空间对地观测.ppt

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1、空间探测与天线组阵技术,航空航天学院,上课地点：B202教室 上课时间：1-10周 9-11节 单位：航空航天学院 教师：王玉文 电话：13908015631 E-mail： 办公地址：研究院大楼2楼211室,第一章 空间对地观测（4学时） 第二章 中高层大气探测（4学时） 第三章 电离层与磁层探测（4学时） 第四章 太阳观测与太阳系探索（2学时） 第五章 测试基础理论与技术（6学时） 第六章 天线组阵基础理论（8学时） 第七章 天线组阵技术及应用（8学时） 第八章 天线技术的发展（4学时）,空间探测课程目录,教材及主要参考书目,教 材： 1. 焦维新 编著，空间探测，北京大学出版社，2002

2、； 2. (美) David H编著, 李海涛译, 深空网的天线组阵技术，清华大学出版社，2005； 参考书： 1. 周立伟 主编，目标探测与识别，北京理工大学出版社，2004 2. 张光义 编著，空间探测相控阵雷达，科学出版社，2001,考核方式与成绩评定,考核方式：开卷考试 成绩评定：考试成绩（70）+ 平时成绩（30） 其中平时成绩包括出勤率、习题作业和研究（设计）报告。,第一章 空间对地观测,1.1 概述 1.2 遥感基础 1.3 主要的空间对地观测系统,1.1 概述,1.1.1 空间对地观测的对象和意义 对象: 空间对地观测的对象是地球的陆地、海洋和低层大气(对流层顶以下) 。 意义

3、: 对陆地、海洋和低层大气进行观测, 涉及到资源调查、海洋监测、环境监测、军事侦察和气象观测。,通过以航空、航天平台为载体的遥感技术，获取地球系统的数据与信息。,对地观测系统,各种飞行器可达到的高度,大气的垂直分层,12,回顾：低空侦察飞机 P2V,13,回顾：低空侦察 P2V-5型飞机,14,回顾：击落台湾国民党空军P2V飞机,15,回顾： U2高空侦察机,16,美首款航母起降X47B隐形无人机,17,美国全球鹰无人机空中飞行,18,美国全球鹰无人机空中飞行,19,美国全球鹰无人机空中飞行,20,美国全球鹰无人机空中飞行,天-空-地一体化遥感平台,遥感平台： 遥感平台：遥感中搭载传感器的工具

4、统称为遥感平台（Platform） 目前，平台成熟且能服务于综合应用的主要有： 航天遥感平台 航空遥感平台 地面移动遥感平台,1.1.2 空间对地观测系统概述,空间对地观测系统的核心是对地观测卫星。现已形成四大基本类型： 1. 新型地球观测系统(EOS)、 2. 地球资源卫星、 3. 气象卫星、 4. 侦察卫星。 目前，小遥感卫星系列, 高空无人机得到很大发展，在未来的对地观测中将发挥越来越大的作用。,25,1 新型对地观测系统,EOS（Earth observation System）卫星是美国对地观测系统计划中一系列卫星的简称。该系列卫星主要由三颗卫星组成，分别是Terra，Aqua，和A

5、ura,LANDSAT系列（美国） SPOT系列（法国） IKONOS系列（美国） IRS系列（印度） CBERS（中巴）,3 中国风云2号卫星,中国的地球静止轨道气象卫星.1997年6月10日中国用长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心首次发射成功.主要任务是获取白天可见云图,昼夜红外线和水汽云图;从分布广泛的气象,海洋,水文数据收集平台获取观测数据;播发展宽数字图像广播,低分辨率云图广播和S波段天气图广播资料,收集空间,环境监测数据.,3 气象卫星,4 侦察卫星,4 侦察卫星,1.2.1 遥感及其分类 空间对地观测的基本方法是遥感。 遥 感 的 概 念 广义：遥感泛指各种非接触的、远距离的探测

6、技术。 狭义: 基于空间平台的，通过电磁波观测地球，获取地表信 息。是对地观测系统、对地观测理论与对地观测方法 的总称。 组成：遥感技术系统由遥感平台、遥感器，以及信息接收、 处理与分析应用等部分组成。,1.2 遥感基础,传感器,能量来源,大气层,地物,接收系统,数字化分析,可视化分析,应用,遥感过程示意图,遥感信息的获取、传输、处理、判读分析和应用的全过程。,电磁波特性,信息获取,信息接收,信息处理,信息应用,1.2.1 遥感及其分类,遥感器,被动方式,主动方式,非扫描方式,扫描方式,非成像方式,成像方式：遥感相机,光谱仪,辐射计,其他,光机扫描,电子束扫描,自扫描,推扫式扫描,非扫描方式,

7、扫描方式,激光测距仪,雷达高度计,扫描辐射计,合成孔径雷达,制图仪,推扫式CCD相机,多光谱扫描仪,1.2.2 可见光与红外遥感 1. 可见光遥感 1) 波长0.4 0.7 m，为大气的主要透射光谱段； 2) 感光胶片或光电探测器件作为感测元件,以摄影方式为主； 3) 利用一对相机可以获得立体成像，测量高程； 目前分辨率一般为110米量级，特殊侦察卫星可达0.1米。,1.2.2 可见光与红外遥感 2. 红外遥感 1）红外遥感谱段 近红外：波长0.763.00 m，主要来自地物反射太阳能量； 中红外：波长3.006.00 m，其中3.0-5.5 m 为大气窗口，探测：高温辐射源辐射，如监测火山活

8、动、森林火灾等； 远红外：波长615m，814m为大气窗口，探测地球表面物质自身辐射的主要谱段。 热红外：（中、远红外）3-14m谱段，地物在常温下热辐射的绝大部分能量位于此波段； 中、远红外具有昼夜工作的能力，对于夜间侦察、叶绿素含量与生物量估算、水体热污染、地热与地下水勘探，具有特别重要的意义。,电磁波谱,微 波,0.3 m,1.0 m,3.0 m,10.0 m,1 mm,1 cm,1 m,波长单位之间的换算关系为：1mm = 1000m; 1m = 1000nm,可划分为: 射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波及无线电波都是电磁波,把电磁波在真空中的波长按或频率按递增或递减顺序排列

9、,就构成了电磁波谱,可见光,红外,微波,电磁辐射,能够发射电磁波的物体称为电磁辐射源，以电磁波的形式从物体向外发射电磁能量的过程，称为电磁辐射。 对遥感而言，电磁辐射源有太阳、地球和人工辐射源三种情况。,2）红外遥感类型 (1) 红外辐射计 对物体的红外辐射进行绝对测量，可推算出物体的温度。 组成：光学机械扫描系统、红外元件及致冷器、电子系统、电光转换系统、成像光学扫描系统、记录系统等； 定标：仪器内装有1-2个温度已知的参考黑体辐射源； 常用的红外元件有锑化铟、碲镉汞和热敏电阻等。 (2) 红外夜视系统 利用光电变换器件，将红外辐射转换成可见光的一种成像 系统。 (3) 热图像 依靠目标和背

10、景的不同辐射来成像。反映了被摄景物中温 度与辐射率的差别，包含了被摄景物的温度信息。 偏振计（偏振遥感）增加偏振镜，使之只允许通过某一振动方向的偏振光的遥感器。,星载传感器 光学卫星： GeoEye-1 0.41m IKONOS 1m Cartosat-1（IRS-P5） 2.5 m；Cartosat-2（印度）全色1m QuickBird 0.61m RapidEye 5个波段的多光谱影像，原始分辨率6.5m德国 ALOS 2.5m 日本 KOMPSAT-2 韩国阿里郎卫星，1m全色以及4m多光谱 WorldView-2 0.5m 美国DigitalGlobe公司 ZY-2 2.36m 3-

11、5m 雷达卫星： COSMO-SkyMed 1m TerraSAR X 德国 1 m Radasat-1 7种模式、25种波束，具有10 m-100 m多种分辨率 Radasat-2 加拿大 3 m,高分辨率遥感新型传感器,高分辨率遥感新型传感器,航天遥感平台 数码相机 单面阵数码相机：EQ-90mm-CLR 多面阵数码相机：DMC、UCD 三线阵数码相机：ADS40,EQ-90mm-CLR 单面阵航空数码相机获取的是彩色影像。影像幅面小，通常为4k x 4k或3k x 4.5k左右。但其影像的分辨率高，当摄影比例尺为1：18000，航高3050米时，其影像分辨率达到0.16m，影像清晰度高于

12、IKONOS影像（1.0m）和QuickBird影像（0.61m）。有的系统还装有高精度全球定位系统GPS和惯性测量装置IMS，可提供较高精度的影像外方位元素。相机无框标，但像元行列排列非常规则。,DMC、UCD 均由4个（全色波段）相机构成大幅面黑 白影像和4个（红、绿、蓝红外）多光波 构成大幅面彩色影像。,ADS40 （1）高度的区域覆盖能力 （视场角, 宽度） （2）高精度和准确度（空间的和放射性的） （3）多光谱影像 （4）线性传感器特性 （5）立体成像能力 （6）直接的数字工作流程 （7）可负担的传感器,1.2.3 微波遥感 波长为11000mm的电磁波。 1. 微波遥感的特点： (

13、1)微波遥感不依赖于太阳辐射。被动微波遥感系统接收的是目标自身的热辐射，主动微波遥感记录的是系统发射 的并被目标散射返回的电磁波。 (2)微波能穿透云层。当波长大于4 cm时，水云和雨影响可以忽略，波长小于2 cm时，云层作用显著，可对云层进行分析。 (3)微波辐射对植被具有一定的穿透性。穿透能力不仅与波长有关，而且还与植被类型、植被含水量和植被空间分 布密度等有关，可用于分析植被类型、含水量、密度等。 (4)微波辐射对地表具有一定的穿透性。可用于分析土壤、松散沙层、干燥冰雪等。,微波遥感,微波遥感也称雷达遥感，利用微波探测获得的图像也称雷达图像。雷达（Radar）意为无线电测距和定位。雷达是

14、由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。,7.1概述,微波是指波长1mm1m(即频率300MHz30GHz)的电磁波。,微波波段的划分,常用的微波波长范围为0. 830厘米。其中又细分为Ka、K、Ku、X、C、S、L等波段。 ERS及RADARSAT利用C波段，日本的JERS利用L波段。C波段可以用来对海洋及海冰进行成像，而L波段可以更深地穿透植被，所以在林业及植被研究中更有用。,但是上述系统十分复杂和繁琐，很难使用. 因此它被合理的系统替代了。新的系统就是按波长的长短从A排到K。 老的 P-波段

15、 = 新的 A/B 波段 老的 L-波段 = 新的 C/D波段 老的 S-波段 = 新的 E/F 波段 老的 C-波段 = 新的 G/H 波段 老的 X-波段 = 新的 I/J 波段 老的 K-波段 = 新的 K 波段 现在的雷达波段如下：,微波传感器分类,（一）非成像传感器,微波散射计：测量地物散射或反射特性。 雷达高度计：测量目标物与遥感平台的距离。,机载散射计,机载海洋雷达高度计,它能给出，海洋波高、海面风速、平均海平面高度、海深特征、海盆、海流、海洋潮汐和海底地形等重要信息。频段包括:X，Ku。,（二）成像微波传感器,微波辐射计：主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。由于地

16、面物体都具有发射微波的能力 , 其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图 , 对地面物体状况的探测很有意义。,侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面 , 发射一个窄的波束 , 覆盖地面上这一侧面的一个条带 , 然后接收在这一条带上地物的反射波 , 从而形成一个图像带。随着飞行器前进 , 不断地发射这种脉冲波束 , 又不断地接收回波 , 从而形成一幅一幅的雷达图像。,SLR（side-looking radar）,合成孔径雷达（SAR， synthetic aperture radar）：合成孔径雷达与侧视雷达类似 , 也是在飞机或卫星平台

17、上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元 , 每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。,要分辨沿运动方向的点用(短)小天线很难实现，但是，如果飞行器在运行当中发射一系列脉冲，并且记录回声的振幅和相位，则这些回声信号可以组合，结果相当于这些信号同时从一个很大(长)的天线发射出来。这个方法相当于“合成”了一个远远大于实际天线（也远远大于飞行器长度）尺度的天线。,侧视雷达系统（SLR）,雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。由于系统与地物距离不同

18、，同时发出的脉冲，接收的时间不同。,SLR中的天线称之为真实孔径雷达（RAR，real aperture radar）。,一、工作原理,遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图像扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来,A入射角; 视角; C斜距; D地距; 俯角； E 近射程; F 远射程,E,F,在侧视方向的分辨率距离分辨率 rp=c /2sin -脉冲持续期（脉冲宽度）， -视角，c-光速,二、距离分辨率和方位分辨率,二、距离分辨率和方位分辨率,沿航线方向的分辨率方位分辨率 ra= *R

19、-波束宽度或波瓣角， R-天线到该像元的倾斜距离 =/l, -波长，l-天线长度,合成孔径雷达,合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）, 也是侧视雷达。 基本原理：利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术，产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观测精度。 在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处理过程联系在一起。 在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同，相位和强度不同，形成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象。,侧视雷达图像的几何特征,斜距图像的比例尺变化。斜距显示的近距离压缩，而远射程的地面部分则伸长，形成几何失

20、真。 透视收缩(Foreshortening )和雷达叠掩(Layover)：前者指有地形起伏时，面向雷达一侧的斜坡在图像上被压缩，而另一侧则延长。由于透视收缩，导致前坡的能量集中，显得比后坡亮。后者指观测角度进一步减小时，斜坡顶部反射的信号比底部反射的信号提前到达雷达。在图像上显示顶部与底部颠倒。 背坡影像和雷达阴影（shadow）：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不到，产生阴影。,侧视雷达信息特点,对松散沉积物的表面结构反映明显 对与水有关信息的识别能力更强 对居民点及线性地物的表现尤为明显,小结： 常见的微波遥感器 (1) 微波辐射计：是测量目标物微波辐射的高灵敏度微波接收机，它所接收

21、到的微波辐射本质上目标物自身热辐射 和散射的微波部分。所探测的主要物理量是温度。 (2) 微波高度计：是一种主动微波遥感器（雷达），利用回波测量垂直高度。可以研究海平面、海浪、大地水准 面，进一步研究地壳（月球和行星壳层）厚度。 (3) 雷达与侧视雷达：雷达能够测量距离、速度和方位, 从回波的强度还可以识别目标的性质。 1)活动天线雷达系统通过天线的旋转对四周进行成像探测扫 描，最常见的是旋转天线雷达。 2)侧视雷达：雷达波束射向航向侧面的成像系统。随着飞行 器的运动，可以形成一个与航线平行的长条带状雷达图像。 (4)合成孔径雷达：利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的 真实天线孔径用数据处理的

22、方法合成一较大的等效天线孔径 的雷达。,1.2.4 遥感器的扫描方式 1. 光机扫描 由于飞行器的飞行实现了一维扫描，此时只需光机扫描仪在垂直于飞行的方向实施另一维扫描。 (1) 用机械传动光学扫描部件来完成单元或多元列阵探测器对目标的二维扫描。 (2) 物面扫描：小视场的望远物镜系统，由物镜运动对整个总视场以瞬时视场为单位进行扫描取样，常用：平面反射镜、多面体反射棱柱、棱镜等。 (3) 像面扫描：大视场高像质的物镜，把总视场内的景物成像在像面上，然后用光机扫描或移动探测器的方法使探测器在像面上逐点取样目前遥感器大都采用物面扫描。,1.2.4 遥感器的扫描方式 2. 推扫式扫描 (1) 线阵传

23、感器，利用卫星运动推进扫描。 (2) 元件接受光照时间长，无机械运动部件，系统可靠且噪 声低，因此在各种先进的遥感器中均使用这种扫描方 式 (3)常用三线阵扫描，实现高度探测。 3. 串联扫描 在热成像系统中采用多元探测器阵时，扫描方向与多元列阵排列方向一致的扫描技术 作用：提高信噪比。 4. 并联扫描 扫描方向与多元列阵排列方向垂直的扫描技术用元探测器进行并联扫描，一次可同时扫出条扫描线，完成一帧图像 5. 串并联扫描 使用焦平面列阵进行的扫描。,1.3.1 地球观测系统 地球观测系统(EOS)是美国行星地球使命计划(MTPE)的核心部分，它由一系列极轨卫星组成，这些卫星长期观测陆地表面、生

24、物圈、固体地球、大气层和海洋。 （1）地球观测系统上午平台(EOS-AM) （2）地球观测系统下午平台(EOS-PM) （3）地球观测系统的化学计划(EOS-CHEM) （4）冰、云和陆地地形卫星(EOS-ISESat) （5）太阳辐射和气候实验卫星(SORCE),1.3 主要的空间对地观测系统,67,EOS对地观测系统,EOS（Earth observation System）卫星是美国对地观测系统计划中一系列卫星的简称。该系列卫星主要由三颗卫星组成，分别是Terra，Aqua，和Aura,68,Terra卫星,Terra(EOS-AM1)，极地轨道环境遥感卫星，于1999年12月18日成功

25、地发射，是美国国家宇航局(NASA)地球行星使命计划中总数15颗卫星的第一颗，也是第一个提供对地球过程进行整体观测的系统。其主要目标是实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信息，进行土地利用和土地覆盖研究、气候季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和变化研究以及大气臭氧变化研究等，实现对地球环境变化的长期观测和研究。 Terra卫星上载有下列五种对地观测仪器： 先进的空间热辐射反辐射计（ASTER） 云和地球辐射能量系统（CERES）（两个相同的扫描器） 多角度成像光谱辐射计（MISR） 中分辨率成像光谱

26、仪（MODIS） 对流层污染探测装置（MOPITT）,69,Aqua取自拉丁文，意思是“水”。 这颗卫星主要使命是研究地球水循环，它的观测结果有望增进科学家对全球气候变化的了解，并可用来进行更准确的天气预报。 按计划，卫星上的个科学仪器将对地球海洋、大气层、陆地、冰雪覆盖区域以及植被等展开综合观测，搜集全球降雨、水蒸发、云层形成、洋流等水循环活动数据。利用这些数据，科学家们可以更深入地研究地球水循环和生态系统的变化规律，从而加深对地球生态系统与环境变化之间相互作用关系的理解。该卫星还可以对地球大气层温度和湿度、海洋表面温度、土壤湿度等变化进行更精确的测量，有关测量结果在天气预报上据认为有重要价

27、值。 “阿卡”是美国宇航局发射的第二颗“地球观测系统”系列卫星。,Aqua卫星,70,由美国喷射推进实验室研制而成的AURA地球观测卫星在经历三次发射延误之后2004年7月15号终于发射成功。美国宇航局的这颗卫星称为“先兆”（Aura），目的是研究大气成分，测定污染物的移动和平流层臭氧的恢复情况以及对气候变化的影响。该卫星将定点于700公里高度，计划运行寿命为6年。这次发射为宇航局地球观测系统的卫星系列中的第一次，此外，还有陆地（Terra）卫星及水（Aqua）卫星等一起组成地球观测卫星系列。Aura卫星的重要功能之一是了解局地的空气污染将如何影响全球大气，同时探明全球大气化学成分及气候变化如

28、何影响局地空气质量的。,Aura卫星,LANDSAT系列（美国） SPOT系列（法国） IKONOS系列（美国） IRS系列（印度） CBERS（中巴）,日本ALOS卫星,ALOS采用了先进陆地观测技术，能够获取全球高分辨率陆地观测数据，主要应用目标为测绘、区域环境观测、灾害监测、资源调查等领域。 ALOS卫星载有三个传感器： 全色遥感立体测绘仪（PRISM），主要用于数字高程测绘； 先进可见光与近红外辐射计2（AVNIR2），主要用于陆地和沿海地区观测 相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR），是一主动式微波传感器，它不受云层、天气和昼夜影响，可全天候对地观测，比JERS-1卫星所携带的S

29、AR传感器性能更优越。 。,日本 JERS-1卫星,JERS-1日本宇宙开发事业团于1992年发射。用于国土调查、农林渔业、环境保护、灾害监测。星上传感器SAR。,卫星参数： 太阳同步轨道 赤道上空高度：568.023公里 半长轴：6946.165公里 轨道倾角：97.662o 周期：96.146分钟 轨道重复周期：44天 经过降交点的当地时间：10：30-11：00 空间分辨率：方位方向18米 距离方向18米 幅宽：75公里,EROS-A卫星（以色列）,2000年12月5日以色列ImagSat International公司发射的第一颗地球资源观测卫星EROS-A。,EROS-B卫星,200

30、6年4月25日以色列ImageSat International公司通过俄国Start-1转换发射器成功发射第二颗地球资源观测卫星EROS-B。在EROS-A的基础上设计，与EROS-A构成了高分辨率卫星星座，由于两颗卫星影像获取时间不同 EROS-A：10:3015分； EROS-B：14:0015:00,EROS-A卫星主要应用于制图（1：10，000）、住宅用地规划和监测、基础设施规划和监测、灾害及生态监测、工业监测、农业规划、地籍管理等方面。 EROS-B卫星主要应用于测绘、城市建设与规划、大比例尺遥感影像图制作、灾害评估、环境监测、军事侦察等方面。,一、SPOT影像 二、IKONOS

31、影像 三、QUICKBIRD影像 四、ORBVIEW影像 五、GeoEye-1影像 六、RapidEye影像 七、Worldview影像,OrbView影像,OrbView目前共有3颗卫星，其中Orb View-3是由美国OrbImage公司在2003年6月26日由美国加利福尼亚州范登堡空军基地发射的卫星。 轨道图像公司经营的OrbView-3号卫星携带了全色1米分辨率和多光谱4米分辨率的遥感器，可以提供高分辨率图像。,OrbView-3 是最早提供高分辨率影像的商业卫星之一。,OrbView-3影像,OrbView-3的多光谱数据可用于农作物的早期估产。,OrbView-3的立体成像能力可提

32、供3D地形影像。,GeoEye-1影像,GeoEye-1是美国的一颗商业卫星 ，于2008年9月6日 从美国加州范登堡空军基地发射； GeoEye-1轨道高度为684km,太阳同步,重访周期2-3天； GeoEye-1为当今世界上能力最强、分辨率和精度最高的商业成像卫星；,GeoEye-1 拥有达到0.41米分辨率(黑白)的能力，简单来说这意味着，从轨道采集并由SGI Altix 350系统处理的高分辨率图像将能够辨识地面上16英寸或者更大尺寸的物体。以这个分辨率，人们将能够识别出位于棒球场里放着的一个盘子或者数出城市街道内的下水道出入孔的个数。,GeoEye-1基本参数,宾西法尼亚的 Kut

33、ztown 大学,GeoEye-1影像,RapidEye影像,RapidEye卫星星座为德国所有的商用卫星，2008年8月29日，RapidEye 5颗对地观测卫星已成功发射升空，目前运行状况良好。 大范围覆盖、高重访率、高分辨率、多光谱获取数据方式，这些优点整合在一起，让RapidEye拥有了空前的优势。 日覆盖范围达400万k以上，每天都可以对地球上任一点成像 ，空间分辨率为5米 。 RapidEye是第一颗提供“红边” 波段的商业卫星，结合这5个光谱波段是适用于监测植被状况和检测生长异常的理想条件。,RapidEye主要参数,每天,RapidEye影像,Worldview影像,World

34、view-I2007年9月18日发射后在很长一段时间内被认为是全球分辨率最高、响应最敏捷的商业成像卫星。星载大容量全色成像系统每天能够拍摄多达50万平方公里的0.5米分辨率图像。,Worldview-2于2009年10月6日发射升空，运行在770km高的太阳同步轨道上，能够提供0.5米全色图像和1.8米分辨率的多光谱图像。,新增波段：海岸波段、黄色波段、红边波段、近红外2波段分辨率：0.5米 扫描宽度：最低16.4公里 侧摆：300公里仅需9秒 采集量：97.5万公里/天 平均回访速度：1.1天,轨道高度：496km 轨道类型：太阳同步 轨道周期：93min 任务寿命：7.25年 降交点地方时

35、：上午10：30 地面分辨率：0.45m(全色),这幅桂林市郊区0.5米分辨率的卫星地图是由WorldView-1卫星所拍摄。,高光谱数据是一个光谱图像的立方体(见图)，它由以下三部分组成： 1空间图像维：在空间图像维高光谱数据与一般的图像相似。 2光谱维：从高光谱图像的每一个像元中可以获得一个“连续”的光谱曲线。 3特征空间维：高光谱图像提供的是一个超维特征空间，挖掘高光谱信息需要深切了解地物在高光谱数据形成的N维特征空间中分布的特点与行为。,高光谱数据的特点,图谱合一。在获取数百个光谱图像的同时, 可以显示图像中每个像元的连续光谱。 海量数据。高光谱的波段一般都是上百个, 未来甚至能达到上

36、千。 数据冗余度大。 成像光谱仪采样间距一般都在纳米级，造成了相邻波段的高度的相关性，冗余度也随之之增加。 信噪比低。高光谱数据信噪比下降, 噪声增加。 增加了数据处理的难度。,高光谱遥感数据的最主要特点是: 传统图像维与光谱维信息融合为一体, 即“图谱合一”。,雷达卫星是载有合成孔径雷达（SAR）的对地观测遥感卫星的统称。迄今为止，已在一些发射的卫星上携有SAR，如Seasat SAR,Almaz SAR, JERS-1 SAR, ERS-1/2 SAR, 与它们搭载在同一遥感平台上还装载着其他传感器。而 1995年11月4日发射的加拿大雷达卫星（Radarsat-1）则是一个兼顾商用及科学

37、试验用途的雷达系统，其主要探测目标为海冰， 同时还考虑到陆地成像，以便应用于农业、地质等领域。,Radarsat-1,特点,（1）具有50公里，75公里，100公里，150公里，300公里和500公里的不同辐射宽度 成像能力 （2）分别为11.6MHz，17.3MHz, 30.0 MHz雷达带宽的选择性操作使距离分辨率可调 （3）SAR的全天候、全天时及能穿透一些地物的成像特点，显示出它与光学遥感器相比的优越性。,Radarsat-2,RADARSAT-2是一颗搭载C波段传感器的高分辨率商用雷达卫星，由加拿大太空署与MDA公司合作，于2007年12月14日发射升空。卫星设计寿命7年而预计使用寿

38、命可达12年。具有3米高分辨率成像能力。,ERS系列,欧洲太空总署 (European Space Agency ， ESA) 於 1991 年 7 月发射 ERS-1 卫星，於 1995 年又发射 ERS-2 卫星。目前仅余 ERS-2 卫星仍在运作。 ERS-1 及 ERS-2 是以太阳同步轨道运行。,轨道高度：780公里半长轴：7153.135公里轨道倾角：98.52o飞行周期：100.465分钟 轨道重返周期：35天每天运行轨道数：14 -1/3降交点的当地太阳时：10：30空间分辨率：方位方向30米距离方向26.3米幅宽：100公里,ENVISAT为欧洲太空总署 (ESA) 为延续

39、ERS-1/2 之地球观测任务，於西元 2002 年 3 月所发射之卫星。 ENVISAT 为一太阳同步卫星，飞行高度约 800 公里，重覆观测周期为 35 天 ( 同於 ERS2) 。,ENVISAT,TerraSAR-X系列,地球探测卫星TerraSAR-X(简称SAR-X)是德国的首颗多用途侦察卫星,也是目前世界上探测精度较高的卫星. 由于具有电子光束控制机制，对地面任一点的重复观测可达到4.5天，90%的地点可在2天内重访。,COSMO-SkyMed系列,高分辨率雷达卫星COSMO-SkyMed是意大利航天局和意大利国防部共同研发的COSMO-SkyMed高分辨率雷达卫星星座的第二颗卫

40、星，该卫星星座共有四颗卫星，整个卫星星座的发射任务于2008年底前完成。,发射时间 2007年6月8日 轨道类型 近极地太阳同步 倾角 97.86 每天圈数 14.8125圈/天 轨道周期 16天 偏心率 0.00118 近地点 90 半长轴 7003.52千米 卫星高度 619.6mk 升交点时间 6:00 A.M. 卫星数目 4 轨道定相 90,海洋船舶识别：由於水面的镜面反射成分很多,反射波的后向散射强度较弱,故很容易就能识别出在水面上的船舶.漏油监测：根据反射波的差异,可以监测海上流出的污染物.防灾地震,火山,洪水等灾害观测：与光学传感器相比,Terra SAR-X能不分天气和昼夜进行

41、摄影,因而对於紧急拍摄监测的掌握非常有效.,Cosmo-Skymed雷达卫星的分辨率为1米，扫描带宽为10公里，具有雷达干涉测量地形的能力。COSMO-SkyMed系统主要用于地中海周边地区的险情处理、沿海地带监测和海洋污染治理。是一个军民两用的对地观测系统，能够在任何气象条件下日夜观测地球。,卫星重量在500千克以下，造价从几十万至上千万美元的卫星为小卫星。它又分了四个等级：500千克100千克的为小型卫星；100千克10千克的为微型卫星；10千克1千克的为纳米卫星；而小于1千克的为芯片卫星。,2000 年 6 月 28 日，中国航天科工集团公司与清华大学、英国萨瑞大学联合研制的 50 公斤

42、的“航天清华一号”微型卫星发射成功。 该卫星不仅在有效载荷方面比同类微型卫星有明显改进，而且在平台技术上采用了三轴稳定控制，填补了中国微型卫星研制领域的空白。,小卫星星座,多颗小卫星组成星座，协同运行，数据共享，可缩短重访周期，提高卫星的观测频率。 例如：灾害监测星座 DMC，由 5-8 颗微型卫星组成，单颗卫星的重访周期是 4 天，组成星座后重访周期可缩短到 24 小时以内，因而能够提供快速反映的服务，以供政府部门和商业上的应用。 “环境与灾害监测预报小卫星星座”是中国为适应环境监测和防灾减灾新的形式和要求所提出的遥感卫星星座计划。,5.3.2 地球资源卫星 2. 欧洲空间局的资源与环境卫星

43、 ERS-1是欧洲空间局发射的首颗极轨遥感卫星，主要载荷有： (1) 主动微波仪(AMI) (2) 雷达高度计(RA) (3) 纵向扫描辐射计(ATSR) (4) 精密测距和测距速率设备(PRARE) (5) 激光反向反射器,1.3.2 地球资源卫星 2. 欧洲空间局的资源与环境卫星 ERS-2是欧空局于95年4月发射的另一颗卫星。所载的仪器与ERS-1基本上相同。它所搭载的传感器有： (1) 无源大气探测迈克耳孙干涉仪(MIPAS) (2) 掩星法全球臭氧监测仪 (3) 大气层绘图扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY) (4) 中分辨率成像光谱仪(MERIS) (5) 高级沿轨道扫描辐射计

44、(AATSR) (6) 高级合成孔径雷达(ASAR) (7) 雷达高度计(RA-2) (8) 微波辐射计(MWR) (9) 卫星集成多普勒轨道成像及无线电定位仪(DORIS) (10) 激光反向反射计(LRR),1.3.3 气象卫星系列 气象卫星可分为极地轨道气象卫星和静止轨道气象卫星两类。 气象卫星的功能可概括为以下几个方面： (1) 进行准确的天气预报 (2) 监测并预报灾害性天气 (3) 进行海洋观测 (4) 监测并预报冰雪和水文 (5) 农业方面 (6) 寻找渔业资源、引导捕鱼航线 (7) 监测森林火灾，检测土壤墒情 (8) 监测太阳爆发事件 (9) 空难和海难搜索与救援,5.3.4

45、遥感小卫星系列 1. Lewis小型遥感卫星 2. 美国新型商业遥感小卫星 3. 英国萨瑞大学的小卫星 4. 小卫星星座 5.3.5 军事侦察卫星 1. 光电成像卫星 2. 雷达成像卫星 3. 电子侦察卫星,科学卫星,用于对地球空间、行星际空间和太阳进行科学观测 种类: 地球空间探测卫星 太阳和太阳风观测卫星 空间对地观测卫星,空间站,我国的地球空间探测活动,东方红一号卫星（DFH-1）,东方红二号（DFH-2）,于1984年4月8日首次发射成功。 共研制和发射3颗东方红二号卫星。,东方红三号卫星（DFH-3）,星上有24路转发器。 服务区域包括：中国大陆、海南、台湾及近海岛屿。 于1997年

46、5月12日由长征三号甲运载火箭发射升空，5月20日16时卫星成功的定点于东经125赤道上空。,返回式一号卫星（FSW-1）,我国第一代返回式军事照相侦察卫星。 FSW-1为可见光照相侦察卫星，携带一台全景扫描相机。 卫星完成预定摄影任务后，将存放胶片的再入舱，在预定的地区回收。于1975年11月26日发射入轨，29日返回。共发射9颗。,返回式一号甲（FSW-1A）,是我国第一代军事摄影定位卫星。至今已进行了5次飞行试验，4次获得成功。 返回式一号甲卫星由返回舱和仪器舱（包括过渡段）两大部分组成。于1987年9月9日至13日进行了首颗卫星的飞行试验，安全返回。,返回式卫星(FSW-2),FSW-

47、2是我国第二代返回式卫星，迄今已成功发射了3颗。轨道寿命：1520天 。 FSW-2的底部最大直径2.2m。总长度4.64m，起飞质量25003100kg。,实践一号卫星（SJ-1）,科学探测和技术试验卫星.于1977年3月3日发射入轨,1979年5月11日卫星轨道寿命结束,星上长期工作的遥测系统一直清晰地向地面发回遥测信息。,实践二号卫星（SY-2）,采用“一箭三星”发射方案，即以实践二号为主星，加实践二号甲和实践二号乙，共3颗卫星一起发射。1981年9月20日首次发射成功。,实践四号 (SJ-4),我国发射的第一颗小卫星，主要研究空间带电粒子及其对航天器的影响。 是我国第一次发射的对空间带

48、电粒子及其效应进行探测的卫星。,实践五号卫星（SJ-5）,SJ-5号卫星是小型应用卫星 ，可用于科学试验和技术试验。 科学试验： 空间流体科学实验、单粒子效应及其对策研究、S波段高速数传发射机试验及大容量固态存储器实验。,北斗导航试验卫星（Beidou）,全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统。 第一发： 2000.10.30 第二发： 2000.12.20 第三发： 2003.5.25 已成功发射四颗北斗导航试验卫星和十六颗北斗导航卫星试，逐步扩展为全球卫星导航系统。,中国未来的空间探测,夸父计划 空间射线望远镜 月球探测第二期 空间太阳望远镜 火星探测计划 空间站科学实验项目,习题,1、名词解释：微波，距离分辨率，方位分辨率，雷达阴影 2、问答题： （1）与可见光和红外波段遥感相比，微波遥感有哪些优点？ （2）微波传感器分为非成像和成像传感器，它们各自包括哪些传感器？ （3）理解侧视雷达系统的工作原理。,