遥感平台及运行特点 .ppt
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1、第2章遥感平台及运行特点,1、遥感平台的种类2、卫星轨道参数及轨道特点3、卫星坐标、姿态的测量与解算4、几种主要的卫星及轨道参数,遥感平台-放置遥感器的运载工具。按高度:地面 航空 航天 在不同高度进行多平台遥感,可获得不同比例尺、分辨率和地面覆盖面积的遥感图像。地面平台 高度300m 波谱测试 试验研究用地物细节图像,2.1遥感平台的种类,高度 10030000m 飞机 飞艇 气球等,航空平台,在超出大气的地球 附近空间或太阳系各行 星间飞行的飞行器 高度:数百、数千、数万公里 人造地球卫星、探空 火箭、宇宙飞船、航天飞 机、太空站等,航天平台,2.2卫星轨道参数与轨道特点,春分点:黄道面与
2、赤道面在天球上的交点升交点: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近地点:卫星轨道离地球最近的点远地点:卫星轨道离地球最远的点,卫星在空间的位置和形状是由6个轨道参数来决定的。它们是:1、升交点赤经:春分点R逆时针方 向到升交点K的弧长 2、近地点角距:从升交点K沿轨道到 近地点A的角距,2.2卫星轨道参数与轨道特点,卫星轨道参数:,A,R,3、过近地点时刻 t:卫星S与近地点A间的角距,也可用卫星真近点角v表示 4、长半轴 a:轨道椭圆的长半径 5、偏心率 e:轨道椭圆的偏心率 6、倾 角 i:轨道平面与赤道平面的夹角,2.2卫星轨道参数与轨道特点,遥感中常
3、用卫星轨道参数:轨道周期、覆盖周期(重访周期)赤道轨道、地球静止轨道倾斜轨道星下点、星下点轨迹卫星速度、星下点速度、卫星平均高度同一天相邻轨道间在赤道的距离每天卫星绕地球的圈数,2.2卫星轨道参数与轨道特点,轨道周期 t、覆盖周期(重访周期)周期:卫星在轨道上绕地球一周所需的时间;覆盖周期:卫星从某点开始,经过一段时间飞行后,又回到该点用的时间。,覆盖周期(重访周期),2.2卫星轨道参数与轨道特点,赤道轨道:i0轨道平面与赤道平面重合 地球静止轨道:i0且卫星运行 方向与地球自转方向一 致,运行周期相等,2.2 卫星轨道参数与轨道特点,倾斜轨道:顺行轨道-0i90卫星运行方向与地球自转方向一致
4、-可覆盖最高南北纬度为i 逆行轨道-90i180卫星运行方向与地球自转方向相反-可覆盖最高南北纬度 为 180i,倾斜轨道,2.2 卫星轨道参数与轨道特点,星下点:卫星质心与地心连线同地球表面的交点 星下点轨迹(地面轨迹):星下点在卫星运行过程中在地面的轨迹,2.2卫星轨道参数与轨道特点,卫星速度、星下点速度、卫星平均高度根据开普勒第三定律:,2.2卫星轨道参数与轨道特点,同一天相邻轨道间在赤道的距离,2.2卫星轨道参数与轨道特点,每天卫星绕地球的圈数,例如:Landsat-1 L=2873.95km,再减去卫星每天修正=0.9863(即进动角,为满足与太阳同步而作的修正),则L=2865.9
5、18km。,对用于地球资源和环境遥感的航天平台要做到:.对全球表面进行周期性成像覆盖;.保证在卫星通过北半球中纬度地区时有最佳光照条件;.同一地点、不同日期的成像地方时间、太阳光照角基本一致。,2.2卫星轨道参数与轨道特点,轨道特点 1、近极地轨道 卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角近90度。轨道倾角越大,覆盖地球表面的面积越大。,i,2.2卫星轨道参数与轨道特点,轨道特点 2、卫星轨道近圆形 地球资源卫星的偏心率很小,例如:LANDSAT3的偏心率为0.00006.因此轨道为近圆形。作用是:获取图像有相近的比例尺;成像扫描仪具有固定的扫描频率。,i,2.2卫星轨道参数与轨道特点,轨道特点 3、
6、与太阳同步轨道:指卫星轨道平面与太阳光之间的夹角(太阳光照角)始终保持一致的轨道。在一年中进动360,即卫星轨道面相对于地球的角进动与地球绕太阳公转的角速度相等。,2.2卫星轨道参数与轨道特点,太阳同步轨道 作用(1)可使卫星通过同一纬度的平均地方时不变(2)有利于在最佳光照条件下获取高质量影像和多时相影像色调对比,2.2卫星轨道参数与轨道特点,卫星轨道如何与太阳同步?,2.2卫星轨道参数与轨道特点,轨道特点 4、可重复观测 地球资源卫星的按一定的周期运行,一个重复周期对地球扫描一次;然后,接着进行下一个重复周期。实现可重复观测。,2.2卫星轨道参数与轨道特点,卫星坐标的解算:为了测定卫星的坐
7、标,我们在知道6个卫星轨道参数的基础上,还要准确测定卫星在某点的时间。,2.3卫星坐标、姿态的测量与解算,方法有;1、利用星历参数解算 2、用GPS测定,条件:六个卫星轨道参数和卫星在该瞬间的精确时间t,卫星坐标的测定和解算 1 星历表法解算卫星坐标,(1)卫星在地心直角坐标系中的坐标,E为偏近点角,其与卫星运行t的关系为:E-esinE=n(t-T),V为卫星的真近点角,X”在轨道面内,坐标系XYZ绕Z轴旋转 XYZ X=r cosV cos+sinV sin Y=-r cosV sin+sinV cos Z=0,X在轨道面和赤道面内,坐标系XYZ绕X轴旋转i角,绕Z轴旋转角至XYZ坐标系,
8、X在赤道面内,(2)卫星在大地地心直角坐标系中的坐标大地地心直角坐标 轴与地心直角坐标X轴之间移位一个时角,(3)卫星的地理坐标,式中:B纬度;L经度;N卯酉圈半径;HD卫星大地高程,编 制 成卫 星 星 历 表,查卫 星 星 历 表,输入卫星的时刻参数,用全球定位系统(GPS)测定卫星坐标,卫星的姿态通常用 X(前进的切线方向)、Y(垂直与轨道面方向、Z(垂直与面)三轴定向表示:绕轴称滚动;绕轴称俯仰;绕轴称航偏。测量的方法有:1、红外姿态测量仪2、恒星相机测定法3、3个GPS方法,2.3卫星坐标、姿态的测量与解算,卫星姿态角 滚动-绕x轴(沿飞行方向)旋转的姿态角 俯仰-绕y轴旋转的姿态角
9、 航偏-绕z轴旋转的姿态角,红处姿态测量仪测定姿态角的方法 利用地球与太空温差达287K这一特点,以一定的角频率,周期地对太空和地球作圆锥扫描,根据热辐射能的相位变化来测定姿态角。Landsat1上的AMS,测定姿态角的精度为0.07,一台仪器只能测定一个姿态角,2 恒星摄影机测定姿态角的方法 将恒星摄影机与对地摄影机组装在一起,两者的光轴交角在100120之间的某一个角度上。,恒星摄影机,对地摄影机,至少摄取35颗五等以上的恒星,并精确记录卫星运行时刻,再根据恒星星历表,摄影机标称光轴指向等数据解算姿态角 精度15,美国在Apollo上使用的恒星摄影机测定姿态的精度达5。,使用GPS的方法也
10、能测定姿态 将三台GPS接收机装在摄影机组上,同时接收四颗以上GPS卫星的信号,反算出每台接收机上的三维坐标,进而解算出摄影机的三个姿态角。,为了提高解算精度,GPS接收机之间要有一定距离要求。,1、LANDSAT系列2、SPOT卫星系列3、EOS计划4、小卫星系列5、海洋测绘观测计划6、SAR卫星系列7、印度系列卫星8、中国系列卫星,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,.LANDSAT系列,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,“陆地资源卫星”计划:第一代 试验研究阶段 L1 1972 L2 1975 L3 1978 RBV MSS 第二代 试验研究向应用研究过渡阶段 L4 1982
11、L5 1985 MSS TM 第三代 应用研究阶段 L6发射失败 L7 1999 ETM+,1、2、3号星体,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,Landsat-5 1984年,Landsat-4 1982年,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,1999年4月15日 范登堡空军基地 设计寿命 6年 NASA从1972年开始的陆地卫星计划的最后 一颗,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,几种地球资源遥感卫星及其运行特征(续4),.SPOT-地球观测试验卫星 长方形箱体 积木式结构 由多功能平 台和有效载荷两 部分组成,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,Spot系统迄今为止已发射
12、了五颗卫星:Spot 1 1986年2月发射,目前仍在运行,但从2002年5月停止接收影像。Spot 2 1990年1月发射,至今还在运行。Spot 3 1993年2月发射,运行4年后在1997年11月由于事故停止运行。Spot 4 1998年3月发射,卫星作了一些改进。Spot 5 2002年5月发射,性能作了重大改进。,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,.美国国家航空航天局(NASA)地球观测系统EOS(Earth Observation System)EOS90年代初实施计划由10颗卫星组成,并在今后10年内陆续发射构成连续15年的数据采集系统原计划90年代中后期发射,几度因故推迟
13、,第一颗 EOS卫星EOS系统的“旗舰”TERRA(即以前的EOSAM-1)上午轨道卫星终于在1999年12月18日发射上天(TERRA 拉丁语“地球”的意思),2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,Terra卫星 sun-synchronous,near-polar,circular 轨道高度 705KM 轨道倾角 98 降交点地方时 10:30 扫描宽度 覆盖周期 16天 设计寿命 6年 一天可过境4次,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,CERES 云与地球辐射能量系统 MISER 多角成像光谱辐射计 MODIS 中分辨率成像光谱辐射计 ASTER 星载高级热辐射与反射辐射计 MO
14、PITT 对流层污染测量,Terra卫星5个遥感器载荷,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,.小卫星计划,NASA启动的新千年计划是一项由来自政府部门、产业界和学术界的技术人员合作进行空间技术研究与开发的计划,其目的是通过一系列太空飞行试验,开发21世纪的对地观测技术,其中包括开发体积更小、成本更低、性能更优的地球观测卫星系统,降低未来空间计划实施中的成本和风险。,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,地球观测1号卫星(EO1)NMP计划的第一颗卫星,地球观测1号 卫星(Earth Observatory)(EO-1)于2000年4月发射。EO1轨道高度705km,太阳同步,倾角98.2
15、0,通过赤道当地时间与Landsat 7仅相差一分钟,对全球覆盖一次周期16 天。,2.4几种地球资源遥感卫星及其运行特征,EO1卫星上的遥感器EO1的重点是开发和试验一系列先进的技术和陆地成像仪器,其中,轻型材料、高性能集成式探测器阵列及精确的波谱仪等重大技术进展将会在EO1飞行中得到验证。为了确保目前Landsat数据的连续性,EO1将携带3种遥感器,采集多波段和超多波段(高光谱)数据,与Landsat的ETM配合,用于国土资源调查与监测。EO1卫星上的三个遥感器分别是:高级陆地成像仪(ALI)、Hyperion、LEISAR 大气校正仪(LAC)。,2.3几种地球资源遥感卫星及其运行特征
16、,美国 QuickBird(Digital Globe)0.61米卫星影像 迄今为止世界上最高分辨率商业卫星(60cm)年以来已经拍摄了 480,000多景影像 卫星寿命预计 8年(可以运行到 2009)重访周期 13.5天(与纬度有关)轨道高度 450Km 轨道倾角 98 空间分辨率 全 色:0.610.72m 多波段:2.442.88m 像幅 16.516.5Km,2001.10.18发射,2.3几种地球资源遥感卫星及其运行特征,56,.海洋测绘观测计划(NEMO),海军研究实验室(NRL)“超光谱遥感技术”(HRST)计划。目标是演示一种超光谱地球成像系统,满足研 究全世界海岸地区特征对
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