遥感技术与应用航天遥感及其资料重做PPT课件.pptVIP

第四章 航天遥感及其遥感资料SpaceborneRemoteSensing itsData 1 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 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 2 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 3 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 4 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 5 6 第二节美国Landsat 一 概述美国国家航空航天局NASA NationalAeronauticsandSpaceAdministration 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 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 7 8 三 9 Landsat传感器 RBV ReturnBeamVidicon 反束光导管摄像机 MSS Multi SpectralScanner 多光谱扫描仪 TM ThematicMapper 主题成图仪 ETM EnhancedThematicMapperPlus 增强型主题成图仪 10 Landsat携带传感器及其图像 11 12 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PseudoColor增强 如Slice操作 及多波段的彩色图像 真彩色 NaturalColor 假彩色 FalseColor 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3CD 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 13 14 30mLandsat TMNIRImage AcquisitionDate 2003年7月10日 15 30mLandsat TMFalseColorImage AcquisitionDate 2003年7月10日 16 第三节法国SPOT卫星 17 18 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轨道倾角 98 7度旋转周期 101 46分回归周期 26天 19 20 二 Spot上的传感器 1HRV 高分辨率可见光扫描仪 HighResolutionVisible2HRVIR 高分辨率可见光中红外扫描仪 HighResolutionVisibleandMiddleInfrared3Vegetation 植被成像仪4HRG 高分辨率几何成像仪 HighResolutionGeometry5HRS 高分辨率立体成像装置 HighResolutionStereo 21 三 SPOT卫星图像数据特征ThecharacteristicsofSPOT sData 22 23 四 SPOT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 UniversalTransverseMecatorProjection 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匹配 24 五 SPOT 5影像的主要应用领域 波段序号波段名称主要应用XS 10 49 0 61um 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XS 20 61 0 68um 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XS 30 78 0 89um 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XS 41 58 1 75um 短波红外 探测植物含水量及土壤湿度 区别云与雪PAN0 49 0 69um 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 25 2 5mSPOT PANImage Nanjing 2002年11月7日 26 10mResolutionFalseColorCompositeofSPOT MultispectralImagery Nanjing 2002年11月7日 27 第四节中巴资源1号卫星 CBERS ChinaBrazilEarthResourcesSatellite 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 28 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 30a 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 29 三 SensorsofCBERS thecharacteristicsofitsimagery 30 第五节气象卫星 一 美国的NOAA卫星NOAA NationalOceanicandAtmosphericAdministration 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 2 AdvancedVeryHighResolutionRadiometerModel 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 TIROSOperationalVerticalSounder 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 HighResolutionInfraredSounderModel2 平流层垂直探测器SSU StratosphericSoundingUnit 微波垂直探测器 MicrowaveSoundingUnit 的总称 TIROS TelevisionandInfraredObservationSatellite 泰罗斯 气象卫星 31 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2700KmBand10 58 0 68umBand20 72 1 1umBand33 55 3 93umBand410 3 11 3umBand511 5 12 5um 32 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 3200KmBand1 0 58 0 68um获取白天的云图及地表图像Band2 0 725 1 1umBand3 0 48 0 53umBand4 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 33 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 0 55 1 05 白天的云和地表反射的阳光信息热红外通道 10 5 12 5 昼夜的云和地表发射的热红外信息水汽通道 0 62 0 76 可获得对流层 troposphere 中上部水汽分布信息 34 第六节高分辨率商业卫星 35 36 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 MissiontoPlanetEarth 37 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 EOS 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 38 39 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 40 41 42 MODISParameters 43 44 第八节遥感影像的质量评价与选择 一 空间分辨率 SpatialResolution 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 LinePairs 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 InstantaneousFieldofView 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 MixedPixel 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 45 二 光谱分辨率 SpectralResolution 是指遥感器所选用的波段数量的多少 各波段的波段位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 TemporalResolution 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