遥感技术第三章-遥感平台与传感器系统2015

第三章遥感平台与传感器系统马龙[e-mail]•第一节航空平台•我国的遥感飞机•航空摄影系统•航空像片的几何特征•第二节卫星平台•空间轨道及其运行特征•主要卫星及传感器介绍•第三节传感器成像原理•传感器•成像方式•成像光谱仪•雷达传感器第一节航空平台知识点：航空遥感的用途要求：了解知识点TheMASisamulti-spectralimagingspectrometerthatmeasuresreflectedsolarandemittedthermalradiationbetween0.55and14.2µmin50narrow-bandchannels，thatisflownaboardaNASAER-2aircraft.MAS（MODISairbornesimulater）即为MODIS的航空模拟传感器。（1）对航天平台上装载的传感器进行模拟试验，论证其可靠性和有效性航空遥感的用途（2）作为卫星遥感的必要辅助手段，通过卫星遥感影像与飞机遥感影像的对比分析，有助于航天遥感影像或数据的处理与理解；（3）直接进行各种遥感应用作业；1.1我国的遥感飞机中科院两架“奖状S/Ⅱ”型遥感飞机，是1986年由美国赛斯纳飞机公司生产的小型公务机改装而成的专业科学试验飞机。利用有限的资金在小型飞机上建成了在国外大型飞机才能够实现的综合性航空遥感平台。现能够在小型飞机上进行不同电磁波范围（紫外、可见光、短波红外、热红外、微波）的遥感仪器的飞行试验。两架遥感飞机中，一号机重点用于光学遥感，可安装多光谱扫描仪、航空相机等传感器；二号机侧重于微波遥感飞机，安装了合成空径雷达及微波辐射计等专门设计的天线罩，同时可兼顾遥感摄影；遥感飞机还可安装大气采样挂架、GPS接收机、机-地实时传输系统。科学目标遥感飞机的主要任务是充分利用遥感飞机先进的技术性能与我院研制的机载遥感技术系统配套组合，形成科学院机载空间遥感信息获取技术的综合优势，为国家和产业部门及地方提供广泛的航空遥感技术与应用服务。研究与服务国家基础航空摄影2001年遥感飞机承担完成了三项国家基础测绘急需的项目，包括：浙江省新安江地区、河北省张家口地区和青海省青海湖地区，遥感飞机在飞行中发挥了先进的技术优势，飞机上安装RC10A型航空相机和基于GPS的CCNNS计算机导航系统，可实现高精度固定航线、固定曝光点的自动摄影。保证了飞行效率和成果质量。承担国家重大项目中科院电子所研制的高分辨率机载SAR在遥感飞机上经过52架次的大规模飞行试验取得成功，机载SAR系统稳定性、技术性能指标和成像质量等均达到设计要求。高分辨率成像雷达技术为发展我国全天侯航空遥感系统奠定了基础。高分辨率SAR系统—天线罩高分辨率SAR系统航空遥感技术实验遥感所自主研制的“多模态大面阵数字航空相机”首次在高空飞机上进行飞行实验取得成功，遥感飞机在山东济宁国家863项目遥感应用示范工程总体技术研究的实验区，进行了2000米、5000米、9000米3个不同高度的飞行实验，获取到高质量的遥感图像。成像技术水平在国内处于领先。航空遥感应用实验2005年遥感飞机完成了奥运地环境动态遥感监测，山西阜平、阳泉地区航空摄影等遥感应用飞行实验，获取了一批高分辨率的航空遥感信息。1.2航空摄影系统航空摄影机几乎任何型号的摄影机均可用于航空摄影。不过由于航空遥感要求快速连续地拍摄大量照片，故对摄影机的构造有一些特殊要求。目前常用的航空摄影机大致分为4类：单镜头分幅摄影机、多镜头分幅摄影机、航带摄影机、全景摄影机。Cameravs.EyeBall.Notetheimageinversion;thisiscorrectedbymirrorsinthecamerabody,andbyourbrains-theworldyoureyesseeisreallyupsidedown!单镜头分幅摄影机单镜头分幅摄影机是使用最早、目前应用较多的摄影机。当开启分幅摄影机的快门进行摄影时，飞机的运动会使图像模糊。为了消除这种影响，在许多分幅摄影机中都装有机内像移补偿装置，使胶片沿焦平面以图像的移动速度移动以达到去除图像模糊的目的。多镜头分幅摄影机9LensMultispectralCamera由于用单镜头分幅摄影机拍摄的照片具有较宽的波段响应范围（全色波段约0.3~0.7um），因此在此波长范围内地物对不同波长电磁辐射的不同反射将无法在一张照片上得到体现。为了得到地物对不同波长电磁辐射的反射特征，在航空摄影时人们也常使用多镜头分幅摄影机。多镜头分幅摄影机可以利用不同的胶片-滤光片组合，从同一位置同时获取地物对不同波长电磁辐射的反射能量记录。数码航空相机随着数据获取技术的飞速发展，数码航空相机得以问世，面阵数码航空相机是其中一种。与传统胶片相机相比，具有更好的几何稳定性，更高的辐射质量，快速获取，不需晒像、影像扫描等特点，而其投影方式仍然为中心投影，传统的处理方法仍然适用，因此得到了广泛的应用。在当前的主流商业面阵数码航空相机中，Z/IImaging公司的DMC数码航空相机在全球很多国家得到了广泛地应用。DMC数码相机为了克服直接生产大面阵CCD传感器在成本和技术上的困难，通过多镜头组合方式，将多个小面阵的CCD传感器组合形成虚拟的大面阵CCD传感器，从而使获取的影像在具有高几何分辨率的同时也具有较大的地面覆盖范围。DMC数码航空相机由8个同步工作的CCD组合而成：4个多光谱相机（生成RGB和近红外影像）和4个全色相机（生成4幅具有一定重叠度的高分辨率全色影像），每个CCD相机都有自己的镜头。航空像片的获取为了保证拍摄的多张分幅像片能对目标区完全覆盖和航向上相邻航片具有立体像对，在航向上通常要保证60%~65%的重叠。如果目标区面积很大，一条航带无法保证完全覆盖。当需要数条航带对目标区进行摄影时，各航带应保持平行。此时为保证对目标区完全覆盖，航带之间也要保证一定的重叠，重叠率大约为30%~35%。1.3航空像片的几何特征航片的投影中心投影中心投影是指空间任意直线通过一固定点（投影中心）而投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。第二节卫星平台知识点：卫星轨道参数，轨道类型要求：理解卫星轨道参数，轨道类型2.1卫星轨道参数轨道参数是用来描述卫星的运动状态，而建立适当的坐标系是确定各个参数的参照基础。常用的坐标系为赤道坐标系。赤道坐标系是以赤道面为基准面，以地球自转轴和从地心指向春分点的直线为坐标轴所构成的坐标系。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。地球绕太阳运行的平面成为黄道面。春分这天，太阳光直射赤道，地球各地昼夜时间相等，所以古代，春分秋分又称为“日夜分”。升交点赤经Ω：卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。所谓升交点为卫星由南向北运行时，与地球赤道面的交点。反之，轨道面与赤道面的另一个交点成为降交点。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。近地点角距ω：指卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。轨道倾角i：指卫星轨道面与地球赤道面之间的两面角。卫星轨道的长半轴a：卫星轨道远地点到椭球轨道中心的距离。卫星轨道的偏心率e：e=c/a，c为卫星椭圆轨道的焦距。卫星过近地点时刻T：卫星经过近地点的时间，以格林尼治时间为准。Ω、ω、i决定了卫星轨道面与赤道面的相对位置，a和e则决定了卫星轨道的形状。卫星坐标的测定和解算1、星历表法解算卫星坐标前面已介绍了卫星轨道可以用六个轨道参数来描述，这些参数又可通过地面对卫星的观测来确定。已知六个参数后，要计算卫星某一瞬间的坐标，还须测定卫星在该瞬间的精确时间。一般将卫星轨道参数代入相应的公式，并预先编制成卫星星历表，以后只要以卫星的运行时刻为参数，就可以在星历表上查出卫星的地理坐标。如果星历表存放在计算机中，卫星的时刻参数输入后就能输出星历坐标。2、用全球定位系统(GPS)测定卫星坐标轨道类型太阳同步轨道：该轨道上的卫星和太阳夹角是固定的，其可以满足卫星每次以相同太阳时和高度经过地面上同一点，这样就可以保证传感器每次对地观测时，地物具有相同的太阳辐射。地球同步轨道：2.2主要卫星及传感器介绍知识点：卫星数据下载，MSS和TM的特征，Landsat系列卫星和SPOT系列卫星的特征要求：掌握知识点用于陆地资源和环境探测的卫星称为陆地卫星，依据不同的指标和方法，陆地卫星有多种分类方法，按综合分类为陆地卫星（Landsat）类，高分辨陆地卫星、高光谱卫星和合成孔径雷达等4类。陆地卫星类：包括Landsat系列（美）、SPOT（法）、IRS（印度）、ALOS系列（日）、RESURSO1（俄）等。这类卫星的特点是多波段、地面分辨率为5-30m。Landsat1-3三颗卫星的星体形状和结构基本相同，形似蝴蝶状。这三颗卫星都搭载MSS（多光谱扫描仪）•卫星轨道平均高度H设计在915km；•运行周期为103.267min；•每天绕地球13.944圈；•倾角i=99.125°；•每天修正卫星轨道进动角为0.986°；近圆形轨道？Landsat1-3MSS轨道特征赤道附近轨道重叠度14%，南北极85%重复周期？TerrestrialImagesofGoleta,CAObtainedonMarch4,1972UsingtheLandsatMSSBand4(0.5-0.6mm)Band5(0.7-0.8mm)Landsat4-5Landsat-4/5卫星也是近圆形、近极地、与太阳同步和可重复的轨道。它的轨道高度下降为705km，对于地面分辨力为30m的TM专题制图仪而言是必要的，为此运行周期也减为98.9min，重复周期为16天。MSS和TM的特征February13,1989September18,1995October07,1999September10,2004June20,2009’sHuangHe(YellowRiver)isthemostsediment-filledriveronEarth.FlowingnortheasttotheBoHaiSeafromtheBayanHarMountains,theYellowRivercrossesaplateaublanketedwithupto300meters(980feet)offine,wind-blownsoil.Thesoiliseasilyeroded,andmillionsoftonsofitarecarriedawaybytherivereveryyear.Thissequenceofnatural-colorimagesfromNASA'sLandsatsatellitesshowsthedeltanearthepresentrivermouthatfive-yearintervalsfrom1989to2009.September17,1984August22,1986August27,1988September21,1991August06,1992July30,1995October04,1996September24,1998October15,2000September03,2002July06,2004August13,2006August18,2008June02,2009MountaintopMining,WestVirginia’sLandsat5satellite,thesenatural-color(photo-like)imagesdocumentthegrowthoftheHobetmineas