Analysis of Remote Sensing

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1 Analysis of Remote Sensing
遥感图像分析 Analysis of Remote Sensing 河南理工大学测绘学院

2 Remote Sensing Platform
第六讲 遥感平台 Remote Sensing Platform

3 遥感过程 4. 遥感图像处理与信息提取 5.应用 2.大气传播 3.平台、传感器 1.能源

4 主要内容 一、遥感平台 1.地面平台 2.航空平台 3.航天平台 二、卫星轨道参数 三、陆地卫星轨道特征 重点 重点

5 一、遥感平台 定义：遥感中用于搭载遥感器并为之提供工作条件的运载工具。 遥感平台按照高度可分为三类： 地面平台：H<100m
航空平台：100m<H<30km 航天平台：H>150km 其中航天平台发展最快，应用最广，特别是三大卫星系列。

6 各种遥感平台的相对高度

7 一、遥感平台 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) 近圆轨道卫星
长期地球观测 陆地卫星 小卫星 400km左右 临时观测 重量轻、价格低廉 航天飞机 240～350km 不定期地观测 完成不同任务 返回式卫星 200～250km 侦察与摄影测量 高空飞机 10,000～12,000m 军事侦察、 中小比例尺测绘 高空侦察机 中低空飞机 500～8000m 区域调查、测绘 轻型飞机

8 一、遥感平台 遥感平台 高度 目的和用途 其它 飞艇 500～3,000m 长期空中侦察、 区域监测 直升机 100～2,000m
局部调查、测绘 系留气球 800m以下 局部调查 固定翼飞机、 无人机 500m以下 局部或区域 侦查、测绘 牵引滑翔机 牵引飞机 100～500m 索道 10～40m 遗址调查 吊车 5～50m 近景摄影测量 地面测量车 0～30m 地面实况调查 车载升降台

9 一、遥感平台 1.地面平台 概念：放在地面上和水上的，装载遥感器，固定的或可移动的装置。
目的：主要用来为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。 种类： 用途： 三脚架或支架 测定地面的光谱特性 遥感塔 近景摄影测量 遥感车 水体测深 遥感船

10 一、遥感平台 1.地面平台 1)三脚架

11 一、遥感平台

12 一、遥感平台

13 一、遥感平台 1.地面平台 2)支架 地面 光谱 辐射计

14 一、遥感平台 1.地面平台 3)遥感塔

15 一、遥感平台 1.地面平台 4)遥感车 “3S”车载移动测量系统——LD 2002 LD2002

16 一、遥感平台 LD2002

17 一、遥感平台

18 一、遥感平台 2.航空平台 概念：悬浮在海拔80km以下的大气（平流层、对流层）中的遥感平台。
特点：航空平台的飞行高度较低，地面分辨力较好，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，获得了广泛的应用。 种类：飞机和气球。

19 一、遥感平台 2.航空平台 1)飞机 经过改装用于遥感的飞机。 按高度划分： 低空平台：2000m以下（对流层下层）
对飞机的要求：平稳、直线、续航、高度、机舱容积、导航装置。

20 一、遥感平台

21 一、遥感平台

22 一、遥感平台 2.航空平台 2)气球 按其在空中的高度分为： 低空气球：对流层（12km以下），可用于人为控制、军事侦察。

23 一、遥感平台 3.航天平台 航天平台是航天遥感时运载遥感器的工具，是航天遥感的重要组成部分。
航天遥感可以对地球进行宏观的、综合的、动态的和快速地观察。 类别：主要有高空探测火箭、卫星、航天飞机。

24 一、遥感平台 3.航天平台 1)高空探测火箭 飞行高度一般可达300km~400km，介于飞机和卫星之间。
优点: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，可对小范围地区进行遥感活动。 缺点:由于火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器， 且付出的代价较大，取得的资料不多，所以火 箭不是理想的遥感平台。

25 一、遥感平台 3.航天平台 2)卫星 根据其服务的对象将航天遥感分为： 气象卫星系列 陆地卫星系列 海洋卫星系列

26 一、遥感平台 气象卫星

27 一、遥感平台 3.航天平台 特点：连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况 气象卫星的应用领域: ① 天气分析与气象预报
② 气候研究与气候变迁的研究

28 一、遥感平台 3.航天平台 陆地卫星 以探测陆地资源为目的的卫星叫陆地资源卫星。 美国Landsat卫星 法国SPOT卫星
中国巴西CBERS卫星 印度IRS卫星 美国IKONOS卫星 美国Quickbird卫星 美国Worldview卫星 中国环境一号卫星 美国Modis卫星 中国天绘一号

29 一、遥感平台 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 Landsat7 近圆太阳同步 705km 98.2° 16天

30 一、遥感平台 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 SPOT 6 近圆太阳同步 698km 98.7° 26天(2-3)

31 一、遥感平台 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 CBERS-02C 近圆太阳同步 780km 98.5° 55天(3-5)

32 一、遥感平台 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 HJ-1 近圆太阳同步 649km 97.9° 31天(2/4)

33 一、遥感平台 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 IKONOS 近圆太阳同步 681km 98.1° 14天

34 一、遥感平台 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 SPOT 6 近圆太阳同步 698km 98.7° 26天(2-3) 卫星 轨道类型
CBERS-02C 近圆太阳同步 780km 98.5° 55天(3-5) 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 资源三号 近圆太阳同步 506km 97.4° 59天(3-5) 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 IKONOS 近圆太阳同步 681km 98.1° 14天 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 Landsat7 近圆太阳同步 705km 98.2° 16天 卫星 轨道类型 高度 倾角 重复周期 HJ-1 近圆太阳同步 649km 97.9° 31天(2/4)

35 一、遥感平台 3.航天平台 陆地卫星特点 轨道与太阳同步的近极地圆形轨道。即卫星通过每点的地方时相同。
北半球中纬度地区上午成像，太阳高度角为25-30度。 旁向重叠度随纬度的增大而增大，如纬度40度处重叠34%，纬度80度处重叠80%。

36 一、遥感平台 IRS卫星-印度 卫星 IRS-1A IRS-1B IRS-1C IRS-1D IRS-P2 类型 太阳同步极轨近圆形
高度/km 905 904 817 736/825 倾角/(°) 98.8 99.1 98.7 降交点时间 10:30a.m. 10:45a.m. 10:15a.m. 周期/min 103 103.1 101.4 101 102.3 重复周期/d 24 24(下视) 5(侧视) 印度IRS卫星共4个系列卫星： IRS-1，陆地探测卫星 IRS-2，海洋和气象卫星 IRS-3，SAR卫星 IRS-P，陆地探测卫星

37 一、遥感平台 海洋卫星 海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。 海洋的特殊性：面积大，反射强，海水透明性差异等。 ① 需要高空遥感平台，以进行大面积同步覆盖观测； ② 以微波遥感为主; ③ 需海面实测资料的校正。

38 ERS-1 European remote sensing satellite
一、遥感平台 ERS-1 European remote sensing satellite 1991年发射，主要安装了微波遥感器，进行海洋、海冰、海风、环流观测。使用高分辨率雷达对地观测。（30m）

39 一、遥感平台 系统 发射时间 波段 极化 图幅宽度（KM） 分辨率(m) 重复周期(天) 轨道 精度 (cm) 接受模式 国家 ERS-2
1995 C VV 100 25 35 30 Stripmap 欧洲 RADASAT1 10-500 24 >100 ScanSAR 加拿大 ENVISAT（已停） 2002 20 ALOS（已停） 2006 L Full 40-350 46 日本 TerraSAR-X 2007 X 1-3-16 11 10 Spotlight 德国 Cosmo-skymed X,L 1-3-15 1-16 意大利 RADASAT2 3-100 1-24 环境小卫星C星 2012 S 40 5 31 中国

40 一、遥感平台 3.航天平台 3)航天飞机 航天飞机是一种灵活、经济的航天平台。
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。

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44 一、遥感平台 3.航天平台 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 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 获取影像时的光照条件

45 二、卫星轨道参数 1.开普勒定律 2.卫星轨道参数

46 二、卫星轨道参数 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) - R HB = a (1+e) - R A B

47 二、卫星轨道参数 1.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。

48 二、卫星轨道参数 1.开普勒定律 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 = *10-8分钟2/公里3，称为开普勒常数 R = 6378km地球半径（极半径，赤道半径6357） Hi = (HA+HB)/2，是卫星离地平均高度 T 周期，单位分钟

49 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 轨道参数（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？

50 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 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

51 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 轨道长半径 a 卫星轨道远地点到椭圆中心的距离。 a

52 二、卫星轨道参数 A．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力的图像。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）。

53 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 轨道偏心率e a和e共同确定了轨道的形状。
采用近圆形轨道，卫星运行速度均匀，便于曝光时间的控制和获取全球范围内比例尺趋于一致的图像。 a和e共同确定了轨道的形状。

54 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 卫星轨道倾角i 卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角。 远地点 近地点 i

55 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 i = 0º 赤轨卫星 0º<i <90º 顺轨卫星 i = 90º 极轨卫星
卫星在地面的投影点（或卫星和地心连线与地面的焦点），用地理经、纬度表示。

56 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 升交点赤经Ω 升交点是卫星由南向北运行时与地球赤道面的交点。 降交点卫星由北向南运行时与赤道面的交点。
卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。 远地点 降交点 升交点 近地点 春分点 方向 升交点是卫星由南向北运行时与地球赤道面的交点。 降交点卫星由北向南运行时与赤道面的交点。

57 二、卫星轨道参数 春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。 黄道面：地球公转一周形成的平面。 天球：以地球中心为圆心，半径无限大的球体。
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 E3 E1 E4 E2 黄道面：地球公转一周形成的平面。 天球：以地球中心为圆心，半径无限大的球体。 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”。

58 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 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。

59 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 近地点焦距ω Ω、ω确定了轨道面与地球之间的相关位置。 卫星轨道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。

60 二、卫星轨道参数 2.卫星轨道参数 近地点时刻t 近地点时刻：卫星过近地点的时间。 t可确定任意时刻卫星在轨飞行的空间位置。

61 二、卫星轨道参数 六个元素中，a、e确定了轨道的大小和形状；i、Ω、ω确定了轨道面在空间的位置；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。

62 二、卫星轨道参数 其他卫星参数 卫星速度 卫星运行周期 卫星高度 同一天相邻轨道间在赤道处的距离 每天绕地圈数 重复周期

63 三、陆地卫星轨道特征 回归轨道 准回归轨道 圆形轨道 椭圆轨道 太阳同步轨道 非太阳同步轨道 近地轨道 静止轨道 非静止轨道 地球同步轨道

64 三、陆地卫星轨道特征 太阳同步轨道 回归轨道 卫星每天以整圈N经过同一地点。 准回归轨道 卫星每隔N天以整圈N经过同一地点。

65 三、陆地卫星轨道特征 地球同步轨道 当卫星运行的周期等于地球的自转周期（即一个恒星日，86164.1秒）的轨道称为地球同步轨道。
恒星日：春分点两次经过同一子 午圈所经历的时间间距。

66 三、陆地卫星轨道特征 地球同步轨道 依据开普勒第三定律，要求轨道的高度h=35,786,103m。当轨道面倾角i=0时，从地面一点看上去，卫星在赤道上空一点静止不动，这种轨道叫静止轨道。 Geostationary orbits 静止轨道可以长时间观测特定的区域，广泛应用于气象卫星和通讯卫星，但他们仅能观测地球范围的一部分。

67 三、陆地卫星轨道特征 1、近圆形轨道 以Landsat为例 与偏心率e有关，轨道高度变化在905-918km之间，偏心率为0.0006。
使得在不同地区获取的影像的比例尺接近一致。 使得卫星的速度近于匀速，便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接的现象。

68 三、陆地卫星轨道特征 2、近极地轨道 i 与轨道倾角i有关，设计为98.2°。 有利于增大卫星对地面总的观测范围。
利用地球自转并结合轨道运行 周期和图像刈幅宽度的设计， 使得观测范围可达到南北纬 i度之间。 远地点 近地点 i

69 三、陆地卫星轨道特征 3、与太阳同步轨道 卫星轨道的平面绕地球自转轴旋转的方向和角速度与地球绕太阳公转的方向和平均角速度相同。
卫星绕地球运行形成的轨道面与太阳和地球连线之间在黄道面的一个夹角不随地球绕太阳公转而改变。 有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测。 有利于卫星在固定的时间飞临地面接收站上空.

70 三、陆地卫星轨道特征 4、可重复轨道 与卫星运行周期密切相关。 有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测。
时间分辨率：对同一个地点进行相邻两次 观测的最小时间间隔。

71 小 结 1. 遥感平台 地面平台 航空平台 航天平台 2. 卫星轨道参数（6个） 3. 陆地卫星轨道特征 预习：遥感传感器