目 录 第8章卫星遥感及其影像…1 S8.1卫星遥感技术系统简介」 8.1.1遥感测试系统 8.1.2星载系统 2 8.1.3地面控制一处理系统 3 S8.2 Landsat卫星及其影像 5 8.2.1 Landsat的运行特征 6 8.2.2 Landsat图像的空间信息 9 8.2.3 Landsat图像的光谱特性 13 S83SPOT卫星及其影像 .15 8.3.1SPOT的轨道特征 .15 8.3.2SPOT的成像方式 16 83.3SPOT的影像特征 .18 S8.4 CBERS卫星及其影像 .20 8.4.1 CBERS的遥感系统 .20 8.4.2 CBERS的传感器 .21 8.4.3 CBERS卫星图像的特点 .21 S85气象卫星 .22 8.5.1静止轨道气像卫星 .23 8.5.2极地轨道气像卫星. .25
目 录 第 8 章 卫星遥感及其影像 ..........................................................1 §8.1 卫星遥感技术系统简介............................................................................1 8.1.1 遥感测试系统......................................................................................... 1 8.1.2 星载系统................................................................................................ 2 8.1.3 地面控制——处理系统.......................................................................... 3 §8.2 Landsat 卫星及其影像..............................................................................5 8.2.1 Landsat 的运行特征................................................................................ 6 8.2.2 Landsat 图像的空间信息......................................................................... 9 8.2.3 Landsat 图像的光谱特性....................................................................... 13 §8.3 SPOT 卫星及其影像...............................................................................15 8.3.1 SPOT 的轨道特征................................................................................. 15 8.3.2 SPOT 的成像方式................................................................................. 16 8.3.3 SPOT 的影像特征................................................................................. 18 §8.4 CBERS 卫星及其影像...............................................................................20 8.4.1 CBERS 的遥感系统................................................................................ 20 8.4.2 CBERS 的传感器.................................................................................... 21 8.4.3 CBERS 卫星图像的特点......................................................................... 21 §8.5 气象卫星..................................................................................................22 8.5.1 静止轨道气象卫星................................................................................ 23 8.5.2 极地轨道气象卫星................................................................................ 25
8.5.3中国气象卫星 .27 S8.6新型遥感卫星简介 .29 8.6.1高空间分辨率卫星及其影像 .29 8.6.2高光谱分辨率卫星及其影像. .33 附录遥感卫星一览表 .43
II 8.5.3 中国气象卫星....................................................................................... 27 §8.6 新型遥感卫星简介..................................................................................29 8.6.1 高空间分辨率卫星及其影像.................................................................. 29 8.6.2 高光谱分辨率卫星及其影像.................................................................. 33 附录 遥感卫星一览表................................................................................... 43
第8章卫星遥感及其影像 1957年前苏联成功发射第一颗人造地球卫星，标志者人类进入了航天遥感时代。到目 前为止，包括中国在内的十几个国家己经向宇宙空间发射了数千颗人造卫星，它们广泛应 用于军事、通讯、教有、导航、天文和地球资源观测等领域，其中地球资源观测卫星遥感 体系由气象卫星、海洋卫星和陆地卫星等组成。 §8.1卫星遥感技术系统简介 卫星遥感技术系统大致包括遥感测试系统、星载系统和地面控制一处理系统三个子系 统。遥感测试系统是卫星遥感技术系统的基础，主要进行地物波谱和传感器工作波段的研 究，新型传感器的研制试验，遥感数据辐射校正及综合光谱信息研究等：星载系统包括遥 感卫星平台及传感器是遥感信息获取的重要组成部分：地面控制一一处理系统是整个卫星 遥感技术系统的核心，负责监测卫星的工作状况，及时向卫星发送各种指令，指挥星体和 传感器的工作，并负责数据的接收和处理。图81是卫星遥感技术系统示意图。本节主要 以美国的Landsat遥感卫星为例，介绍卫星遥感技术系统。 我A 星载传8器 机传感 试验场 数据接收站 数据处理中 潘感技术中心 图8-1卫星遥感技术系统 8.1.1遥感测试系统 遥感测试系统主要为基础研究测试和应用研究工作，除星体、传感器、发射、测控、 通讯等方面的基础研究外，还有四个方面的研究：1)进行卫星和航空遥感的模拟试验：2) 1
1 第 8 章 卫星遥感及其影像 1957 年前苏联成功发射第一颗人造地球卫星，标志着人类进入了航天遥感时代。到目 前为止，包括中国在内的十几个国家已经向宇宙空间发射了数千颗人造卫星，它们广泛应 用于军事、通讯、教育、导航、天文和地球资源观测等领域，其中地球资源观测卫星遥感 体系由气象卫星、海洋卫星和陆地卫星等组成。 §8.1 卫星遥感技术系统简介 卫星遥感技术系统大致包括遥感测试系统、星载系统和地面控制—处理系统三个子系 统。遥感测试系统是卫星遥感技术系统的基础，主要进行地物波谱和传感器工作波段的研 究，新型传感器的研制试验，遥感数据辐射校正及综合光谱信息研究等；星载系统包括遥 感卫星平台及传感器是遥感信息获取的重要组成部分；地面控制——处理系统是整个卫星 遥感技术系统的核心，负责监测卫星的工作状况，及时向卫星发送各种指令，指挥星体和 传感器的工作，并负责数据的接收和处理。图 8-1 是卫星遥感技术系统示意图。本节主要 以美国的 Landsat 遥感卫星为例，介绍卫星遥感技术系统。 图 8-1 卫星遥感技术系统 8.1.1 遥感测试系统 遥感测试系统主要为基础研究测试和应用研究工作，除星体、传感器、发射、测控、 通讯等方面的基础研究外，还有四个方面的研究：1）进行卫星和航空遥感的模拟试验；2）
试验遥感仪器设备的性能：3)地物波谱特性：4)遥感图像解译和应用。 为完成上述研究任务，必须建立一定数量的具有一定代表性的遥感试验区，以便进行 遥感模拟试验，检验各种仪器、设备的性能，通过地物波谱特性的研究为解译、识别和应 用提供依据，并为图像的处理提供参量。试验区有大小类型，满足某方面需要的基本试验 区，一般面积较小，几十k2左右：满足多学科、多专业和多要素试险的综合试险区，面 积较大，1万km到数万km'。美国洛杉矶试验区为一个典型的遥感综合试验区，面积达6 万km2,由三个分区组成：海拔高度1400-4300m,地貌类型齐全，包括山脉、丘陵、谷地、 平原等：具备从半干早气候到高山型气候的各类气候条件：植被覆盖面积占三分之一，类 型多样，具有从平原植被到高山垂直分布植被带的各种类型：土壤类型比较全面：地质条 件复杂、齐全，基本上包含了个地质年代的岩层和各类地质构造特征。美国在本土和巴西、 墨西哥也设立了类似的试验区。Landsat卫星的传感器MSS四个波段就是在试验区进行大 量深入的研究和观测，掌握了不同气候环境条件下各种地物的被谱特性，并进行了许多模 拟试验，才最终选择和确定的。 除了试验区的基础研究外，还可以建立观测点、观测站或遥测数据收集站，可自动观 测收集温度、湿度、雨量、风速等环境数据，并发送给卫星，为遥感图像的分析处理和校 正提供参考和依据。 我国遥感中心研究发展部于1985年在唐山建立了综合试验基地，主要任务是高空机载 遥感实用系统的各项实验研究，我国资源卫星研制、发射和运行各阶段各项实验研究，地 物波谱特性的各项实验研究，及在此基础上开展传感器最佳工作波段选择，卫星传感器地 面辐射校准方法，模拟数据生成和处理评价技术，遥感应用示范研究。我国除唐山基地外， 还有长春静月潭、山东禹城、江苏宁芜、广东珠海及新疆卓康等试验区。 8.1.2星载系统 星载系统是卫星遥感的核心部件，按照控 制系统的指令进行工作，主要接收来自地面各 种地物的电磁辐射信息，同时收集各地面数 收集站发送的信息，然后将这两种信息再发回 地面数据接收站。星载系统主要包括平台服务 系统和有效载荷两个分系统。图8-2是Landsat 的组成结构示意图。 1平台服务分系统 主要由各种服务性仪器组成，以保障星体 能在空间轨道上正常运行和准确工作。它们的 主要服务任务是： ①控制星体姿态不同类型的星体采取 不同方式控制自身的空间姿态，由测量、控制 一多光谱扫墙仪 和执行等三类设备组成。如Landsat是通过服 务舱内的红外地平扫描仪、反作用飞轮和喷气 数据收集天线 反束光导管摄像仪 咀等实现的，能使星体三轴定向的精度在 图8-2地球资源卫星Landsatl
2 试验遥感仪器设备的性能；3）地物波谱特性；4）遥感图像解译和应用。 为完成上述研究任务，必须建立一定数量的具有一定代表性的遥感试验区，以便进行 遥感模拟试验，检验各种仪器、设备的性能，通过地物波谱特性的研究为解译、识别和应 用提供依据，并为图像的处理提供参量。试验区有大小类型，满足某方面需要的基本试验 区，一般面积较小，几十 km2 左右；满足多学科、多专业和多要素试验的综合试验区，面 积较大，1 万 km2 到数万 km2。美国洛杉矶试验区为一个典型的遥感综合试验区，面积达 6 万 km2，由三个分区组成；海拔高度 1400~4300m，地貌类型齐全，包括山脉、丘陵、谷地、 平原等；具备从半干旱气候到高山型气候的各类气候条件；植被覆盖面积占三分之一，类 型多样，具有从平原植被到高山垂直分布植被带的各种类型；土壤类型比较全面；地质条 件复杂、齐全，基本上包含了个地质年代的岩层和各类地质构造特征。美国在本土和巴西、 墨西哥也设立了类似的试验区。Landsat 卫星的传感器 MSS 四个波段就是在试验区进行大 量深入的研究和观测，掌握了不同气候环境条件下各种地物的波谱特性，并进行了许多模 拟试验，才最终选择和确定的。 除了试验区的基础研究外，还可以建立观测点、观测站或遥测数据收集站，可自动观 测收集温度、湿度、雨量、风速等环境数据，并发送给卫星，为遥感图像的分析处理和校 正提供参考和依据。 我国遥感中心研究发展部于 1985 年在唐山建立了综合试验基地，主要任务是高空机载 遥感实用系统的各项实验研究，我国资源卫星研制、发射和运行各阶段各项实验研究，地 物波谱特性的各项实验研究，及在此基础上开展传感器最佳工作波段选择，卫星传感器地 面辐射校准方法，模拟数据生成和处理评价技术，遥感应用示范研究。我国除唐山基地外， 还有长春静月潭、山东禹城、江苏宁芜、广东珠海及新疆阜康等试验区。 8.1.2 星载系统 星载系统是卫星遥感的核心部件，按照控 制系统的指令进行工作，主要接收来自地面各 种地物的电磁辐射信息，同时收集各地面数据 收集站发送的信息，然后将这两种信息再发回 地面数据接收站。星载系统主要包括平台服务 系统和有效载荷两个分系统。图 8-2 是 Landsat 的组成结构示意图。 1 平台服务分系统 主要由各种服务性仪器组成，以保障星体 能在空间轨道上正常运行和准确工作。它们的 主要服务任务是： ①控制星体姿态 不同类型的星体采取 不同方式控制自身的空间姿态，由测量、控制 和执行等三类设备组成。如 Landsat 是通过服 务舱内的红外地平扫描仪、反作用飞轮和喷气 咀等实现的，能使星体三轴定向的精度在 图 8-2 地球资源卫星 Landsat1
0.7°以内，以保证卫星摄影的制图精度 ②与地面通讯联系和星上数据管理主要是接收地面指令，安排播发遥感数据，以及 保证星体内工作流程的正常进行。 ③调整轨道星体在长期轨道生活中，受到大气散逸分子、地球形状、以及各种天体 的影响，轨道会发生摄动和偏差。轨道调整系统可以通过卫星上小型火箭发动机来修正这 种误差，使星体保持原有的轨道，以保证长期进行空间遥感和重复摄影的定位精度。 ④星体内各种仪器工作状态的监测各种监测结果通时谣测谣控系统报给地面站，有 助于地面控制系统掌握遥感数据的可靠性。 ⑤电源供应星体上的电能全部由太阳能电池和蓄电池供应。如Landsat的太阳能电 池就是由1万多个小太阳能电池集合而成，分别装在两块蝶翅形的太阳帆板上，其电能可 供每圈摄影20分钟，当电能多余时，便贮在镍一镉蓄电池中。 2有效载荷分系统 有效载荷分系统包括探测器、传感器、摄影仪器和其他专用设备如数据传输、空间环 境监测和星上数据收集等星上遥感装置，是星体的主要组成部分。 传感器是获取遥感数据的关键设备，因设计和获取数据的特点不同，传感器的种类也 不同，目前遥感中所使用的传感器大体上可分为摄影类型、扫描成像类型、雷达成像类型 和非图像类型的传感器。例如，以地球资源遥感与专题制图为目的的Landsat仪器舱中， 通常以多光谱扫描仪(MSS)或专题制图仪(TM)为主要传感器：在以军事侦察为目的的 军事卫星中，以高分辨率的对地摄影机与对空摄影机为主要仪器 数据经编码、调制、变频和功放，由天线发射出射频信号，在卫星经过地面站上空时， 被地面站接收。 8.13地面控制一处理系统 地面控制一处理系统是遥感技术系统的核心。星体从发射时起，直到在空间连续运 转，地面一直需要有庞大的系统来指挥、控制、保障和配合它的工作。地面系统通常由站 网、空间控制中心、遥感数据处理与管理中心组成 1站网 卫星系统一般配有跟踪站和接收站两种站网， (1)跟踪站 跟踪站的主要任务是跟踪星体，不断对星体进行观测，将测得的卫星轨道数据及时提 供给控制中心，以计算星体空间轨道及其变化，控制卫星的运行。由于卫星定轨精度直接 与跟踪站的数量及分布有关，所以，通常在建立少数固定型永久跟踪站之后，还要根据具 体卫星发射任务均匀布设一些流动型跟踪站，以提高卫星的测轨和定轨精度。因此跟踪站 分固定型和流动型两种。 为精确测定卫星轨道，目前美国己在Landsat上配置了导航卫星全球定位系统GPS用 户终端，可以提供精度在士10m以内的三维地心坐标。 2
3 0.7°以内，以保证卫星摄影的制图精度。 ②与地面通讯联系和星上数据管理 主要是接收地面指令，安排播发遥感数据，以及 保证星体内工作流程的正常进行。 ③调整轨道 星体在长期轨道生活中，受到大气散逸分子、地球形状、以及各种天体 的影响，轨道会发生摄动和偏差。轨道调整系统可以通过卫星上小型火箭发动机来修正这 种误差，使星体保持原有的轨道，以保证长期进行空间遥感和重复摄影的定位精度。 ④星体内各种仪器工作状态的监测 各种监测结果通过遥测遥控系统报给地面站，有 助于地面控制系统掌握遥感数据的可靠性。 ⑤电源供应 星体上的电能全部由太阳能电池和蓄电池供应。如 Landsat 的太阳能电 池就是由 1 万多个小太阳能电池集合而成，分别装在两块蝶翅形的太阳帆板上，其电能可 供每圈摄影 20 分钟，当电能多余时，便贮在镍－镉蓄电池中。 2 有效载荷分系统 有效载荷分系统包括探测器、传感器、摄影仪器和其他专用设备如数据传输、空间环 境监测和星上数据收集等星上遥感装置，是星体的主要组成部分。 传感器是获取遥感数据的关键设备，因设计和获取数据的特点不同，传感器的种类也 不同，目前遥感中所使用的传感器大体上可分为摄影类型、扫描成像类型、雷达成像类型 和非图像类型的传感器。例如，以地球资源遥感与专题制图为目的的 Landsat 仪器舱中， 通常以多光谱扫描仪（MSS）或专题制图仪（TM）为主要传感器；在以军事侦察为目的的 军事卫星中，以高分辨率的对地摄影机与对空摄影机为主要仪器。 数据经编码、调制、变频和功放，由天线发射出射频信号，在卫星经过地面站上空时， 被地面站接收。 8.1.3 地面控制——处理系统 地面控制 — 处理系统是遥感技术系统的核心。星体从发射时起，直到在空间连续运 转，地面一直需要有庞大的系统来指挥、控制、保障和配合它的工作。地面系统通常由站 网、空间控制中心、遥感数据处理与管理中心组成。 1 站网 卫星系统一般配有跟踪站和接收站两种站网。 (1)跟踪站 跟踪站的主要任务是跟踪星体，不断对星体进行观测，将测得的卫星轨道数据及时提 供给控制中心，以计算星体空间轨道及其变化，控制卫星的运行。由于卫星定轨精度直接 与跟踪站的数量及分布有关，所以，通常在建立少数固定型永久跟踪站之后，还要根据具 体卫星发射任务均匀布设一些流动型跟踪站，以提高卫星的测轨和定轨精度。因此跟踪站 分固定型和流动型两种。 为精确测定卫星轨道，目前美国已在 Landsat 上配置了导航卫星全球定位系统 GPS 用 户终端，可以提供精度在±10m 以内的三维地心坐标