站人工或自动观测收集温度、湿度、雨量、风速等环境数据，直接或通过卫星发送给地面站，为遥感图像的分析处理和校正提供参考和依据。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介②星载系统星载系统是卫星遥感的核心部件，按照控制中心的指令进行工作，主要接收来自地面各种地物的电磁辐射信息，同时收集各地面数据收集站发送的信息，然后将这两种信息再发回地面数据接收站。星载系统主要包括平台服务系统和有效载荷两个分系统。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介②星载系统●平台服务分系统由各种控制和服务性仪器组成，以保障星体正常运行和工作。★控制星体姿态★通讯联系和数据管理★调整轨道★监测仪器工作状态★电源供应第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介②星载系统●有效载荷分系统有效载荷分系统包括传感器和其他专用设备如数据传输、空间环境监测和星上数据收集等星上遥感装置，是星体的主要组成部分。数据经编码、调制、变频和功放，由天线发射出射频信号，在卫星经过地面站上空时，被地面站接收。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介③地面控制——处理系统地面控制—处理系统是遥感技术系统的核心。星体从发射时起，直到在空间连续运转，地面一直需要有庞大的系统来指挥、控制、保障和配合它的工作。地面系统通常由站网、空间控制中心、遥感数据处理与管理中心组成。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介③地面控制——处理系统●站网★跟踪站跟踪星体，不断对星体进行观测，将测得的卫星轨道数据及时提供给控制中心，以计算星体空间轨道及其变化，控制卫星的运行。分为固定型和流动型两种。★接收站主要指挥和控制星体工作和接收星体传送下来的遥感图像信息及其有关数据（如卫星姿态参数）。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介③地面控制——处理系统●站网★跟踪和数据中继卫星TDRS为了利用有限的地面接收站，保证卫星数据的实时发送，启用两颗跟踪和数据中继卫星TDRS（TrackingandDataRelaySatellite）。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介③地面控制——处理系统●空间控制中心空间控制中心是卫星遥感系统的大脑，负责监测和指挥卫星的运行，制定卫星及传感器的日程，控制和协调全系统的正常工作。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.1卫星遥感技术系统简介③地面控制——处理系统●数据处理与管理中心简称数据资料中心，有时也叫数据处理机构。目前较完善的数据资料中心是资源卫星的数据管理系统，担负把接收站记录的视频信号加工处理成粗制和精制两种图像产品的任务。同时，还要对这些产品进行编目、制卡、编写资料简介等工作，以便管理和提供使用。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像Landsat卫星原名地球资源技术卫星ERTS(EarthResourceTechnologySatellite)，是由美国国家航空和航天局（NASA）发射的用来获取地球表面图像的一种遥感平台，以观察陆地环境和资源为主。到目前为止Landsat计划已经发射了7颗卫星，现在正常运行的是Landsat5和Landsat7号卫星，6号卫星因发射失败而丢失。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像①Landsat的运行特征●准圆形、近极地轨道Landsat的轨道为近圆形轨道，与地面保持距离相等。使卫星图像比例尺基本一致，有利于控制卫星姿态，使图像处理简化。Landsat1～3轨道倾角99.125°，Landsat4/5、7轨道倾角98.22°，为近极地轨道。能保证全球绝大部分地区都在卫星覆盖之下。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像①Landsat的运行特征●卫星运行与太阳同步为了保证传感器在不变条件下进行探测，并保证卫星运行周期，要求卫星轨道与太阳同步，即卫星轨道相对于地球的角进动，与太阳相对于地球的角进动相等，也就是卫星通过任意纬度的地方时基本是不变的。要实现与太阳同步，卫星运行的轨道必须西移，轨道倾角要大于90°，使两条相邻轨道之间的距离与该运行时段内太阳由东向西移动的距离相等。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像①Landsat的运行特征●采用可重复中高度回归轨道重复周期是指卫星从某地上空开始运行，回到该地上空时所需要的天数，即对全球覆盖一遍所需的时间。Landsat的运行周期98－103.26分，每天围绕地球14圈，形成14条间隔2875km、宽度185km的条带。Landsat1～3的重复周期为18天，Landsat4～7为16天。轨道的重复回归性有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像①Landsat的运行特征●采用可重复中高度回归轨道Landsat要求对地面有较高的分辨率，同时又有较长的寿命，以便于地球资源调查与制图，所以采取中高度轨道（500—1000km）。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像①Landsat的运行特征第8章卫星遥感及其影像Landsat系列卫星运行参数卫星编号项目Landsat1～3Landsat4/5，7轨道高度H915km705km轨道倾角i99.125°98.22°运行周期T103.26min98.9min长半轴α7285.438km7083.465km降交点时间(过赤道平均太阳时)t9：42am9：45am重复周期D18天(251圈)16天(233圈)偏移系数d-1-7在赤道上相邻轨道间距离159km172km成象宽度185km185km在赤道上相邻轨道间重叠度26km(14%)13km(7%)遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像经纬度卫星图像地理坐标的经纬度根据成像时间、卫星姿态和运行方向等因素，由数据处理机构通过确定卫星的轨道位置在地球表面投影的方法，用计算机求得，注记在像幅四周，间隔为30´，纬度60°以上地区，采用1°间隔。粗制图像：用图像中心点的经纬度推算，概略坐标精制图像：在概略坐标用控制点经纠正计算后得到第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像经纬度卫星图像经纬度受卫星轨道倾角及运行速度控制。由于卫星轨道倾角99°左右，因此，卫星运行轨道与经线形成一个交角，叫图像方位角。第8章卫星遥感及其影像赤道地区中纬地区北极圈地区NNNWESWESWES遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像获取的时间图像获取时间是指获取图像信息的地方时间，Landsat轨道是与太阳同步轨道，通过赤道的平均太阳时为上午9时45分左右，实际上通过中纬度地区都在上午9－10时左右。这种近乎一致的光照条件，使全球范围内相同的地物具有相似的色调和灰度值，同时能形成立体感最强的阴影，便于互相对比，进行一致的分类和识别。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像的重叠★航向重叠图像航向重叠是图像沿卫星运行方向的重叠。RBV由于25秒的固定的曝光时间间隔，便形成了固定的26公里（14%）的航向重叠区域。MSS和TM是连续扫描成像，相邻图像的航向重叠是地面处理分幅时，采用使扫描电子束分开，产生两次重复扫描，即相邻两像幅各扫一次的方法，产生重叠影像。MSS航向重叠9%，TM为5%。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像的重叠★旁向重叠旁向重叠是图像在相邻轨道间的重叠，由轨道间距和成像宽度决定。Landsat1～3在赤道上的旁向重叠度14%；Landsat4/5，7在赤道上的旁向重叠约占7%。因为地球是一个椭球体，卫星轨道在两极上空相交，因而相邻轨道间的距离从赤道向两极逐渐缩短，而卫星对地面扫描宽度不变。因此，卫星图像的旁向重叠从赤道向两极逐渐增大。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像的投影★RBVRBV是透镜成像，属于中心投影。★MSS、TM和ETM+扫描成像，属多中心投影，且投影中心是动态的。因卫星高度很大，视场角很小，可近似地看作是垂直投影，当要求不太严格时，可以当作地形略图使用；在较大比例尺制图中，应考虑投影变形的影响，必须进行几何纠正和投影转换。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像的分辨率Mss：航高920km，瞬时视场角0.086m弧度，分辨率79.12m，RBV：孔径45mm，分辨率21m。第8章卫星遥感及其影像卫星编号传感器及波段编号地面分辨率（m）1，2RBV：1，2，3803RBV：全色波段401～7MSS：4，5，6，7803MSS：82404，5TM：1，2，3，4，5，7304，5TM：61207ETM+：1，2，3，4，5，7307ETM+：6607ETM+：全色波段(Pan)15遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像②Landsat图像的空间信息●图像的像框扭动第8章卫星遥感及其影像185km扫描线平移方向卫星前进方向扭动距离遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像③Landsat图像的光谱特性●RBVLandsat1、2上的RBV由3台同类型的电视摄像机组成，分3个波段，波长分别为0.475～0.575μm，0.58-0.68μm，0.69-0.83μm，覆盖地面185*185km2的区域。RBV由于发生技术故障，所获图像很少。Landsat3的RBV用2台宽波段(0.505～0.750μm）摄像机，提供分辨率40m的全色图像。两台仪器并列，同时获取98*98km2的相邻区域，其旁向重叠13km。第8章卫星遥感及其影像遥感原理与方法RS8.2Landsat卫星及其影像③Landsat图像的光谱特性●MSSMSS扫描宽度185km，地面分辨率