第04-2讲 遥感平台

遥感技术与应用第四讲(2)遥感平台RemoteSensingPlatform1.颜色的特性2.加色法与减色法3.黑白影像与彩色影像内容回顾色度（Hue）：色彩的类别。明度（Lighteness）：颜色的明暗程度。饱和度（Saturation）：彩色纯洁的程度。颜色的特性加色法R+G=Y（yellow）R+B=M（magenta）G+B=C（cyan）R+G+B=W蓝绿红黄滤光片品红滤光片蓝绿红黄滤光片青滤光片蓝绿红品红滤光片青滤光片蓝绿红黄滤光片品红滤光片青滤光片减色法卤族元素和银的化合物能在光照射下分离出银。黑白摄影成像的基本过程：感（曝）光显影定影负片（与自然景物相反）底片像纸感（曝）光显影定影正片（与自然景物一致）黑白片成像原理感绿层（含品红染料）感蓝层（含黄色染料）黄滤光片感红层（含青色染料）底层防光晕层保护层彩色胶片结构片基真彩色摄影片近红外彩色航摄像片0.4μm-0.9μm衬板片基红感光层（品红色成色层）绿感光层（黄色成色层）近红外感光层（青色成色层）彩红外胶片的乳胶结构彩红外摄影像片提纲：一、遥感平台二、卫星轨道参数一、遥感平台遥感平台：遥感中搭载遥感器的工具。遥感平台高度目的和用途其它静止卫星36000km定点地球观测气象卫星（GMS等）圆轨道卫星（地球观测卫星）500～1000km定期地球观测Landsat、SPOTMOS等航天飞机240～350km不定期地球观测空间实验返回式卫星200～250km侦察与摄影测量无线探空仪100m～100km各种调查（气象等）高空喷气机10,000～12,000m侦察大范围调查中低高度飞机500～8000m航空摄影测量各种调查遥感平台高度目的和用途其它飞艇500～3,000m空中侦察各种调查直升机100～2,000m摄影测量各种调查无线遥控飞机500m以下摄影测量各种调查飞机直升机牵引飞机50～500m摄影测量各种调查牵引滑翔机系留气球800m以下各种调查索道10～40m遗址调查吊车5～50m近距离摄影测量地面测量车0～30m地面实况调查车载升降台一、遥感平台分类：（按高度分）地面平台：H100m航空平台：100mH30Km航天平台：H150km1、地面平台放在地面上和水上的、装载遥感器的、固定的或可移动的装置叫做地面平台。目的：主要用来为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。1、地面平台种类：三角架、遥感塔、遥感车、遥感船用途：测定地面的光波特性近景摄影测量水体测深（声纳）2、航空平台悬浮在海拔80km以下的大气(平流层、对流层)中的遥感平台叫做航空平台。航空平台的飞行高度较低，地面分辨率较好，机动灵活，不受地面条件限制，调查周期短，资料回收方便，因此，它获得广泛的应用。它包括飞机和气球两种。航空平台--飞机经改装用于RS的飞机：安30、安12、里2、伊尔14、伊尔18、运5、运8、双水獭、空中国王200、呼唤Ⅱ。低空平台：2000m以下（对流层下层），中大比例尺图像，RS试验：1000～1500m中空平台：2000～6000m（对流层中层），中小比例尺图像高空平台：12000m，军用高空侦察机，无人机：20～30kmRS对飞机的要求：平稳、均匀、直线、续航、高度、机舱容积、简易机场起飞、导航（GPS）美军EP-3侦察机强行降落我陵水机场航空平台--气球早在1858年，法国人就开始用气球进行航空摄影了。气球是一种廉价的、操作简单的航空平台。气球按其在空中的高度分为低空气球和高空气球两类。低空气球：对流层（12km以下）人为控制军事侦察高空气球：平流层（12～40km）自由漂移3、航天平台航天平台是航天遥感时放置（运载）遥感器的工具。是航天RS的重要组成部分。航天遥感可以对地球进行宏观的、综合的、动态的和快速的观察。航天平台主要有高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机5种。高空探测火箭飞行高度一般可达300km～400km，介于飞机和人造地球卫星之间。火箭可在短时间内发射并回收，可以抢好天气快速遥感，不受轨道限制，应用灵活，可对小范围地区遥感。但由于火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器，而且付出的代价大，取得的资料不多，所以火箭不是理想的遥感平台。人造地球卫星人造地球卫星可分为四大类：观察类、中继类、武器类、基准类。观察类侦察卫星对地面目标拍照或截获空间电波美“萨莫斯”、“大鸟”苏“宇宙-1238”气象卫星拍摄云图、测量云层温度进行天气预报美“Tiros”苏“气象”导弹预警卫星侦察对方远程导弹发射时间、地点美“米达斯”核爆炸监测卫星美、英“琼-3”天文卫星在大气层外对太阳及其它星象进行观测日“天文卫星-A”科学卫星对日地空间环境、太阳、恒星及星系进行观测苏“质子号”地球资源卫星监测农、林、矿、水利、海洋资源、大气、海洋污染美“Landsat”印“巴斯卡拉-2”海洋监视卫星监视海面舰艇、水下潜艇的活动美“Seasat”“国际宇宙-21”星际探测器美“旅行者2号”“海盗号火星着陆器”救援卫星美“诺阿-E”苏“宇宙-1383”中继类通信卫星中“东方红二号”直播卫星法“TDF-1”日“百合-2B”跟踪和数据卫星美“DTRSS”武器类拦截卫星炸毁或捕获他国卫星苏“宇宙-1258”星式武器重返大气轰炸地面目标苏“宇宙-1267”电子干扰卫星基准类导航卫星美“子午仪”测地卫星大地测量、绘制精确地图和海图法“王冠-1C”雷达标准卫星为地面雷达提供无线电基准频率苏“宇宙-1534”激光测地卫星激光测距研究地球结构，为地震、地质提供资料法“激光测地卫星”宇宙飞船(包括航天站)载人宇宙飞船有“双子星座”飞船系列、“阿波罗”飞船系列、天空实验室，“礼炮”号轨道站及“和平”号空间站等。它们较卫星优越之处是：有较大负载容量，可带多种仪器，可及时维修，在飞行中可进行多种试验，资料回收方便。缺点是：一般飞船飞行时间短(7d～30d)，飞越同一地区上空的重复率小。但航天站可在太空运行数年甚至更长时间。俄罗斯和平号空间站Alfa-InternationalSpaceStation（ISS）航天飞机航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由3部分组成的3级火箭。其主体可以回收，两个助推器也可回收，重复使用，这是它的优点之一。航天飞机是一种灵活、经济的航天平台。自1981年4月以来，美国已经发射过“哥伦比亚”号、“发现”号、“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号等航天飞机。前苏联也曾成功地进行了无人驾驶航天飞机的飞机实验。航天平台的种类不同造成的主要影响：★获取影像的比例尺、地面分辨率、立体影像的基高比（定位精度）★获取影像的范围，即成像覆盖范围★获取影像的周期★工作寿命，即获取地面影像时间的长短★获取影像时的光照条件3、航天平台二、卫星轨道参数1、开普勒定律2、轨道根数3、卫星姿态1、开普勒定律第一定律：所有行星轨道均为一椭圆，太阳位于椭圆二焦点之一。人造卫星运行轨道也为一椭圆，地球位于椭圆的一个焦点上。近地点A，远地点B，则有：HA=a(1-e)-RHB=a(1+e)-RAB1、开普勒定律第二定律：行星在椭圆轨道上运动时，向径（行星至太阳的连线）在相等的时间内扫过相等的面积。此定律告诉我们：行（卫）星是非匀速运动，它在近地点附近运行速度快，而在远地点附近运行速度慢。第三定律：行星公转周期的平方与它的轨道平均半径的立方成正比。同样，对卫星和地球而言，也有其中C=2.7516*10-8分钟2/公里3，称为开普勒常数R=6378km地球半径（赤道半径，极半径6357）Hi=(HA+HB)/2，是卫星离地平均高度T周期，单位分钟1、开普勒定律()CHRTi=+32启示:启示1：卫星轨道高度决定了卫星运行周期，轨道高，周期长，轨道低，周期短。启示2：地球半径是一定的，轨道高度的降低是有限的，因而，卫星运行周期的缩短也是有限的。2、轨道根数轨道根数（尤拉元素）：用于确定轨道形状及卫星在某时刻的位置需要的参数。或者说：表示卫星运动轨道特征的参数。思考：相对地球而言，确定轨道形状及卫星在某时刻的位置需要哪些元素？2、轨道根数通常用六个参数来描述：轨道长半径a轨道偏心率e轨道面倾角i升交点赤经Ω近地点角距ω卫星过近地点时刻t及周期T轨道长半径a卫星轨道远地点到椭圆中心的距离。a轨道长半径aA．低轨卫星：低高度、短寿命高度为150km～350km，寿命只有1星期～3星期。可获得较高地面分辨率的图像。多数用于军事侦察。B．中轨卫星：中高度、长寿命高度为350km～1800km，寿命在1年以上。属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等。C．高轨卫星：高高度、长寿命它也称为地球同步卫星或静止卫星。高度约为36000km。这类卫星已大量用作通讯卫星，气象卫星，也用于地面动态监测，如监测火山、地震、林火及预报洪水等。目前，部分卫星有变轨技术（锁眼卫星）a轨道偏心率eabae22−=ab当e趋近与0时，则为近圆形轨道。采用近圆形轨道，卫星运行速度均匀，便于曝光时间地控制和获取全球范围内比例尺趋于一致地图像。a和e共同确定了轨道的形状。轨道面倾角i卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。远地点近地点i轨道面倾角ii=0º赤轨卫星0ºi90º顺轨卫星i=90º极轨卫星90ºi180º逆轨卫星★i角影响星下点之间的距离★i角确定了卫星的对地观测范围（从北纬i到南纬i）星下点卫星在轨道上成像时，卫星与地心的连线在地表上的交点。（一般卫星）OrbitGroundTrack对地观测范围180-18090-90020-20-4001234540升交点赤经Ω卫星轨道的升交点向径与春分点向径之间（在赤道上）的夹角。升交点：卫星由南向北运行时与赤道面的交点。降交点：卫星由北向南运行时与赤道面的交点。远地点降交点升交点近地点春分点方向春分点的解释黄道23º26´Ρ冬至点R夏至点Ω秋分点γ春分点P北天极天赤道P＇南天极E3E1E4E2每年3.23日前后，太阳沿黄道由赤道以南到赤道以北的交点叫“春分点γ”。每年9.23日前后，太阳沿黄道由赤道以北到赤道以南的交点叫“秋分点Ω”。升交点赤经Ω升交点赤经确定了轨道面与太阳光线之间的夹角，也就确定了星下点在成像时刻的太阳高度角。轨道面与太阳光线之间夹角的变化轨道面与太阳光线之间夹角的变化每年变化360º，每天变化360º/365=0.98565º，若卫星每天运行n圈，则每圈修正量ΔΩ=0.98565/n。在对地观测时，最好保持各地物在相同光照条件下成像，才能正确反映地物间波谱特性的差异。因此，在成像时要保持地面太阳高度角不变，在众多类型的卫星轨道中，对地观测卫星常选择太阳同步轨道。冬至秋分春分夏至太阳地球太阳同步轨道卫星轨道面与太阳地球连线之间的夹角不随地球绕太阳公转而变化的轨道。()iaRecos1196486.9272−−=Ω∆i90ºΔΩ为负升交点西退i90ºΔΩ为正升交点东进i=90ºΔΩ为零升交点赤经Ω每天的变化率为因而，在轨道设计时，应使轨道面每天的进动量与ΔΩ一致（太阳同步轨道）。sun-synchronousorbit近地点角距ω升交点向径与近地点向径之间的夹角。ω远地点近地点Ω、ω确定了轨道面与地球之间的相关位置。卫星过近地点时刻t及周期T卫星过近地点的时间称为过近地点时刻。卫星从升交点（或降交点）通过时刻到下一个升交点（或降交点）通过时刻之间的平均时间称为卫星轨道周期。T满足开普勒第三定律。六个元素中，a、e确定了轨道的大小和形状；i、Ω确定了轨道面在空间的位置；ω确定了轨道面中长轴的方向，t确定了卫星过近地点的时刻。六个根数全部确定后，方可确定卫星于某时刻在轨道上的位置。2、轨道根数3、卫星姿态偏航俯仰滚动卫星姿态参数：卫星姿态的变化主要是三轴倾斜：滚动(Rolling)、俯仰(Pitching)和偏航(Yawing)。控制卫星的姿态稳定，是通过姿态控制系统实现的（主要有星上姿态控制系统和地面卫星测控系统来实现）。satelliteattitude3、卫星姿态确定卫星姿态的常用方法有两种：一是利用姿态测量传感器进行测量；红外姿态测量仪、星相仪、