遥感技术与应用4航天遥感及其资料重做.ppt

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1、第四章,航天遥感及其遥感资料Spaceborne Remote Sensing&its Data,一、简 史 1957年10月4日，前苏联成功发射一世界上第颗人造地球卫星“卫星1”，宣告航天新纪元的开始。到2010年末，全球共发射约5700个航天器（包括人造地球卫星、月球无人探测飞船、高空探测火箭、卫星式载人飞船、航天空间站、航天飞机.)，中国占1.2%1959年10月6日,前苏联发射的“月球-3”实现绕月球飞行，第一次拍摄了月球的图像，标志着航天遥感时代的开始，航天遥感又分为对天遥感和对地遥感。目前，美、俄、中、法、德、日、印度、巴西、以色列、朝鲜等少数国家拥有自行研制和发射人造卫星的能力。

2、中国探月工程原总指挥栾恩杰院士认为，中国的水平是“二锅头”（即第二梯队中领头）,第一节航天遥感概述,中国导弹的水平？,航天技术、卫星技术及火箭技术极易移植到导弹上来，那中国的导弹水平如何？制空权靠空战，而其武器就是空空导弹。第四代空空导弹的主要特点是打得远、打得准、打得狠，兼具抗干扰能力。同时，由于采取了超视距攻击，“过去是看见才能打，现在看不见就能打”。空空导弹在国防中的重要地位不言而喻，其使命就是夺取制空权。夺取制空权的概念源自海湾战争、科索沃战争、伊拉克战争等现代战争中。目前美国等国家的空空导弹属于第四代，中国也是第四代。(全国人大代表、中国空空导弹研究院总设计师樊会涛,2010)重型反

3、坦克导弹，飞航式反舰导弹世界领先，连美国都怕。弹道导弹世界领先，美国人称中国的弹道导弹有点穴之功。地空导弹也不错，出口不少。空空导弹也很先进，国外不了解，不太认可，但的确很先进，主动雷达制导，红外成像制导这些顶尖技术已经掌握。,导弹变轨技术是在弹道导弹上.弹道导弹是指在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行，关机后按自由抛物体轨迹飞行的导弹。这种导弹的整个弹道分为主动段和被动段。主动段弹道是导弹在火箭发动机推力和制导系统作用下，从发射点起到火箭发动机关机时的飞行轨迹；被动段弹道是导弹从火箭发动机关机点到弹头爆炸点，按照在主动段终点获得的给定速度和弹道倾角作惯性飞行的轨迹。而导弹变轨也就在被动段弹道

4、实施的在末端的弹头上装了个小型的火箭发动机，使在被动段弹道变轨，使拦截导弹不能够拦截.而拦截导弹就是根据你的导弹的弹道预先算好，再进行拦截的，只要你变个轨，就能躲过啦！这种技术中国早在90年代初就有.(军方称“空中芭蕾”）中国有“一箭多星技术”，只不过所谓的突破是指一箭几星以上？一箭多星就是军事上的分体式洲际导弹，一弹多头的民用形式，这项技术中国已经具备，现在公开的是一弹三星。这会大大增加导弹拦截的困难程度。,二、航天遥感的特点 1、观察范围大 航天器飞行高度远远大于航空飞机，新航天器的视野要开阔得多（站得高、看得远，可以发现大面积的、宏观的、整体特征）。2、效率高 在相同的时间内，探测的地域

5、面积更大。3、成本低 对于取得同样面积的地面资料而言，你只需花钱购买卫星数据即可，而不必组织航空飞行 4、实施动态监测 具有周期性、可重复观察 5、空间分辨力不及航空遥感 总体上看，航天遥感对地物细部的特征表现力较差，但对整体、宏观的轮廓表现力较好，但也有对地物细节表达能力强的传感器。,第二节 美国Landsat,一、概述 美国国家航空航天局NASA（National Aeronautics and Space Administration）在1967年制定了一个“地球资源技术卫星”ERTS计划，并预计发射6颗卫星。在1975年1月22日ERTS-2即将发射时，NASA将此计划更名为“陆地卫星

6、”Landsat计划。目前在轨运行是 Landsat-5，Landsat-6在1993年10月5日发射，2天后与地面失去联系而 成为“太空垃圾”，Landsat-7于1999年4月15日发射，2003年6月因太阳能电池板故障而无信号传回。Landsat已连续对地观测了30多年，积累了大量的档案数据，为人类研究地球作出重要贡献。二、Lansat轨道特征“中等高度，近圆形，近极地，与太阳同步”轨道高度在700-900km，卫星经过极地时轨道高度略低，轨道面与地心-日心连线的夹角保持恒定，因此称为同步轨道。,三、,Landsat 传感器,RBV Return Beam Vidicon（反束光导管摄像

7、机）MSS Multi-Spectral Scanner（多光谱扫描仪）TM Thematic Mapper（主题成图仪）ETM+Enhanced Thematic Mapper Plus（增强型主题成图仪+）,Landsat 携带传感器及其图像,四、Landsat的产品1 陆地卫星图像资料 Landsat的图像南北相接存在航向重叠，东西相邻两幅之间存在旁向重叠 按图像资料的片基不同，分为透明胶片（正片、负片）和相纸片 按波段不同分为 单波段的黑白图像（可以进行伪彩色Pseudo Color 增强，如Slice操作）及多波段的彩色图像（真彩色：Natural Color,假彩色：False C

8、olor)。以上图像多指“模拟图像”。2 陆地卫星磁带资料 高密度数字磁带（HDDT):每英寸可以记录1万位以上的2进制数据，但它 不能直接与通用计算机通讯，需要用磁带机进行转换。计算机兼容磁带（CCT):通用计算机可以直接“读写”磁带3 CD-ROM 地面站将经过几何粗校正和辐射粗校正的影像写入光盘分发给用户4 数据收集系统（DCS）的遥测数据资料 某些地面的自动遥测站，用地面传感器自动收集自然环境方面的数据，如 地面温度、土壤湿度、降水量、火山、地震等数据，上传给Landsat，然后 DCS将以上数据编码并实时转发给各地面站。,30mLandsat-TM NIR Image,Acquisi

9、tion Date:2003年7月10日,30mLandsat-TM False Color Image,Acquisition Date:2003年7月10日,第三节 法国SPOT卫星,一、概述,1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”（SPOT）的卫星，1986年2月22日SPOT-1由阿丽亚娜（Ariane）火箭送入太空，至今，共发射了5颗卫星，其中SPOT-5是2001年年底发射成功，其具有实时获取立体像对的能力，目前在中国大力推广其产品。其中SPOT-3于1996年11月14日与地面联系中断。轨道特征 轨道高度：822km 轨道

10、倾角：98.7度 旋转周期：101.46分 回归周期：26天,二、Spot上的传感器,1 HRV:高分辨率可见光扫描仪 High Resolution Visible2 HRVIR:高分辨率可见光中红外扫描仪 High Resolution Visible and Middle Infrared3 Vegetation:植被成像仪4 HRG:高分辨率几何成像仪 High Resolution Geometry 5 HRS:高分辨率立体成像装置 High Resolution Stereo,三、SPOT卫星图像数据特征 The characteristics of SPOTs Data,四、SP

11、OT的产品,1A级产品 包括70mm胶片、HDDT、CCT和CD-ROM上记录的影像数据，这种产品没有进行任何辐射校正和几何纠正，为SPOT的即时产品。1B级产品 包括24mm胶片、HDDT、CCT和CD-ROM为载体的影像数据，这种产品对原始数据进行了辐射和几何纠正。2级产品 包括24mm胶片、HDDT、CCT和CD-ROM记录的影像数据，采用6至9个地面控制点（GCP）进行了几何精纠正，并且把遥感影像变换到某种地图投影上，如UTM（Universal Transverse Mecator Projection）投影。3级产品 借助DEM进行了正射纠正，通过控制点可以对相同地区的两幅影像进行

12、匹配,五、SPOT-5影像的主要应用领域,波段序号 波段名称 主要应用（绿）是叶绿素反射的次高峰，区分植被类型和评估作物 长势，对水体有一定的穿透深度，干净水域能穿透 10至20米，区分人造地物类型（红）是叶绿素反射的低谷区，据此可以识别农作物类 对城市道路、大型建筑工地反映明显，可用于地质 解译，辨识石油带、岩石与矿物等（近红外）是叶绿素反射的高峰，检测作物长势，区分植被 类型，绘制水体边界，探测土壤含水量（短波红外）探测植物含水量及土壤湿度，区别云与雪（全色）2.5m分辨率，城市土地利用现状调查、城市道路 动态更新，识别大型建筑物,2.5m SPOT-PAN Image(Nanjing,2

13、002年11月7日),10m Resolution False Color Composite of SPOT-Multispectral Imagery(Nanjing,2002年11月7日),第四节 中巴资源1号卫星-CBERS(China Brazil Earth Resources Satellite),一、概述 1999年10月14日11时16分，我国在太原卫星发射中心用“长征4号乙”运载火箭成功将中国和巴西联合研制的“资源1号-CBERS-1”地球资源遥感卫星送入预定轨道。2000年3月2日，“资源1号”经过130多天的在轨测试和试运行，在北京正式交付使用，从而结束了我国没有陆地卫

14、星的历史，标志着我国资源卫星研制技术达到国际20世纪90年代的先进水平。它在我国卫星研制史上创造了多项“第一”：我国第一颗高速传输式对地遥感卫星；第一颗与国外联合研制的卫星；我国卫星研制史上携带有效载荷最多的卫星。2004年2月，CBERS-2正式接替1号星，其上携带的传感器全为中方提供。CBERS-1的主要特点：1 可替代性 CBERS-1在可行性论证时，就参照当时法国的SPOT-3和美国的Landsat-5的技术指标，波段选择与Landsat-5相近，空间分辨率与SPOT-3相近，因此能够很好地替代上述两颗卫星。2 自主性 可以不受限制地接收我国任何地方的卫星信息，自主接收、自主使用有知识

15、产权的卫星遥感数据，为我国卫星遥感在国际上争得了平等地位。在北京、广州和乌鲁木齐有3个地面接收站。3 经济性 卫星数据实行低收费，改变了许多用户买不起遥感数据的历史4 高精度、高性能的太阳同步轨道卫星公用平台,二、CBERS-1的轨道特征,卫星轨道平均高度：778Km轨道面倾角：98.50435回归周期：26天日绕圈数：14+9/26覆盖全球总圈数：373圈交点周期：100.38min降交点地方时：10:30 a.m相邻轨道间隔（赤道）：107.4Km重叠率（赤道）:4.9%相邻轨迹时间间隔：3d（东漂）,三、Sensors of CBERS&the characteristics of it

16、s imagery,第五节 气象卫星,一、美国的NOAA卫星 NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）是美国第三代气象观测卫星。第一代称为TIROS系列（1965-1969），第二代称为ITOS系列。NOAA卫星的轨道是接近正圆的太阳同步极轨道，高度为870和833Km轨道倾角为98.9及98.7，周期为101.4min。NOAA卫星的应用目的是日常的气象业务，平常有11号和12号两星在运行，每颗卫星每天至少对同一地区进2次重访，所以两颗卫星每天可以4次对同一地区进行重访。NOAA搭载的传感器：A 改进型高分辨率辐射计AVHRR

17、/2（Advanced Very High Resolution Radiometer Model/2），主要作用是：探测云的分布、地表（主要是海域）的温度分布等为目的的遥感器B 泰罗斯垂直分布探测仪TOVS（TIROS Operational Vertical Sounder），主要作用是：测量大气中气温及湿度的垂直分布多通道分光计，是高分辨率红外垂直探测仪HIRS/2（High Resolution Infrared Sounder Model 2）、平流层垂直探测器SSU（Stratospheric Sounding Unit）、微波垂直探测器（Microwave Sounding Un

18、it）的总称。TIROS-Television and Infrared Observation Satellite“泰罗斯”气象卫星,AVHRR的主要性能,地面分辨率 1.1Km（星下点）动态范围（量化等级）10bit扫描带宽度 2700 KmBand 1 0.580.68umBand 2 0.721.1umBand 3 3.553.93umBand 4 10.311.3umBand 5 11.512.5um,二、中国的风云系列气象卫星,1988年9月7日和1990年9月3日，我国用自己研制的“长征四号”运载火箭从太原卫星发射中心发射了中国第一颗气象卫星“风云一号A”（FY-1-A）和第二颗

19、气象卫星“风云一号B”（FY-1-B）,其中第二颗采用的是“一箭3星”技术。FY-1-A的轨道特征：轨道高度901Km，倾角99.1,旋转周期102.8min,每天绕地球14圈FY-1-A的传感器：两台AVHRR 地面分辨率：1.1Km（星下点）扫描带宽度：3200Km Band1:0.58-0.68um 获取白天的云图及地表图像 Band4:0.53-0.68um 获取海洋水色和陆表图像 Band5:10.5-12.5um 获取昼夜云图、海温和地表温度,FY-2气象卫星：,1997年6月10日我国在西昌用“长征3号”发射了第二代气象卫星“风云2号”（FY-2），该卫星定位在东经105赤道上空

20、35800Km,成为一颗地球静止轨道气象卫星。FY-2载有3通道可见光、红外和水汽自旋扫描辐射计、云图广播和数据收集转发器等。可见光通道（）：白天的云和地表反射的阳光信息热红外通道（）：昼夜的云和地表发射的热红外信息水汽通道（）：可获得对流层（troposphere）中上部水汽 分布信息,第六节 高分辨率商业卫星,EOS,MTPE,行星地球计划,对地观测系统,ESE,地球科学计划,平台地神(Terra),第七节 对地观测系统,Mission to Planet Earth,NASA已经制定一个循序渐进的观测和数据管理战略，以向科学家提供与地球系统科学有关的观测数据。行星地球计划（MTPE）是对

21、美国全球变化研究计划（USGCRP）的一大贡献，而EOS是雄心勃勃的MTPE计划的核心。EOS的基本要求是提供足够长时间的数据记录序列（即一个完整的太阳周期），以帮助科学家区分人类活动和自然力对地球系统的各种影响。1 地球观测系统的上午经过系列（EOS-AM系列）平台为“地神”-TERRA，主要目标是取得：有关云、气溶胶和辐射平衡及陆地生态系统特性，土地利用、土壤、陆地能量/水分，对流层化学成分，火山喷发对气候的影响等观测值2 地球观测系统的彩色卫星（EOS-COLOR系列）是继续海星（SeaStar）计划海洋宽视场传感器，主要是收集有关海洋初级生产力的数据。3 地球观测系统的气溶胶计划（EO

22、S-AEROSOL系列）4 地球观测系统的下午经过系列（EOS-PM系列1:30）收集气象数据5 地球观测系统的测高计划（EOS-ALTITUDE卫星系列）主要目标是获取海洋循环、冰盖质量平衡及相对海平面变化的高精度测量数据6 地球观测系统的化学计划（EOS-CHEM系列）研究大气化学和动力学、化学-气候交互作用，测量大气化学成分及大气海洋间化学变换与能量交换等变量7 美国国家海洋与大气局（NOAA）的气象卫星系列,目前，最感兴趣的是ASTER和MODIS，有人把它们归入高光谱遥感领域,MODIS Parameters,第八节 遥感影像的质量评价与选择,一、空间分辨率（Spatial Reso

23、lution）是指遥感影像上一个像元所对应的地面实际面积的大小，通常有3种表示方法：像元（Pixel）：指单个像元所对应的地面面积的大小，以m或Km为单位。如Quickbird的0.61米，Landsat-TM的30米，NOAA-AVHRR的1.1Km等，像元 是扫描影像的基本单位，由行、列号及对应的亮度值描述。线对数（Line Pairs）：对于摄影系统而言，影像最小单元通过1mm间隔内包含 的线对数确定，单位为线对/mm。瞬时视场（IFOV,Instantaneous Field of View）：指遥感器内单个探测元件的 受光角度或观测视野，单位为毫弧度（mrad），IFOV越小，空间分

24、辨率越高。IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小，一个IFOV内往往包含不止一种 地物覆盖类型，这就是“混合像元”（Mixed Pixel），其中包含的每一种类型称为“纯”的“终端单元”-（Endmember）。通常情况下，空间分辨率越高，识别地物的能力越强。但实际上每一目标在图像上的可分辨程度，不完全由空间分辨率决定，还与目标的形状、大小以及它周围的亮度、结构的差异有关。利用空间分辨率来选择遥感数据时，主要考虑：需要识别的地物的最小尺寸考虑大数据量对计算机存储、计算的压力考虑成本经费,二、光谱分辨率（Spectral Resolution）是指遥感器所选用的波段数量的多少、各波段的波段位

25、置及波长间隔的大小。即选用通道数、每个通道的中心波长、带宽，三者共同决定光谱分辨率。光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果就越好。光谱分辨率越高，越容易捕捉到各种物质特征波长的微小差异，便于找到那些识别不同地物类型的”诊断波谱“。所以高光谱遥感就有利于探测目标物之间波谱特征的细微差异，光谱分辨率越高，描述每个像元的特征向量维度就越高，高光谱遥感数据的维度就越高。光谱分辨率的选取要以研究地物的波谱特征为基础。三、时间分辨率（Temporal Resolution）是指遥感器重复覆盖同一地区的频率或时间间隔的长短，时间间隔越短，则说明时间分辨率越高。主要由遥

26、感平台的回归周期来决定。遥感图像的时间分辨率有助于对地物进行动态监测。根据遥感探测系统周期的长短可以将时间分辨率划分为3种类型：超短周期和短周期时间分辨率：主要指气象卫星系列，以“小时”为单位，可以用来反映一天之内的变化，如探测大气海洋物理现象、突发性灾害监测（地震、火山爆发、森林火灾、水灾等）、污染源监测，利于对变化比较剧烈的现象的动态跟踪。中周期时间分辨率：主要指资源卫星系列（Landsat、SPOT、CBERS等），以“天”为单位，可以用来反映月、旬、年内的变化。如植物的季相节律（物候历-Phenology）植物在其生长周期中，从发芽生长、开花结果到衰老死亡，它的生理、外形、结构上均会发

27、生变化，这使它的化学、物理、生物性质出现季节性变化，其光谱特征也会随之发生相应的变化。,对于农作区，物候期表现为地方农事历（Local Crop Calendar），即耕作、播种、发芽、生长、成熟、收获、休闲等季相循环周期。每个地区、每种作物都有自身的农事历，这是由作物的生长特点、地方气候、地方农业耕作方式与习惯等决定的。对此的研究，主要考虑用遥感方法进行植被研究 时“植被指数”的构建与此密切相关，如小麦遥感估产时可能选择小麦拔节到乳熟期的植被指数为最佳；Idso等提出可用植被指数继开花期后减小的速率即衰老率来估产。3 长周期时间分辨率：以”年“为单位，如湖泊的消长、河道迁徙、海岸进退、城市扩

28、张等变化缓慢的现象。对遥感数据的时间分辨率的选取影响不大。四、辐射分辨率（Radiant Resolution）遥感要识别不同的目标和现象，最终依赖于探测器获取的目标间亮度的差异，有两个前提条件：一是地面景物间本身必须有充足的对比度，二是遥感器必须有能力记录下这个对比度。辐射分辨率是指遥感器所能识别的地物间最小辐射度差，辐射度差越小则说明该传感器越灵敏，这主要取决于传感器生产厂家的技术水平。遥感影像上辐射分辨率表现为：量化等级（Bit数），如TM或ETM+是28，Quickbird是211，NOAA的AVHRR是210,ASTER可以到212 辐射分辨率越高，则遥感图像中每个像元存储时所需要的字节数就越多，目标间能被区分开来的可能性就越大，图像质量就越高。考虑：图像的质量、数据量、成本等。,