第三节遥感的技术系统

第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成图图 3-1 遥感系统组成遥感系统组成第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成1.传感器组成：传感器组成： 收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外线、可见光收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外线、可见光、红外波段中，收集系统的主要元件是透镜或反射镜，在微红外波段中，收集系统的主要元件是透镜或反射镜，在微波波中是微波天线。中是微波天线。 检测系统（探测系统）：将波谱转化为其它形成的能检测系统（探测系统）：将波谱转化为其它形成的能 电流、电压、电流、电压、化化学能等。其核心是感光胶片或光电敏感元件、固体敏感元学能等。其核心是感光胶片或光电敏感元件、固体敏感元件、件、微波检波器等。微波检波器等。感光胶片：电磁辐射感光胶片：电磁辐射 化学能化学能其其 它：电磁辐射它：电磁辐射 电流、电压等电流、电压等 信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：可见光，信号显示在屏幕上，即电光转化；可见光，信号显示在屏幕上，即电光转化；磁信号，信号记录在磁带上，即电磁转化。磁信号，信号记录在磁带上，即电磁转化。 记录系统：记录前级送来的信号。记录系统：记录前级送来的信号。直接记录：将前一级的输出信号直接记录在胶片或荧光屏上。直接记录：将前一级的输出信号直接记录在胶片或荧光屏上。间接记录：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带回放，产生电信间接记录：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带回放，产生电信号，号，再通过电光转化，显示图象。再通过电光转化，显示图象。第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成2.传感器分类：传感器分类： 摄影成像：摄影成像： 得到的象片信息量大，分辨率高；但由于受感光乳剂的限制得到的象片信息量大，分辨率高；但由于受感光乳剂的限制，工作波段为工作波段为 0.29m 1.40m， 即近紫外、可见光、近红外短波段，而且即近紫外、可见光、近红外短波段，而且只只能在晴朗的白天工作。能在晴朗的白天工作。 分幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅象片；分幅式摄影机：一次曝光得到目标物一幅象片；航空摄影焦距一般在航空摄影焦距一般在 150mm左右，航天摄影机一般大于左右，航天摄影机一般大于 300mm。 全景摄影机（扫描摄影机）：依结构和工作方式分为：全景摄影机（扫描摄影机）：依结构和工作方式分为：缝隙式摄影机（航带摄影机）：通过焦平面前方设置的与飞行方向垂缝隙式摄影机（航带摄影机）：通过焦平面前方设置的与飞行方向垂直直的狭缝快门获取横向的狭带影像；的狭缝快门获取横向的狭带影像；镜头转动式：镜头的物镜转动，或棱镜镜头转动。镜头转动式：镜头的物镜转动，或棱镜镜头转动。全景摄影机焦距可超过全景摄影机焦距可超过 600mm， 主要用于军事侦察。主要用于军事侦察。 多光谱摄影：同时获得可见光和近红外范围内多个波段的影像。分为：多光谱摄影：同时获得可见光和近红外范围内多个波段的影像。分为：多相机组合型：每架相机配置不同的胶片和滤光片；多相机组合型：每架相机配置不同的胶片和滤光片；多镜头组合型：同一架相机上配置多个镜头，配以不同波长的滤光片多镜头组合型：同一架相机上配置多个镜头，配以不同波长的滤光片；光束分离型：用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段光束分离型：用一个镜头，通过二向反射镜或光栅分光，将不同波段在在各焦平面上记录影像；各焦平面上记录影像； 数码摄影机：记录介质是光敏电子器件，如数码摄影机：记录介质是光敏电子器件，如 CCD（ charge coupled device）第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成图图 3-2 单镜头分幅式摄影机构造示意图单镜头分幅式摄影机构造示意图 图图 3-3 分幅式摄影成像示意图分幅式摄影成像示意图第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成图图 3-4 缝隙式摄影机构造示意图缝隙式摄影机构造示意图图图 3-5 镜头转动式摄影机示意图镜头转动式摄影机示意图第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成图图 3-6 多光谱摄影成像示意图多光谱摄影成像示意图第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成 扫描扫描 成像：成像： 工作波段为工作波段为 紫外、可见光、红外和微波波段。成像方式有：紫外、可见光、红外和微波波段。成像方式有： 对目标面扫描：对目标面扫描：收集系统直接对目标面扫描，如光学收集系统直接对目标面扫描，如光学 /机械扫描成像、成像雷达等。机械扫描成像、成像雷达等。光学光学 /机械扫描成像：机械扫描成像： 在扫描仪的前方安装光学镜头，依靠机械传动装置在扫描仪的前方安装光学镜头，依靠机械传动装置使使镜头摆动，形成对目标物的逐点逐行扫描。分为单波段就多波段两镜头摆动，形成对目标物的逐点逐行扫描。分为单波段就多波段两种。种。基本原理：反射镜在机械驱动下，随平台的前进运动（航向扫描）而摆基本原理：反射镜在机械驱动下，随平台的前进运动（航向扫描）而摆动动或旋转（舷向扫描），依次对地面进行扫描，地面物体的辐或旋转（舷向扫描），依次对地面进行扫描，地面物体的辐射射波束经反射镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波束经反射镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的电电磁波分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。磁波分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。举例：陆地卫星上的举例：陆地卫星上的 MSS和和 TM。成像雷达：成像雷达： 主动方式的扫描仪，分为全景雷达（天线旋转）和侧视雷达主动方式的扫描仪，分为全景雷达（天线旋转）和侧视雷达（天线固定指向侧下方）两种。（天线固定指向侧下方）两种。 对影像面扫描的传感器：对影像面扫描的传感器：收集系统不直接对地面扫描，而是先用光学系统将目标的辐射信息收集系统不直接对地面扫描，而是先用光学系统将目标的辐射信息聚聚集在机内检测系统的一个靶面或光敏面上，形成一幅影像，然后利用摄集在机内检测系统的一个靶面或光敏面上，形成一幅影像，然后利用摄像像管中的电子束对靶面扫描来收集其信息，或依靠管中的电子束对靶面扫描来收集其信息，或依靠 CCD组成的阵列进行电子组成的阵列进行电子自自扫描来获取信息。如：固体扫描仪。扫描来获取信息。如：固体扫描仪。 第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成图图 3-7 多光谱扫描仪扫描图解示意图多光谱扫描仪扫描图解示意图第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成第三节第三节 遥感平台遥感平台遥感平台是装载传感器进行遥感的装置。遥感平台是装载传感器进行遥感的装置。1.地面平台：地面平台：概念：概念： 放在地面或水上装载传感器的固定或可移动的装置。放在地面或水上装载传感器的固定或可移动的装置。举例：举例： 汽车、轮船、高塔等。汽车、轮船、高塔等。装载的传感器：装载的传感器： 地物波谱测量仪器、摄影机、雷达等。地物波谱测量仪器、摄影机、雷达等。功能和特点：功能和特点： 地面遥感，为航空和航天遥感作校准和辅助工作。地面遥感，为航空和航天遥感作校准和辅助工作。2.航空平台：航空平台：概念：概念： 悬浮在海拔悬浮在海拔 80km以下的大气层（对流层、平流层）中的遥感平台以下的大气层（对流层、平流层）中的遥感平台。功能和特点：功能和特点： 飞行高度低，地面分辨力较好，机动灵活，不受地面条件飞行高度低，地面分辨力较好，机动灵活，不受地面条件限限制，周期短，资料回收方便。制，周期短，资料回收方便。举例：举例： 飞机：专门设计或普通飞机改装。飞机：专门设计或普通飞机改装。低空飞机：高度在地面上空低空飞机：高度在地面上空 2km以下，直升飞机最低可在以下，直升飞机最低可在 10m左右左右。中空飞机：高度在中空飞机：高度在 2km6km。高空飞机：高度在高空飞机：高度在 12km30km 气球：低空气球（对流层）、高空气球（平流层，气球：低空气球（对流层）、高空气球（平流层， 12km40km）装载的传感器：装载的传感器： 摄影机、摄象机等多种传感器。摄影机、摄象机等多种传感器。 第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成3.航天平台：航天平台：概念：概念： 位于海拔位于海拔 80km以上的遥感平台。以上的遥感平台。功能和特点：功能和特点： 对地球进行宏观、综合、动态和快速的观测。对地球进行宏观、综合、动态和快速的观测。高空探测火箭：高度一般在高空探测火箭：高度一般在 300km400km， 界于飞机和人造地球卫星间。界于飞机和人造地球卫星间。不受轨道限制，应用灵活，短时间内发射和回收。代价大，取得资料少不受轨道限制，应用灵活，短时间内发射和回收。代价大，取得资料少。宇宙飞船：负载量大，可携带多种仪器，及时维修，资料回收方便，宇宙飞船：负载量大，可携带多种仪器，及时维修，资料回收方便，但飞行时间短（但飞行时间短（ 730 d），）， 如阿波罗、双子星座、和平号空间站等。如阿波罗、双子星座、和平号空间站等。航天飞机：象火箭一样垂直向上发射，象卫星和飞船一样在空间轨道上航天飞机：象火箭一样垂直向上发射，象卫星和飞船一样在空间轨道上运行，象飞机那样滑翔降落到地面运行，象飞机那样滑翔降落到地面 ， 是灵活经济的航天平台。是灵活经济的航天平台。如：哥伦比亚号、挑战者号、奋进号、发现号等。如：哥伦比亚号、挑战者号、奋进号、发现号等。人造地球卫星：人造地球卫星： 环境卫星按运行轨道高度和寿命分为三种：环境卫星按运行轨道高度和寿命分为三种：低高度、短寿命卫星：高度为低高度、短寿命卫星：高度为 150km350km， 寿命寿命 13周，分辨率高，周，分辨率高，多用于军事侦察。多用于军事侦察。中高度、长寿命卫星：高度为中高度、长寿命卫星：高度为 350km1800km， 寿命寿命 1年以上。如陆地卫年以上。如陆地卫星、星、海洋卫星、气象卫星等。海洋卫星、气象卫星等。高高度、长寿命卫星：也称为地球同步卫星或静止卫星，高度为高高度、长寿命卫星：也称为地球同步卫星或静止卫星，高度为36000km。如通讯卫星和气象卫星。如通讯卫星和气象卫星。第三节 遥感的技术系统 遥感系统组成环境卫星的三种运行轨道：环境卫星的三种运行轨道： 近极地、近圆形、太阳同步轨道：近极地、近圆形、太阳同步轨道：其轨道通过两极或两极附近上空，轨道为圆形或近圆形。卫星轨道其轨道通过两极或两极附近上空，轨道为圆形或近圆形。卫星轨道平面与阳光永远保持同一角度，因此，卫星每次飞越赤道上空的地方太平面与阳光永远保持同一角度，因此，卫星每次飞越赤道上空的地方太阳时是相同的，即太阳同步轨道。陆地卫星和地球观测实验卫星属于此阳时是相同的，即太阳同步轨道。陆地卫星和地球观测实验卫星属于此类。类。 圆形、地球同步轨道：圆形、地球同步轨道：卫星沿着赤道上空的圆形轨道，与地球自转同步地自西向东运行。卫星沿着赤道上空的圆形轨道，与地球自转同步地自西向东运行。从地球上看，仿佛卫星是静止在赤道上空某处。如一些通讯卫星和气象从地球上看，仿佛卫星是静止在赤道上空某处。如一些通讯卫星和气象卫星。卫星。 倾斜轨道：此种轨道与赤道相交，既不平行也不垂直。倾斜轨道：此种轨道与赤道相交，既不平行也不垂直。第三节 遥感的技术系统 遥感信号的传输1. RS信号的传输方式 ： 直接回收：直接回收： 传感器将地物的反射或发射电磁波信号记录在胶卷或磁带传感器将地物的反射或发射电磁波信号记录在胶卷或磁带上，上，待运载工具返回地面时回收。非实时，航空常用。待运载工具返回地面时回收。非实时，航空常用。 优点：回收方便，不经过转换，信号损失少，保密性较强。优点：回收方便，不经过转换，信号损失少，保密性较强。 缺点：非实时，数据容量小，成本高。缺点：非实时，数据容量小，成本高。 视频传输（无线电传输）：视频传输（无线电传输）： 传感器将接收到的地物反射或发射的电磁传感器将接收到的地物反射或发射的电磁波波信号，经过光电转换，通过无线电将数据传送到地面接信号，经过光电转换，通过无线电将数据传送到地面接收收站，包括实时和非实时传输。站，包括实时和非实时传输。 优点：可以实时回收。优点：可以实时回收。 缺点：保密性差，有信息损失。缺点：保密性差，有信息损失。视频传输是卫星遥感常用的信号传输方式。视频传输是卫星遥感常用的信号传输方式。第三节 遥感的技术系统 地面技术系统1.地面技术系统在对地观测链中的位置地面技术系统在对地观测链中的位置 ： 严格地讲，地面系统有两大任务：严格地讲，地面系统有两大任务：卫星在轨运行任务管理（也通俗地称为卫星在轨运行任务管理（也通俗地称为 “ 测控测控 ” ）；）；卫星数据接收与处理卫星数据接收与处理 两类不同的地面系统以前通常是在物理上分开的，但现在有合并的趋势两类不同的地面系统以前通常是在物理上分开的，但现在有合并的趋势（如商业化卫星的运行管理）（如商业化卫星的运行管理） 大多数国际上的地面站，都只承担卫星数据接收与处理任务，具体分为大多数国际上的地面站，都只承担卫星数据接收与处理任务，具体分为： 数据接收：卫星实时下行数据数据接收：卫星实时下行数据 数据处理：辐射和几何标定数据处理：辐射和几何标定 数据存档：存档管理与检索数据存档：存档管理与检索 数据分发：用户应用数据分发：用户应用 地面技术系统是连接卫星、传感器技术与地面应用的地面技术系统是连接卫星、传感器技术与地面应用的 技术切换环节技术切换环节 数据接口（卫星数据的数据接口（卫星数据的 “用户用户 ”，应用用户的，应用用户的 “数据源数据源 ”） 是保证对地观测技术体系有效运行不可或缺的一部分是保证对地观测技术体系有效运行不可或缺的一部分第三节 遥感的技术系统 地面技术系统 中国遥感卫星地面站：中国遥感卫星地面站： 于于 1986年创立并开始运行年创立并开始运行 1986 1993：美国：美国 Landsat-5 TM数据数据 1993 1996： ERS-1， JERS-1， ERS-2和和 Landsat-5 现在：现在：v光学类：光学类： Landsat-5 ， Landsat-7， SPOT-2， SPOT-4， SPOT-5，CBERS-01v合成孔径雷达类：合成孔径雷达类： Radarsat-1， ERS-2 在国家在国家 “ 七五七五 ” 、 “ 八五八五 ” 、 “ 九五九五 ” 期间起到了数据源保障作用期间起到了数据源保障作用 建立了广泛的国际联系，在国内外对地观测领域中有一定的影响，其建立了广泛的国际联系，在国内外对地观测领域中有一定的影响，其服务量是仅次于美国、欧空局后的第三大站，运行能力服务量是仅次于美国、欧空局后的第三大站，运行能力 /技术水平也技术水平也名列前茅。名列前茅。第三章 遥感的技术系统 地面技术系统 接收范围：接收范围： 目前接收范目前接收范围可覆盖国围可覆盖国土面积土面积 80%至至 95%； 南沙群岛接南沙群岛接收不到；收不到； 通常卫星覆通常卫星覆盖范围盖范围 80%， RADARSAT和和 SPOT可达可达95%。遥感卫星数据接收遥感卫星数据接收 /处理流程处理流程数据接收流程高密度磁带机轨道预报天线控制系统解调器 位同步数据通道开关磁带机*工作站天线控制器GPSAntennaAntenna移动窗 Radarsat-1 Spot 1/2/4 Spot -5 Landsat 5/7 CBERS-1报告打印机标签打印机时间码遥感卫星数据接收 /处理流程卫星数据存档、处理流程以 Landsat-5卫星数据预处理为例信息注入记录介质辐射校正 卫星姿态 校正 投影变换 产品格式 生成 输出介质信息注入记录介质分幅、采样处理文件（图象与参数）格式化 注入到用户查询数据库网络数据存档处理：数据存档处理：产品输出处理：产品输出处理：第三节 遥感的技术系统 遥感信息处理1. RS信息的处理信息的处理 ： 地面接收站接收到的地面接收站接收到的 RS信号，受到多种因素的影响，如传感器的信号，受到多种因素的影响，如传感器的性能、平台的姿态不稳定、地球曲率、大气不均匀以及地形的差别等性能、平台的姿态不稳定、地球曲率、大气不均匀以及地形的差别等，使地物的几何特性与光谱特性可能发生一些变化。因此必须通过一，使地物的几何特性与光谱特性可能发生一些变化。因此必须通过一系列的处理后才能使用。系列的处理后才能使用。遥感信息处理分为光学图象处理和计算机数字图象处理两种方式。遥感信息处理分为光学图象处理和计算机数字图象处理两种方式。光学处理：光学处理：优点：精度高、反映目标地物更真实、图象目视效果好；优点：精度高、反映目标地物更真实、图象目视效果好；缺点：对仪器设备和处理环境要求较高，还需要胶片、相纸、药缺点：对仪器设备和处理环境要求较高，还需要胶片、相纸、药品