大学卫星遥感课程讲义

XX大学卫星遥感课程讲义word可编辑打印版卫星遥感第一章 绪论(研究对象，内容与发展历史和动向) （4学时）31.1 遥感31.2 卫星遥感的内容和特点81.3 卫星遥感的发展状况13第二章 卫星轨道和卫星技术导论 (4学时)152.1 卫星运动规律152.2 卫星轨道162.3 卫星技术19第三章 卫星探测技术导论 (4学时)223.1 卫星观测总论223.2 卫星传感器333.3 空间对地观测雷达343.4 资料处理和分发343.4 地面监控34第四章 卫星遥感地球大气的基本原理和方法 (12学时)354.1 太阳和地气系统辐射354.2 辐射在大气中的传输和卫星接收到的辐射354.3 大气吸收的理论计算374.4 卫星云图原理384.5 大气温度的红外和微波遥感384.6 水汽和降水的遥感394.7 临边扫描观测39第五章 卫星遥感地球陆地和海洋的基本原理和方法 (10学时)395.1 地面目标的热红外和微波辐射特性395.2 海洋的微波和雷达遥感395.3地面温度的卫星遥感395.4 地表覆盖物的遥感39第六章 卫星遥感资料的气象应用 (6学时)396.1 卫星资料在天气预报和天气分析中的应用396.2 卫星资料估算降水、风和云等气象要素396.3 卫星资料的气候应用39第七章 卫星遥感资料的生态与环境应用 (6学时)407.1大气环境监测407.2海洋环境监测407.3污染监测407.4自然灾害监测40第八章 卫星遥感资料的资源开发应用 (4学时)408.1 卫星与水资源监测408.2卫星与土地利用408.3 卫星与森林资源408.4 卫星与矿产资源调查40第九章 卫星遥感资料其他应用 (4学时)409.1卫星资料在农业中的应用419.2 卫星资料与城市规划419.3 卫星资料与考古应用41第十章 卫星遥感学的发展展望 (2学时)4110.1 星载对地观测雷达4110.2小卫星对地观测技术4110.3 对地观测与可持续发展41第一章 绪论(研究对象，内容与发展历史和动向) （4学时）1957年，前苏联发射了人类历史上的第一颗人造卫星，标志着人类进入了太空时代，从此人类开始以全新的视角来审视自己赖以生存的地球。1960年4月1日，装备了电视摄像系统的泰罗斯卫星（Tiros，电视和红外观测卫星）上天并发回有价值的可见光云图，开创了卫星探测地球的新纪元。卫星在离地面几百到上万公里的绕地轨道上面运行，卫星上面的观测仪器（传感器）记录下地球系统的能量场信息，据此进一步获得地球资源与环境信息，这种探测方法属于遥感方法。最近30年来，随着卫星技术的不断完善以及在电子技术、材料科学、传感器技术方面取得的巨大进步，卫星遥感逐渐成为探索地球的一种重要手段，在地球环境监测、资源普查、农作物估产、灾害监测、全球变化研究等一系列研究中发挥了越来越重要的作用。本课程主要对这一当前重要探测手段卫星遥感的原理方法做概括性介绍，并适当介绍相关的前沿进展。1.1 遥感导论1.1.1遥感的定义遥感（remote sensing），从字面上解释就是从遥远的地方不与目标物直接接触进行感知。试图给遥感下一个确切的定义是相当困难的，难点在于，首先遥感属于非直接测量，人类的大多数测量活动其实都是非直接测量，多远距离才能算上“远”？其次遥感系统中虽然观测系统与目标物之间可能没有看得见的直接的接触，他们之间还是由诸如电磁场、重量场等能量场联系着的。遥感方法有它独特的优势。首先，遥感方法摆脱了与测量目标之间的直接接触，这在当今大部分观测场合有着现实的意义。比如，地面的温度可以用温度计直接测量，但是在人迹罕至的荒漠，或者一望无际的海面上这类温度直接测量要困难得多。这时候，为了获得这些区域的温度信息，人们可以使用遥感的方法来实现上述目的。其次，遥感方法主要基于“反演”的方法来获得信息，他的结果是非直接的。我们可以举出生活中大家较熟悉的使用遥感原理的例子来加深对遥感的理解。一个例子是X光透视设备，火车站或者飞机场的X光检验机，医院使用的X光透视机（或者B超），利用不同目标对X光（或者超声波）的透射和反射特性来“探测”物体。人的眼睛就是一架相当精确的遥感系统，大脑根据眼睛接收目标散射来的光波辐射进而判断物体的属性，显然照相机也是一个遥感系统。图1.1形象给出了遥感的原理框架。如图，一条龙可以留下特征性的爪印，对于遥感问题，则是试图由地面留下的脚印推测产生该脚印的生物的一些特性，这是所谓的遥感反演。在数学上，遥感可以归结为如图所示的模型，标靶T（探测目标）与信号（遥感探测物理量）之间存在函数关系：SF(T)，遥感反演就是由信号S确定T的过程：T=F-1(S)。遥感反演的难点在于，首先受到人类认识的局限性上面的函数关系F可能是不明确或者未被全面的、或者不唯一的（从严格的数学意义上来说，F的反函数并不总是存在的），但是就大部分遥感问题来说，这类遥感问题的物理解的存在是显然的。其次，考虑到实际测量误差总是难免的，一些不适定反演方程的反演解是不稳定的。如何解决这类反演方程的稳定问题仍然是有待继续探索的课题。最后，遥感反演结果的评价也是一个难题，它需要庞大的地面观测资料进行必要的比对，特别对于那些没有直接观测手段资料可以比对的遥感项目更是如此。测量S=F(T)T=F-1(S)反演图remote sensing of lower atmposphere标靶信号图1.1 遥感原理图1.1.2遥感技术特征通常我们说遥感技术或者遥感系统，至少包括以下部分，信息获取系统（观测平台和传感器）、信息传输系统以及信息处理系统。1 信息获取系统中，遥感平台的作用就是稳定地承载传感器。常用的遥感平台有卫星，飞机、气球等空间平台，当在地面试验时，还会用到象平整地面、高山、三角架这样简单的地基遥感平台。传感器就是安装在遥感平台上探测物体发射能量场信息的仪器。传感器会把这些信息按照一定的规律转换为原始图像数据或者转换成其他形式数据。2 对于有些复杂的遥感系统来说，没有必要要求传感器与资料处理系统捆绑成一体的。比如对于卫星遥感来说，要求把资料处理系统全部放在星上是不经济的（甚至不现实的）。传感器获得的探测目标信息，必须由信息传输系统传输到地面资料处理系统供进一步分析。信号传输是一项复杂的工程，这里牵涉到信号收集，信号编码与解码（包括数据压缩）以及无线电通讯方面的知识。卫星遥感中信息传输系统的能力是由所谓的波特率来衡量的。特别指出，当今卫星遥感信息量越来越大，数据传输系统的传输效率直接决定了遥感系统的工作性能。在早期的返回式卫星遥感中，卫星上照相机（传感器）拍摄的胶片是放在卫星回收仓里，等卫星回收仓回到地面后再做后期处理。3 资料处理系统接收数据传送系统来的遥感数据，对数据进行预处理（比如添加记录传感器状态的信息等）、格式转化、整理归档、生成初级产品以及资料广播等工作。从广义上来说，任何对遥感资料进行进一步加工处理都可以看成遥感资料处理系统的延伸。在当前越来越强调全球分工合作的背景下，对遥感数据进行“标准化格式”处理是大势所趋。资料处理系统根据用户不同需求提供不同等级的产品。遥感系统流程图图：卫星遥感1.1.3遥感分类为了描述方便，通常根据遥感系统某个技术特征对遥感进行分类。遥感分类并没有一个统一的标准，可以这么说有100位科学家就会有100种不同的分类方法。（1）按照观测平台属性划分，可以划分为地基遥感，航空遥感和航天遥感。其中航天遥感又称太空遥感(space remote sensing)泛指利用各种太空飞行器为平台的遥感技术系统，以地球人造卫星为主体，还包括载人飞船、航天飞机和太空站，有时也把各种行星探测器包括在内。卫星遥感(satellite remote sensing)为航天遥感的组成部分，以人造地球卫星作为遥感平台，主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。航空遥感泛指从飞机、飞艇、气球等空中平台对地观测的遥感技术系统。地面遥感主要指以高塔、车、船等为平台的遥感技术系统。 （2）遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为：电磁波遥感技术，声纳遥感技术，物理场（如重力和磁力场）遥感技术。等按传感器工作电磁波的频段划分，可以划分为可见光近红外遥感，热红外遥感、微波遥感三种类型。可见光近红外遥感，主要指利用可见光(0.4-0.7微米）和近红外(0.7-2.5微米）波段的遥感技术统称，前者是人眼可见的波段,后者即是反射红外波段，人眼虽不能直接看见,但其信息能被特殊遥感器所接受。它们的共同的特点是，其辐射源是太阳，在这二个波段上只反映地物对太阳辐射的反射，根据地物反射率的差异，就可以获得有关目标物的信息，它们都可以用摄影方式和扫描方式成象。 热红外遥感，指通过红外敏感元件，探测物体的热辐射能量，显示目标的辐射温度或热场图象的遥感技术的统称。遥感中指8-14微米波段范围。地物在常温(约300K)下热辐射的绝大部分能量位于此波段，在此波段地物的热辐射能量，大于太阳的反射能量。热红外遥感具有昼夜工作的能力。 微波遥感，指利用波长1-1000毫米电磁波遥感的统称。通过接收地面物体发射的微波辐射能量，或接收遥感仪器本身发出的电磁波束的回波信号，对物体进行探测、识别和分析。微波遥感的特点是对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以继日地全天侯工作。 （3）按遥感的应用领域可分为资源遥感与环境遥感两大类。 资源遥感：以地球资源作为调查研究对象的遥感方法和实践，调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化，是遥感技术应用的主要领域之一。利用遥感信息勘测地球资源，成本低，速度快,有利于克服自然界恶劣环境的限制，减少勘测投资的盲目性。环境遥感：利用各种遥感技术，对自然与社会环境的动态变化进行监测或作出评价与预报的统称。由于人口的增长与资源的开发、利用，自然与社会环境随时都在发生变化,利用遥感多时相、周期短的特点，可以迅速为环境监测、评价和预报提供可靠依据。 （4）按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。全球遥感：全面系统地研究全球性资源与环境问题的遥感的统称区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息工程，它通常按行政区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥感工程。（5）根据传感器工作方式性质分为主动遥感和被动遥感。所谓主动式遥感主要通过主动发射电磁波并接收被研究物体反射或者散射的电磁波进而推断目标物特征，雷达是最重要的主动式遥感设备。 被动式，直接接收被观测物体自己发射或者反射的自然电磁辐射的一种遥感方式。自然界中太阳辐射以及物体自己的热辐射是被动式遥感的主要能量源。总之，遥感分类是人们为了突出遥感属性的某一方面而对遥感体系的简化称呼。各种分类方法之间可以是交叉的。比如，卫星遥感显然属于空基遥感，由于传感器工作波段不同又有红外、微波、和光学遥感之分，而目前这些遥感大都属于被动式遥感（星载雷达遥感除外）。1.1.4遥感的发展历史节选自遥感技术，阅读要想简单地规定一个标志遥感技术开始的时问和事件是困难的。尽管作为一门综合性技术提出遥感这个名词是在本世纪的六十年代，遥感本身却并不是一门新的技术。可以认为，遥感技术是在普通航空摄影基础上发展起来的。很久以众人们就想从空中来观察地球并试图用风筝、气球(1858年)将照相机带到空中，对地面拍摄精美的鸟瞰图，用来绘制地形图。一直到发明了飞机之后，空中摄影才真正成了一种重要的遥感方法。开始使用的是普通的照相机，以后设计了专门的航空照相机。遥感早期所应用的技术，很多都是在第一次和第二次世界大战中由于军事侦察的需要而发展的。飞机是1914年用于军事目的的(第一次世界大战)，但航空摄影则要稍晚些。1915年末开始有专用的航空摄影机用于航空侦察。大战中期，战争情况发生了很大变化，作战纵深增大了，军队的技术装备有了很大改进，双方对重要的军事目标也都采用了伪装措施。这时，地面侦察和空中目视侦察已不能满足需要于是空中照相侦察被提到了重要的地位。在战争中，航空摄影提供了不少有价值的情报。航空摄影方法在民用事业中的应用比军事上的应用迟不了多久。1930年前后，石油地质学家就开始利用航空摄影。从1930年色各个领域中广泛采用了航空摄影。例如土木工程中的勘查和制图，农业部门的农、牧场土地的调查，林业部门对林区的调查等等。同时，利用航空照片的判读技术也得到完善的发展。第二次世界大战中，随着伪装技术的不断改进，空中照片判读的准确性受到了一定的影响。于是在大战后期，先后出现了红外、彩色、光谱带等空中摄影技术。彩色照片能如实反映目标原来颜色，能够识别一船黑白照片上不易识别的目标。红外和光谱带照片则能揭露伪装。后两类照片由于表现的彩色并不与实际记录的谱段相符，所以也叫做“假彩色”摄影。目前多波段航空空中摄影是遥感系统中的一种重要技术。所谓多谱段摄影指的是采用适当的感光材料和滤光镜，将从同一只物反射或(和)辐射来的电磁辐射(一般所记录的范围是可见光和近红外辐射)，按不同波长分成若干段，以同样大小的比例尺和幅面，分别地同时记录下来。用这样的方法同时得到的一组照片(多谱段照片，一般为黑白片)，是同一景物不同辐射谱段内的电磁辐射的象。它实际上就是普通照片按辐射谱分段的分解照片。多谱段摄影技术的实际应用首先是由电彤工业界实现的。二十世纪六十年代初，科学家们开始把多谱段概念实际应用于地形特征的航空勘测上。最早是用多相机型，然后是多镜头型。与此同时，在判释方面则研制了多谱段的彩色合成系统。第二次世界大战以后，随着科学技术的发展，一些新的信息探测系统相继出现，它们是以非摄影方式获取被探测目标的数据或图像的。为了概括全部摄影与非摄影方式ELPuitt于1960年提出用“遥感” (Remote sensing)这一科学技术用语来代替常规航空摄影的概念。这个名词在1962年美国密执安大学等单位所发起的环境科学遥感讨论会上被正式采用。于是航空摄影便成了整个遥感技术中的一个组成部分。重要的遥感平台，除了飞机外，还有火箭和卫星。火箭遥感的历史应迫溯到1891年。然后是1907年AMaul发明了用火箭发射的陀螺稳定相机。1946年美国从白沙靶场发射V3火箭，摄得了空间象片。1972午3月，从澳大利亚南部发射了云雀火箭，用降落伞回收了相机，带回了从280公里高空拍摄的彩色和红外相片。1973年在阿根廷又作了类似试验。 随着第f颗气象卫星泰罗斯1号(TIRosI，美国，1960年)的发射，开始了系统的地球轨道观测。1961年，不载人水星飞船(Mercury)MA4上的一架自动相机拍摄了几百张70mm彩色照片。A.Morrison和MCChown用这些象片勾划了一套撒哈拉沙漠数干平方英里的地质草图。然后是MA8和MA9水星飞船的宇航员拍回的象片。几个双子星座(Gemini)宇航员所拍摄的照片使地球科学家们获得了许多有意义的和意想不到的新发现。例如，已经发现风蚀作用显然是造成撒哈拉大片地区土地风化的主要因素，而这与普遍认为的流蚀作用是形成沙漠的主要因素恰好相反。 1965年美国阿波罗9号(Apollo-9)的宇航员完成了SO65多谱段地形摄影试验，证明多谱段方法在轨道摄影中不仅是可行的，而且是必要的。因为在轨道飞行中会遇到各种各样的地形、大气条件和目标。SO65多谱段相机由4台瑞典哈斯布莱特500EL型相机(焦距80mm，胶片为70mm宽)组成。1973年发射的天空实验室(Skylab)上的S190型多谱段相机则有六个谱段(焦距150mm，70mm胶片)。然后应该提到的是美国的缘起于1967年的地球资源技术卫星(ERTS)了。计划一共发射六颇。1972年发射了第一颗ERTS-1。该卫星上采用两台彼此独立的成象系统。一台是由三个返束光导摄象管组成的摄象机(Return Beam Vidicon，简作RBV)。这台设备由于一个磁带记录器的开关问题，发射后几天就中断工作。另一台是四谱段的多谱段扫描仪(Multi spectralScanner简作MSS)。1975年1月发射了第二颗。但在发射之前整个计划更名为陆地卫星(LANDSAT)。于是第一颗就叫Landsat1，第二颗叫Landsat2。1978年3月又发射了Landsat3。Landsat3上的成象系统有这样一些改变：返束光导摄象管从多谱段三相机型改成宽；谱段双相机型；多谱段扫描仪则增加了一个热红外(远红外)诸段通道，可是这个通道发射后不久就失效了，陆地卫星虽然属于试验性质，实际上它们所发回地球的大量数据已经为广泛的领域提供了十分有价值的原始资料。1982年7月和1984年3月又先后发射了Landsat4和5，其上装备了有7个谱段(包括一个热红外谱段)的主题制图仪(Thematic Mapperr简作TM)。到此为止，我们的讨论基本上局限于对电磁谱诸的可见光和近红外区的遥感。事实上，由于过去一、二十年的发展，另外还有两类遥感技术也有着很好的应用前景，它们就是热红外成像技术和微波遥感技术。在谈到可见光和近红外叭遥感技术主要是利用对象的反射特性，而谈到热红外或热成象技术时，则主要是利用对象的辐射特性。热成象是与远距离测量地球表面特征的温度有关的遥感分支。它所研究的问题可以小到探测间屋子的热能泄漏情况或者大到研究地球上的洋流。因为温度实质上是地面环境中一切物理化学和生物过程的重要控制因素之一，因此，温度数据在经营管理地球资源的活动中必然占有极其重要的地位。热成象技术最常用的谱段范围是8到14微米。这一段不仅是一个大气窗口，同时也是多数地面特征能量辐射的峰值所在。地面环境温度一般为300K，它的辐射峰值大致在9.7微米处。对于特殊的目的，例如森林火灾调查，也有应用3微米到5微米这个大气窗口的。无论是热辐射计还是热扫描仪，都是利用探测元件作能量转换，然后设法作成象或不成像的记录。微波区的波长大致是由1mm到1m(参见图1)，它比光波要长得多。因此，它的特点之一就是几乎能够穿透大气中的切障碍，如霾、小雨、云、乃至雪层。其次，不同的地面物体对微波的反射或辐射和对可见光或热红外的反射或辐射的规律并不相同，这就可以起到互相补充的作用。微波遥感可分被动式的和主动式的两大类。主动式的微波遥感器主要是侧视雷达。它是在五十年代为军事侦察目的而发展的。它目前的重要应用，大概在于快速取得大片有云地区的地面资源情报数据。被动式的微波遥感器如微波辐射计或微波扫描仪感受的是在它们现场内的自然可利用的微波能量。它们的工作方式和热辐射计或热扫描仪极为相似，但是能够接收到的能量则要比热红外区微弱得多，同时信号所伴随的“噪声”也要大得多，因此这种信号的判释问题也要比已经讨论过的其它种类传感器的要复杂困难得多。但和侧视雷达一样，它也有全天侯的特性。依靠选挥适当的工作波长，可以用它或者穿透大气或者观察大气。气象学工作者利用被动微波遥感来测量大气的温度分布以及大气中的水和臭氧的分布。此外也得到海洋学、油污染探测、融雪测定等方面的应用。1.2 卫星遥感的内容和特点1.2.1卫星遥感的内容广义上来说，卫星遥感是指以人造卫星为传感器平台的观测活动，它包括对地观测（这是目前卫星遥感的主要内容）以及面向太空环境的观测活动，本课程主要涉及前者。如图太阳辐射穿过地球大气到达地面的过程中，一部分被大气分子、大气微粒（气溶胶）和云层吸收，一部分由于上述目标的反射返回大气上界，而到达地面的太阳辐射也由于地表的反射也有一部分返回大气上界。来自太阳的电磁辐射通常称为短波辐射。另外一方面，地球大气本身和地表也是一个丰富的长波辐射源（红外、微波），这些电磁辐射穿过地球大气一部分被大气吸收一部分到达大气上界能为卫星仪器所接收。由于大气成份和地球表面物理特性的多样性，电磁辐射与这些粒子相互作用机理远为复杂。这一方面增加了由电磁辐射推测地球目标的难度，同时也为卫星反演遥感地球目标物特征提供了可行性。在有些称为主动式遥感的方法里，卫星接收雷达发射并与地气系统相互作用的电磁辐射来探测地球目标属性。图1.2.1卫星上面接收的地面电磁辐射（摘自：气象卫星，P23 图3.2）最早的卫星遥感从气象遥感开始，利用气象卫星对大气的状态和运动进行监测，目前，卫星遥感逐渐扩展到对地球陆地和海洋以致人类的生存环境的全面监测。卫星对地遥感目标主要包括：（a）大气：主要包括估计温度、湿度、云量、云高、云迹风、降水、大气成分和分布等。（b）陆地和海洋：陆地地貌、地表覆盖物以及海洋属性等；（c）环境监测与资源开发：利用卫星遥感的大范围、长周期特性，实现地球环境监测和地球资源调查。1.2.2卫星遥感的特点卫星遥感与常规的地面观测方法相比，有它自己的特点。（1）探测原理基于遥感方法，对遥感资料的解读强烈依赖人们对地球大气系统与电磁辐射相互作用规律的认识。另外，一次卫星任务可以搭载多项观测项目，速度快、项目多、信息量大。（2）实现了全球观测和大范围观测。由于卫星固定在轨道上面运行，地球不停地自西向东旋转，所以当卫星绕地球转一圈时，卫星的星下点是不断变化的，进而实现全球观测。卫星的大范围观测使得占地球表面4/5的海洋，荒漠、高原甚至极地都可以由卫星获得资料，这在卫星遥感出现之前几乎是不可想象的。卫星资料比地面观测具有更大的内在均匀性，在全球表面是连续的，不像现有的常规地面观测是不均匀和间断的。（3）卫星资料量越来越大。卫星观测项目的增多以及电子技术的进步引起的数据时空分辨率增加，卫星遥感资料越来越多，以至于资料处理能力越来越显得不足。如何处理这些海量的卫星资料是困扰学术界的难题：一方面对于如何存储这些海量资料伤脑筋，另一方面如何更好地分析这些资料还无所适从。（4）便于加强国际交流和合作。卫星在空中对地观测时，不像在地面观测时存在国别限制。不同国家的卫星资料相互共享，使得开展全球性的研究计划成为可能。1.2.3卫星遥感的发展趋势1 观测目标尺度向着大尺度（比如全球尺度）和微型尺度两个方向发展特别是全球合作交流不断加强，进行全球尺度大范围遥感观测研究成为可能；另外一方面随着遥感技术的不断进步，遥感系统分辨率越来越高，对一些小尺度个体进行单独研究成为可能。2 观测数据时间分辨率也向超长时间（年际变化）以及超短时间两个方向发展。随着卫星观测资料时间积累越来越长，进行年代际观测研究成为可能，比如研究地球气候问题；另外一方面高时间精度测量技术促进了精细时间观测研究，比如对台风的持续跟踪，对一个云团生消过程的全程跟踪等。3 多波段以及多任务观测随着传感器小型化技术的不断进步，多任务观测将成为将来卫星遥感的主流。阅读材料：高技术21世纪新一代卫星遥感的发展前景.doc或者：21世纪新一代卫星遥感的发展前景.caj1.3 卫星遥感的发展状况1960年第一颗泰罗斯卫星发回第一幅可见光云图，使人们看到了用卫星遥感地球的潜力。从此，以气象卫星技术的逐步完善为开始，又逐渐出现了遥感地球大气、地球表面陆地、海洋特征以及监测地球环境的各种卫星。这里主要介绍美国的卫星遥感发展，这是因为美国在发展遥感技术方面一直处于世界领先地垃，代表了遥感技术的发展水平。事实上，苏联、西欧各国、加拿大、日本等国都在大力开展遥感活动，发展本国的遥感技术。苏联于1973年底，从联盟12号和13号宇宙飞船上，用多谱段相机拍摄了它的第一批多谱段卫星象片。1977年的地球资源及海洋勘测卫星上载有多谱段扫描仪。西欧各国的遥感活动由欧洲空间局进行协调和组织，并于1977年发射了第一颗气象卫星。许多第三世界国家也都把遥感技术列入团家发展规划。它们的特点是，航天遥感资料依靠美国取得，自己则独立发展航空遥感工作。其中不少国家已建立或准备建立接收美国卫星数据的地面站。国际协作和学术交流活动也在蓬勃开展。气象卫星：TIROS系列,ITOS系列，NOAA系列（现在还在使用的），静止气象卫星GOES（日本GMS卫星）NOAA-15 CharacteristicsMain body:4.2m (13.75 ft) long, 1.88m (6.2 ft) diameterSolar array:2.73m (8.96 ft) by 6.14m (20.16 ft)Weight at liftoff:2231.7 kg (4920 pounds) including 756.7 kg of expendable fuelLaunch vehicle:Lockheed Martin Titan IILaunch date:May 13, 1998 Vandenburg Air Force Base, CAOrbital information:Type: sun synchronousAltitude: 833 kmPeriod: 101.2 minutesInclination: 98.70 degrees Sensors:Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR/3)Advanced Microwave Sounding Unit-A (AMSU-A)Advanced Microwave Sounding Unit-B (AMSU-B)High Resolution Infrared Radiation Sounder (HIRS/3)Space Environment Monitor (SEM/2)Search and Rescue (SAR) Repeater and ProcessorData Collection System (DCS/2) “诺阿”卫星(NOAA)NOAA是美国国家海洋大气局的第三代实用气象观测卫星，第一代称为“泰罗斯”(TIROS)系列(1960-1965年)，第二代称为“艾托斯(ITOS)”NOAA系列(1970-1976年)，其后运行的第三代称为TIROS-NNOAA系列，从1978年10月发射了第一颗TIROS-N，到199 年底已发射了14颗。NOAA卫星的轨道是接近正圆的太阳同步轨道，轨道高度为870KM及833KM，轨道倾角为98.9度和98.7度，周期为101.4分。NOAA卫星的应用目的是日常的气象业务，平时有两颗卫星在运行。由于用一个卫星每天至少可以对地面同一地区进行2次观测，所以两颗卫星就可以进行4次以上的观测。 NOAA卫星上携带的探测仪器主要有高级甚高分辨率辐射计(AVHRR/2)和泰罗斯垂直分布探测仪TOVS AVHRR/2是以观测云的分布,地表(主要是海域)的温度分布等为目的的遥感器，TOVS是测量大气中气温及温度的垂直分布的多通道分光计，由高分辨率红外垂直探测仪(HIRS/2)、平流层垂直探测仪(SSU)和微波垂直探测仪(MSU)组成，这些遥感器的参数见表2.2。AVHRR/2数据还可以用于非气象的遥感，其主要特点是宏观快速、廉价。在农业、海洋、地质、环境、灾害等方面都有独特的应用价值。目前， NOAA运行着5颗极轨卫星：NOAA-14 (1994年12月)， NOAA-15 （1998 5月）， NOAA-16（2000年9月 21）以及最新的NOAA-17（2002年6月24）.， NOAA-12 作为备用星仍然在传送HRPT 资料，而NOAA-15 和NOAA-16 则是业务星。静止轨道气象卫星目前NOAA运行着5颗静止轨道气象卫星，他们是GOES-8和GOES-10(GOES-9作为GOES-8或者GOES-10的轨道备份星) GOES-11在2000年5月3日发射，而GOES-12 则在2001年7月23. 这两颗星都作为GOES-8或者GOES-10失败后的备份替代星系统。GOES-10 CharacteristicsMain body:2.0m (6.6 ft) by 2.1m (6.9 ft) by 2.3m (7.5 ft)Solar array:4.8m (15.8 ft) by 2.7m (8.9 feet)Weight at liftoff:2105 kg (4641 pounds)Launch vehicle:Atlas ILaunch date:April 25, 1997 Cape Canaveral Air Station, FLOrbital information:Type: GeosynchronousAltitude: 35, 786 km (22, 236 statute miles)Period: 1,436 minutesInclination: 0.41 degreesSensors:ImagerSounderSpace Environment Monitor (SEM)Data Collection System (DCS)Search and Rescue (SAR) Transponder资源卫星：它利用星上装载的多光谱遥感设备，获取地物目标辐射和反射的多种波段的电磁波信息，把这些信息发送给地面站。地面站接受了卫星信号后，根据事先掌握的各类物质波谱特性，再对这些信息处理，判读，从而得到各类资源的特征，分布和状态等资料。地面上所有物体都在有规律地反射，吸收和辐射电磁波，这在物理学上被称为光谱特征。每种物体在不同光谱频段下的反射是不一样的，掌握了物体的光谱秘密，再利用卫星上的遥感仪器把测到的信息一对照，人们就可以免去实地勘测之苦而知其全貌了。资源卫星分两类：一是陆地资料卫星，二是海洋资源卫星。对地观测卫星：Landsat系列（陆地卫星）， 第一颗陆地卫星是美国于1972年7月23日发射的是世界上第一次发射的真正的地球观测卫星，原名叫做地球资源技术卫星(Earth Reasource Technology Satellite-ERTS)，1975年更名为陆地卫星，由于它的出色的观测能力推动了卫星遥感的飞跃发展，迄今Landsat已经发射了7颗卫星，但第6颗卫星发射失败，现在运行的是第7号星。前三颗卫星的轨道是近图形太阳同步轨道，高度约为915公里，运行周期103分，每天绕地球14圈，每18天覆盖全球一次，星载的遥感器有：(1) 3台独立的返束光导摄像机（RBV），分三个波段同步成像，地面分辨率为80米，(2)多波段扫描仪(MSS)在绿、红、和近红外的四个波段工作，地面分辨率也为80米。Landsat-4和Landsat-5进入高约705km的近图形太阳同步轨道，每一圈运行的时间约为99分钟，每16天覆盖全球一次，第17天返回到同一地点的上空，星上除了带有与前三颗基本相同的多波段扫描仪(MSS)外，还带有一台专题成像仪(TM)，它可在包括可见光，近红外和热红外在内的7个波段工作，MSS的IFOV为80米,TM的IFOV除6波段为120米以外，其它都为30米。MSS、TM的数据是以景为单元构成的，每景约相当地面上185170km2 的面积,各景的位置根据卫星轨道所确定的轨道号和由中心纬度所确定的行号进行确定Landsat的数据通常用计算机兼容磁带(CCT)提供给用户。Landsat的数据现在被世界上十几个的地面站所接收，主要应用于陆地的资源探测，环境监测,它是世界上现在利用最为广泛的地球观测数据。关于最新的大地7卫星，请参考如下英文资料：（From /Library/Landsat/landsat3.html）Landsat7 launched on April 15, 1999 from the Western Test Range aboard a Delta-II expendable launch vehicle. At launch, the satellite weighed approximately 4,800 pounds (2,200 kilograms). The spacecraft is about 14 feet long (4.3 meters) and 9 feet (2.8 meters) in diameter. It consists of a spacecraft bus, being provided under a NASA contract with Lockheed Martin Missiles and Space in Valley Forge, PA., and the Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) instrument, procured under a NASA contract with Raytheon (formerly Hughes) Santa Barbara Remote Sensing in Santa Barbara, Calif. The ETM+ instrument is an eight-band multispectral scanning radiometer capable of providing high-resolution imaging information of the Earths surface. It detects spectrally-filtered radiation at visible, near-infrared, short-wave, and thermal infrared frequency bands from the sun-lit Earth in a 115 mile (183 kilometer)-wide swath when orbiting at an altitude of 438 miles (705 kilometers). Nominal ground sample distances or pixel sizes are 49 feet (15 meters) in the panchromatic band; 98 feet (30 meters) in the 6 visible, near and short-wave infrared bands; and 197 feet (60 meters) in the thermal infrared band. A Landsat World-Wide-Reference system has catalogued the worlds landmass into 57,784 scenes, each 115 miles (183 kilometers) wide by 106 miles (170 kilometers) long. The ETM+ will produce approximately 3.8 gigabits of data for each scene, which is roughly equivalent to nearly 15 sets of encyclopedias at 29 volumes per set. The satellite will orbit the Earth at an altitude of approximately 438 miles (705 kilometers) with a sun-synchronous 98-degree inclination and a descending equatorial crossing time of 10 a.m. The orbit will be adjusted upon reaching orbit so that its 16-day repeat cycle coincides with the Landsat Worldwide Reference System. This orbit will be maintained with periodic adjustments for the life of the mission. A three-axis attitude control subsystem will stabilize the satellite and keep the instrument pointed toward Earth to within 0.05 degrees. A silicon cell solar array, nickel hydrogen battery power subsystem will provide 1,550 watts of load power to the satellite. A communications subsystem will provide two-way communications with the ground. The command uplink and the housekeeping telemetry downlink will be via S-band while all the science data will be downlinked via X-band. A command and data handling subsystem will provide for commanding, data collection, processing and storage. A state-of-the-art solid state recorder capable of storing 380 gigabits of data (100 scenes) will be used to store selected scenes from around the world for playback over a U. S. ground station. In addition to stored data, real-time data from the Enhanced Thematic Mapper Plus can be transmitted to cooperating international ground stations and to the U.S. ground stations. “斯波特”卫星(SPOT)SPOT卫星是法国研制发射的地球观测卫星，第一颗SPOT卫星于1986年2月发射成功。1990年2月发射了第2号星，第3号星已于1994年发射。SPOT采用高度为830公里，轨道倾角为98.7度的太阳同步准回归轨道，通过赤道时刻为地方时上午10:30。回归天数为26天。但由于采用倾斜观测，所以实际上4-5天就可对同一地区进行重复观测。SPOT携带两台相同的高分辨率遥感器HRV(High Resolution Visible imagine System).它的观测方法不象Landsat那样采用扫描镜，而是采用CCD的电子式扫描，HRV的观测参数见表2.2，它具有多光谱和全色波段两种模式。由于HRV装有可变指向反射镜，能在偏离星下点27(最大可达30)范围内观测任何区域(见图2.6)，所以通过图2.7所示的斜视观测平均二天半就可以对同一地区进行高频率的观测,缩短了重复观测的时间。此外，通过用不同的观测角观测同一地区，可以得到立体视觉效果，能进行高精度的高程测量与立体制图。世界海洋卫星的发射现状世界海洋卫星包括：海洋水色卫星、海洋地形卫星和海洋环境卫星。海洋水色卫星是通过星上装载的遥感设备对海洋水色要素进行探测，为海洋生物资源开发利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发和海洋科学研究等提供科学依据和基础数据。最具代表性的海洋水色卫星是1997年8月1日美国宇航局成功发射的专用海洋水色卫星海星，它标志着因水色遥感器沿海水色扫描仪在1986年停止运转而中断了10年的全球海洋水色遥感数据又得以继续，而且可以得到质量更高的海洋水色资料。美国计划自海星卫星发射开始，进行20年时序全球海洋水色遥感资料的连续积累。到目前为止，世界上已经发射的具有海洋水色遥感功能的卫星已有10多颗。 海洋地形卫星主要是通过卫星上装载的雷达高度计对海洋地形进行探测，它在地球物理、海洋大中尺度动力过程等学科研究上的科学价值以及海洋灾害预报和海底油气资源勘探开发方面的经济价值显而易见。最具代表性的是美国的测地卫星系列和托佩克斯/海神系列卫星。 自美国1978年发射世界上第一颗海洋卫星以来，前苏联、日本、法国、加拿大和印度等相继发射了一系列海洋卫星。这些卫星一般搭载有光学遥感器、主动式微波遥感器和被动式微波遥感器等多种海洋遥感有效载荷，可提供全天时、全天候海况的实时资料，如海表温度、海面风场、有效波高、流场、海面地形、海冰等多项海洋要素，对改进海况数值预报模式和