遥感平台及运行特点

遥感平台及运行特点5.1概念地球同步卫星：卫星的公转角速度和地球自转角速度相等。运动周期为23小时56分04秒，，相对地球静止，可以观测地球表面三分之一的固定区域，在地球赤道上空约36000km，又称为静止卫星，或地球静止卫星。第2页,共163页，2024年2月25日，星期天地球同步卫星的轨道GSO（GeosynchronousOrbit，地球同步轨道）：轨道平面可与赤道平面成一不为零的夹角。GEO（GeostationaryOrbit，地球静止轨道）：轨道平面和赤道平面的夹角为零的圆形地球同步轨道。第3页,共163页，2024年2月25日，星期天地球同步卫星的轨道GTO（GeosynchronousTransferOrbit/GeostationaryTransferOrbit，地球同步转移轨道）：近地点在1000公里以下、远地点为36000公里的椭圆轨道。是作为地球同步轨道或地球静止轨道的转移轨道。LEO（LowEarthOrbit）Satellite低地球轨道卫星：对地静止卫星飞行在高轨道（22000英里）。第4页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2陆地卫星用于陆地资源和环境探测的卫星称为陆地卫星。5.2.1陆地卫星类Landsat

（1）传感器1972年发射ERTS-1（后改名为Landsat-1）。Landsat-1～3：装载MSS多光谱扫描仪（MultiSpectralScanner），返束光导管（RBV：ReturnBeamVidicon）摄像机。Vidicon：光导摄像管。第5页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类1982年：改进设计了Landsat-4卫星，并发射成功。Landsat-4之后：装有MSS，RBV，TM（ThematicMapper：专题绘图仪）。1999年：Landsat-7：装有MSS，RBV，采用ETM+（增强-加型专题绘图仪），增加了全色波段，分辨率为：15m。全色（Panchromatic，简写：Pan）：对可见光范围内所有波长的光都敏觉的。第6页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（2）特点①轨道：太阳同步近圆形近极地轨道②平均高度：705km（Landsat4～5，7），915km（Landsat1～3）。③重访周期：周期16天（Landsat4～5，7），18天（Landsat1～3）。④扫描宽度：185km。第7页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（2）特点⑤分辨率：30m（TM、ETM+：1～5，7），120m（TM：6），60m（ETM+：6），15m（ETM+：Pan），80m（RBV：1，2，3；MSS：4，5，6，7），40m（RBV：Pan），240m（MSS：8）。第8页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（3）产品等级0R级：经过辐射校正；1R级：未经过系统级几何校正；1G级：经过辐射校正和系统级几何校正。第9页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类SPOT法国于1986年2月发射了第一颗陆地卫星，主要用于地球资源遥感。（1）传感器SPOT1～3：HRV（HighResolutionVisible）高分辨率可见光成像仪；SPOT4：HRVIR（HighResolutionVisibleandInfrared）高分辨率红外成像仪和（VEGETATION）植被成像装置。（也有缩写：VI，VGT）。第10页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类SPOT5：高分辨率几何装置（HRG：HighResolutionGeometry），（VEGETATION）植被成像装置，HRS（HighResolutionStereoscopic）高分辨率立体成像装置。（2）特点①轨道：太阳同步圆形近极地轨道，②平均高度：832km左右。③重访周期：26天。第11页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类④扫描宽度：60km（HRV，HRVIR），117km（HRS），2250km（VI）。⑤分辨率：SPOT1～4：20m（XS），10m（PA）；SPOT5：10m（HRG：XS，HRS：立体像对），5m，2.5m（HRG：PA），1.15km（VEGETATION）。第12页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（3）产品等级1A级：一级辐射校正；1B级：一级几何校正；2A级：二级辐射校正；2B级：二级几何校正；3A级：三级辐射校正；3B级：三级几何校正；第13页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类中巴地球资源卫星（CBERS：ChinaBrazilEarthResourseSatellite）

“资源一号”卫星的技术发展可以分为二个阶段：第一个阶段是以01/02星为代表，具有多光谱、红外以及中等分辨率，体现了20世纪80年代国际先进水平。第二个阶段是以02B/03星为代表，具有多光谱和高、中、低不同分辨率的综合遥感信息获取能力，体现二十一世纪初国际先进水平。第14页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类1999年10月14日，中巴地球资源卫星01星（CBERS-01）成功发射，在轨运行3年10个月；2003年10月21日02星（CBERS-02）于发射升空；2007年9月19日02B（CBERS-02Ｂ）成功发射。第15页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（1）传感器CBERS-01/02：CCD（ChargeCoupledDevice，电荷耦合装置）相机，IRMSS（InfraredMulti-spectralScanner）（红外多光谱扫描仪）、WFI（宽视场成像仪）。CBERS-02B：CCD，WFI，HR（高分辨率相机）。第16页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（2）特点①轨道：太阳同步圆形近极地轨道。②平均高度：778km左右。③重访周期：26天（CCD，IRMSS），5天（WFI），104天（HR）。④扫描宽度：113（CCD），119.5km（IRMSS），890km（WFI），28km（HR）。⑤分辨率：19.5m（CCD），78m（IRMSS：MSS）、156m（IRMSS：IR），256m（WFI），2.36m（HR）。第17页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（2）CBERS-01/02/02B星数据产品分为0～5级①0级产品（原始数据产品）：分景后的卫星下传遥感数据；②1级产品（辐射校正产品）：经辐射校正，没有经过几何校正的产品数据；③2级产品（系统几何校正产品）：经辐射校正和系统几何校正，并将校正后的图像映射到指定的地图投影坐标下的产品数据；第18页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类④3级产品（几何精校正产品）：经过辐射校正和几何校正，同时采用地面控制点改进产品几何精度的产品数据；⑤4级产品（高程校正产品）：经过辐射校正、几何校正和几何精校正，同时采用数字高程模型（DEM）纠正了地势起伏造成的视差的产品数据；⑥5级产品（标准镶嵌图像产品）：无缝镶嵌图像产品。第19页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类2）印度遥感卫星（IRS：IndianRemoteSensingSatellite）

1988年3月17日印度第一颗实用的遥感卫星IRS-1A。IRS共有4个系列：IRS-1：陆地卫星系列，发射了5颗;IRS-1A～1E，1988.3.17～1997.9.29。第20页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类IRS-P：专用卫星系列，发射了6颗;

IRS-P2～P7，1994.10.15～2007.1.10。其中：陆地卫星：P2/5/6；海洋卫星：IRS-P3/4/7。IRS-P4：1999年5月26日发射（Oceansat-1：海洋卫星一号）。印度第一颗海洋卫星。IRS-P5：2005年5月5日发射（Cartosat-1：绘图卫星-1）。第21页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类IRS-P6：2003年10月17日发射（Resourcesat-1：资源卫星-1）。IRS-P7：2007年1月10日发射（Cartosat-2：绘图卫星-2）。IRS-2：海洋和气象卫星系列；Cartosat2A：2008年4月28日发射-军用。Cartosat2B：2010年7月12日发射-制图。IRS-3：SAR卫星系列；第22页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（1）传感器LISS（LinearImagingSelf-Scanner：线性成像自扫描相机）：LISS-Ⅰ，LISS-Ⅱ，LISS-Ⅲ，LISS-Ⅳ。第23页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类LISS-Ⅲ：VNIR（VisualNearInfrared：可见光近红外）。SWIR（ShortWaveInfrared：短波近红外）。PAN（PanchromaticCamera：全景相机）。WIFS（WideFieldSenser：宽视场传感器）。AWIFS（AdvancedWideFieldSenser：高级宽视场传感器）。第24页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类MOS：（ModularOptoelectronicScanner：模块化光电子扫描器）。OCM：（OceanColorMonitor：海洋水色监视仪）MSMR（Multi-frequencyScanningMicrowaveRadiometer：多频率扫描微波辐射计）X-ray第25页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（2）特点①轨道：椭圆轨道，近圆形轨道。②平均高度：817km（1C/P2）905km（1A），904km（1B），736/825（1D），635km（P7）等。③重访周期：5天（LISS-Ⅳ，WIFS），24天（LISS-Ⅲ），22天（LISS-Ⅰ/Ⅱ）。第26页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类④扫描宽度：23.9～70km可调（LISS-Ⅳ，MX模式：多光谱），70km（LISS-Ⅳ，MN模式：PAN），141km（LISS-Ⅲ），810km（WIFS），740km（AWIFS），148km（LISS-Ⅰ/Ⅱ），9.6km（PAN：P7）。⑤分辨率：<1m（PAN：P7），2.5m（PAN：P5同轨立体像对），5.8m（LISS-Ⅳ：MX，MN；LISS-Ⅲ：PAN），23.5m（LISS-Ⅲ：VNIR），70.5m（LISS-Ⅲ：SWIR），189m（WIFS），56m（AWIFS），72.5m（LISS-Ⅰ），36.25m（LISS-Ⅱ）。第27页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类5）ALOSAdvancedLandObservingSatellite：进对地观测卫星。

2006年1月24日发射ALOS。日本地球观测卫星计划主要包括2个系列：大气和海洋观测系列以及陆地观测系列。ALOS是JERS-1与ADEOS的后继星。JERS-1（JapaneseEarthResourcesSatellite-1：日本地球遥感卫星）1992年发射（具体时间不详）；ADEOS（AdvancedEarthObservingSatellite：先进地球观测卫星）：1996年8月17日发射。第28页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（1）ALOS传感器PRISM（PanchromaticRemotesensingInstrumentforStereoMapping：全色遥感立体测绘仪）；AVNIR-2（AdvancedVisibleandNearInfraredRadiometertype2：先进的可见光与近红外辐射计-2）；PALSAR（PhasedArraytypeL-bandSyntheticApertureRadar：相控阵型L波段合成孔径雷达）。第29页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类（2）ALOS特点①轨道：太阳同步轨道②平均高度：691km左右。③重访周期：46天。④扫描宽度：70（PRISM：星下点成像模式，VNIR-2），35km（PRISM：联合成像模式，40～70km（PALSAR：高分辨率模式），250～350km（PALSAR：扫描式合成孔径雷达），20～65km（PALSAR：极化）。

第30页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.1陆地卫星类⑤分辨率：2.5m（PRISM），10m（AVNIR-2），7～44m（PALSAR：高分辨率模式28MHz），14～88m（PALSAR：高分辨率模式14MHz），100m（PALSAR：扫描式合成孔径雷达）24～89m（PALSAR：极化）。⑥PALSAR：L波段，HH、VV、HV、VH极化，入射角8°～60°可调。第31页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2陆地卫星类5.2.2高分辨率卫星：自1994年克林顿总统签署总统令，允许私人公司发射高分辨率卫星和销售产品，使民用高分辨率卫星得到发展。在商业遥感卫星领域，2001年的Quickbird-2号就做到了0.61米全色分辨率，2008年9月6日的GeoEye-1达到了0.41米分辨率，WorldView-1/2也做到了0.5米分辨率。第32页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星美国从事商业遥感实力较强的公司：空间影像（SpaceImaging）公司：IKONOS。轨道图像（Orbimage）公司：Orbview-1～4。

2006年两公司合并为：地眼公司（GeoEye）：IKONOS、Orbview-1～4、GeoEye-1（Orbview-5）。地球观测（EarthWatch）公司：Earlybird。其网络公司：数字地球（DigitalGlobe）公司：Quickbird-2，WorldView-1～2。第33页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星GSD（GroundSampleDistance）：地面采样距离。（像素分辨率）CE90（CircularErrorat90%Probability）：圆点误差。例如2mCE90,即影像中90%以上两点之间测得的结果与实测值之间的误差在2米以内；NMAS（NationalMapAccuracyStandards）（美国）国家地图精度标准。RPC（RationalPolynomialCoefficient）文件：有理多项式函数系数文件。第34页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星1）IKONOS（美国）

1999年4月27日IKONOS1发射失败。1999年9月24日IKONOS发射成功。第一颗高分辨率的商业卫星。载有高性能的GPS接收机，恒星跟踪仪和激光陀螺，保证了在没有地面控制的情况下，KONOS卫星影像也能达到较高的地理定位精度。第35页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星特点：（1）轨道：太阳同步轨道。（2）平均高度：681km。（3）扫描宽度：13km。（4）重访周期：2.9天（1m分辨率），1.5天（1.5m分辨率）。（5）分辨率：4m（MSI），1m（Pan）。0.82m（Pan，星下点）。（6）制图精度（无控制点）：水平精度12m，垂直精度：10m。第36页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星立体成像：异轨立体成像，侧摆成像（横轨迹方向）；同轨立体成像，前后摆动成像（沿轨迹方向）；数据获获方式：存档数据、编程数据；产品类型：GEOL2，单片；Orthokit采集角度>70；GeoL2立体Stereo。第37页,共163页，2024年2月25日，星期天产品类型定位精度正射纠正采集角度构成立体CE90RMSNMASGeo<=50mN/AN/A否60º--90º否Reference<=25.4m<=11.8m1:50000是60º--90º是Pro<=10.2m<=4.8m1:12000是66º--90º否Precision<=4.1m<=1.9m1:4800是(GCP)72º--90º是PrecisionPlus<=2m<=0.9m1:2400是(GCP)75º--90º否产品分级第38页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星2）Orbview（美国）

1995年4月3日Orbview-1(MicroLab1)发射成功。大气成像卫星。有效载荷：OTD（OpticalTransientDetector：光学瞬间探测器)，GPS/MET。1997年8月1日Orbview-2（SeaStar）发射成功。海洋多光谱成像卫星。第39页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星2001年9月21日Orbview-4发射成功。装载有：1m分辨率的全色相机，多光谱4米分辨率的遥感器，8m分辨率的200个通道的高光谱影像。2003年6月26日Orbview-3发射成功。携带了全色1米分辨率和多光谱4米分辨率的遥感器。2008年9月6日的GeoEye-1（Orbview-5）第40页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星2008年9月6日的GeoEye-1（Orbview-5）

GeoEye-1（Orbview-5）:（1）轨道：太阳同步轨道。（2）平均高度：681km。远地点（Apogee）：687km，近地点（Perigee）：670km。（3）扫描宽度：星下点15.2km；单景225km2(15×15km)。（4）重访周期：2-3天。第41页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.2高分辨率卫星（5）分辨率：星下点：0.41m（PAN），1.65m（MS：4个波段）；侧视28°：0.5m（PAN）。（6）定位精度（无控制点）：立体：CE90：4m；LE90：6m；单片：CE90：5m。第42页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星1）遥感影像按光谱分辨率分类

陈述彭（1920年2月-2008年11月25日）等，于1998提出以光谱波长λ数量级对遥感影像分类：（1）多光谱（Multispectral）：一般只有几个、十几个光谱通道；在波段之间存在间隔。光谱分辨率在λ/10数量级范围。如：Landsat：RBV，MSS，TM；SPOT。第43页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星（2）高光谱（Hyperspectral）：成像光谱仪在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。（Lillesand&Kiefer2000）。光谱分辨率在λ/100数量级范围（1～10nm）。目前，中国有很多的公开发表的文章把Hyperspectral翻译成：高光谱、超光谱。（3）超光谱（Ultraspectral）：光谱分辨率在λ/1000数量级范围。第44页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星2）高光谱仪的类型（1）地面光谱仪美国：DAIS、ASD、GER、热红外FT-IR。澳大利亚：PIMA。（2）机载成像光谱仪

美国：AIS、AVIRIS（机载可见光/红外成象光谱仪），DAIS，SEBASS（SpatiallyEnhancedBroadbandArraySpectrographSystem：空间增强宽波段阵列光谱仪，242个热波段）。第45页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星

（2）机载成像光谱仪-续

澳大利亚：HyMap；加拿大：FLI、CASI；中国：OMIS系列（实用型模块化成像光谱仪）、MAIS、PHI（推帚式成像光谱仪）；德国：ROSIS。第46页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星（3）星载成像光谱仪美国：美国EOS-AM1、EOS-PM1卫星的MODIS、美国EOS-AM1卫星的ASTER探测器，美国EO-1卫星：Hyperion探测器(2000年11月)，军用卫星MightySat-2.1卫星上的FTHSI(256个热波段)；欧洲环境卫星ENVISAT上的MERIS，欧空局2000年10月22日发射的PROBA小卫星上的CHRIS；第47页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星（3）星载成像光谱仪-续澳大利亚：ARIES；德国：EnMAP（2012待发）；日本：NASDA之ADEOS-2卫星(搭载GLI（244波段）)皆发射成功。中国：2008年9月6日,环境减灾小卫星星座A/B星(HJ-1A/B)成功发射，搭载高光谱成像仪，0.45-0.95μm，有110-128个波段、光谱分辨率优于5nm。第48页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星第一个推帚式(pushbroom)机载成像光谱仪为加拿大Moniteq的FLI(FluorescenceLineImager，1984年)。第一个星载成像多光谱仪是德国DLR的MOS-IRS(MultispectralOptoelectronicScanner，1996年)。第一台星载高光谱仪为美国TRW所推出HSI：HyperspectralImagers，384个波段，1997年8月25日)。第49页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星3）常用星载传感器（1）MODIS（ModerateResolutionImagingSpectroradiometer：中分辨率成像光谱仪）

EOS（EarthObservingSystem）卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。1999年12月18日，EOS的Terra（地球）（上午星：每日地方时上午10：30时过境）发射升空，主要目的是观测地球表面。第50页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星2002年5月4日，EOS的Aqua（水）（下午星：每日地方时下午1：30时过境）发射升空，主要目的是观测地球海洋。MODIS是搭载在Terra（上午星）（EOS-AM1）、Aqua（下午星）（EOS-PM1）卫星上的传感器。MODIS是被动式成像分光辐射计，共有490个探测器。第51页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星MODIS（传感器）特点：①轨道：太阳同步极轨。②平均高度：705km③图像幅宽：2330km(垂轨)X10km(星下点顺轨)。④重访周期：1-2天。第52页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星MODIS（传感器）特点：⑤地面分辨率：250m（Band1-2），500m（Band3-7），1000m（Band8-36）。⑥波段：0.4-14.4μm，36个波段。⑦光谱分辨率：10nm（Band9-15）。其余的为15-300nm不等。第53页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星（2）Hyperion1994年下半年，美国NASA开始制订新千年计划(NMP：NewMillenniumProgram)。NMP的目的是通过发射试验卫星来验证一系列21世纪卫星新技术，称为飞行验证。在2000年以前已列入3项计划的有：地球观测（EO：EarthObserving）计划；深空探测（DS：DeepSpace）计划；空间技术（ST：SpaceTechnology）计划。第54页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星

EO卫星计划已确定3项任务：EO-1、2、3。目前，EO-1卫星已发射，EO-2、3卫星尚未发射。2000年11月21日，美国NASA发射了一颗的卫星--地球观测-1（EO-1：EarthObserving-1）卫星。EO-1内装：先进陆地成像仪（ALI：AdvancedLandImager）、LEISA（大气校正仪LAC）和高光谱成像仪(Hyperion)等3台仪器。

第55页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星高光谱仪：LEISA大气校正仪LAC（LEISAAtmosphericCorrector）：有256个波段，0.85~1.65μm，光谱分辨率：1.0~2.5nm。高光谱成像仪(Hyperion)第56页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.3高光谱类卫星Hyperion（传感器）特点：①轨道：太阳同步轨道。②平均高度：700km。③扫描宽度：7.5km。④重访周期：16天。⑤波段：0.4～2.5μm，波段数220。⑥地面分辨率：30m。⑦光谱分辨率：10nm。第57页,共163页，2024年2月25日，星期天5.2.4SAR类卫星（雷达卫星）

卫星上载有合成孔径雷达（SAR）的对地观测遥感卫星的统称。自1978年6月27美国发射了第一颗载有SAR的卫星Seasat以后，俄罗斯、欧空局、加拿大、日本、印度等都分别发射了许多SAR卫星，如SeasatSAR,AlmazSAR,JERS-1SAR,ERS-1/2SAR，与它们搭载在同一遥感平台上还装载着其他传感器，用于海洋和陆地探测。第58页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3气象卫星气象卫星（MeteorologicalSatellite）：从外层空间对地球及其大气层进行气象观测的人造地球卫星。实际外文网站：Weathersatellite。遥感探测仪器①成像仪：采集大气窗口的数据。②垂直探测仪：采集大气吸收带及其边缘的数据。第59页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3气象卫星气象卫星分类

按轨道分为：地球静止轨道气象卫星（GeostationaryMeterologicalSatellite，简称GMS）和太阳同步轨道气象卫星，也称极地轨道气象卫星（简称：PolarOrbitingMeterologicalSatellite，POMS）。按是否用于军事目的分为：军用气象卫星和民用气象卫星。到目前为止，美国、苏联、日本、欧洲空间局、中国、印度等共发射了100多颗气象卫星。第60页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星

静止轨道气象卫星又称为高轨气象卫星，或地球同步轨道气象卫星。特点：时间分辨率高，20-30分钟获得一次观察资料，可连续观察，时效性好，适于地区性、短期气象业务。如：对监测灾害性天气，海洋动力学等。探测仪器：可见光红外自旋扫描辐射计（VISSR：VisibleandInfraredSpin-ScanRadiometer）。第61页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星（1）美国GOES卫星美国的静止气象卫星也经历了试验和业务两个阶段。试验阶段的卫星ATS1～6。1966.11.07～1974.5.30。ATS（ApplicationTechnologySatellite，应用技术卫星）采用LEO轨道卫星系统用于气象、通迅、卫星稳定技术的实验。

第62页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星业务阶段

GOES（GeostationaryOperationalEnvironmentalSatellite，地球静止轨道环境业务卫星），采用双星运行体制，GOES-East卫星和GOES-West卫星分别定点在75°W和135°W的赤道上空，覆盖范围为20°W～165°E，占近1/3地球面积。第63页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星第1代业务静止气象卫星GOES1～3。有效载荷：GOESA～C。1975.10.16～1978.06.16。采用自旋稳定方式，主要装载了可见光/红外扫描辐射计（VISSR）。第2代业务静止气象卫星GOES4～5，G，7。有效载荷：GOESD～H。1980.09.09～1987.02.26。采用自旋稳定方式，主要改进是采用可见光红外自旋扫描大气辐射探测仪（VAS），又增加了大气探测器，从而能进行垂直温度和湿度探测。第64页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星第3代业务静止气象卫星GOES8～12。有效载荷：GOESI～M。1994.04.13～2001.07.23。采用三轴稳定，星上垂直探测器和成像仪可同时独立进行探测，分辨率和灵敏度大为提高。第65页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星第4代业务静止气象卫星GOES13～15。有效载荷：GOESN～P。2006.05.24～2010.03.04。拥有更稳定的平台支持更新的成像仪、垂直探测器和太阳X射线成像仪(SXI)等。第5代业务静止气象卫星计划于2012年发射。

第66页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星（2）印度INSAT卫星“印度卫星”（INSAT）是集通信、广播和气象探测于一身的多功能静止卫星。第一代INSAT-1多用途卫星INSAT-1A～D。1982.04.10-1990.06.12。C波段、S波段信号转接器，向全国各提供通信和电视节目的转播，同时还进行气象和灾害的预警功能。第67页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星第二代INSAT-2卫星总共5颗，其中有气象探测功能:INSAT-2A/2B/2E。1992.07.09～1993.06.04。卫星装载了18台C-波段和两台S-波段的信号接收和发送器，一台2千米分辨率(IR8千米)气象成像系统。第68页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星第三代INSAT-3卫星总共4颗，其中有气象探测功能:INSAT-3B/3A。2000.03.12-2003.04.10。它可以传送无线通讯、电视广播、气象信息，以及卫星辅助搜救服务，其寿命为12年。Insat-3A，有12个C波段、6个扩展C波段、6个Ku波段。第69页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.1静止轨道气象卫星2002年9月12日发射了METSAT（改名作为“KALPANA-1”）

采用地球同步转移轨道（GTO）。卫星上装载有一台甚高分辨率辐射计(VHRR)，它能用可见光、水气和热红外三个谱段获取地球的图像。其可见光谱段的空间分辨率为2km×2km，水气和热红外谱段的空间分辨率为8km×8km。第70页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星

极地轨道气象卫星又称为低轨气象卫星，或太阳同步轨道气象卫星。特点：中等重复周期，中期数值天气预报、气候演变预测、全球生态环境变化（如：大气成分变化）、军事资料等。探测仪器（有效载荷）：自动图像传输仪（APT）、电视摄像机、扫描辐射计、垂直湿度轮廓辐射仪、数据收集平台转发设备等。第71页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星（1）美国NOAA卫星美国极轨气象卫星系列包括NOAA、DMSP和NPOESS。NOAA：NationalOceanicandAtmosphericAdministration，（美国）国家海洋和大气管理局。DMSP：DefenseMeteorologicalSatellitesProgram，国防气象卫星计划。NPOESS：NationalPolarOrbitingOperationalEnvironmentalSatelliteSystem，国家极轨业务环境卫星系统。第72页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星第一代称为TIROS实验卫星系列TIROS试验气象卫星系列Tiros1～10，ESSA1～2。有效载荷：TirosA～B（A-1～A-3）、TirosD（A-9）、TirosE（A-50）、TirosF2（A-51）、TirosG～I（A-52～A-54）、TirosOT1～OT3。1960.4.1～1966.2.28年。TIROS（TelevisionInfraredObservationSatellite：电视摄影及红外观测卫星）最后两颗才是太阳同步轨道卫星。第73页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星TOS实用气象卫星系列

ESSA3～9。有效载荷：TOSA～G。1966.10.2～1969.2.26。TOS（TIROSOperationalSatellite：TIROS工作卫星）ESSA：（EnvironmentalScienceServicesAdministration，环境科学服务业务卫星）。均为太阳同步轨道气象卫星。

第74页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星第二代称为ITOSITOS1，NOAA1，ITOSB，NOAA2，ITOSE，NOAA3～5。有效荷载：TIROS-M和ITOSA～B，ITOSD～H。1970.1.23-1976.7.29。ITOS（ImprovedTIROSOperationalSatellite：Tiros改进型工作卫星）气象卫星采用三轴稳定第75页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星第三代称为TIROSN业务气象卫星TIROSN（ATN）TIROS-N，NOAA6，NOAAB,NOAA-7,12,17。有效载荷：TIROS-N，

NOAAA～D，M。1978.10.13-2002.6.24。AdvancedTIROSNNOAA8～11，13～16，18～19。有效载荷：NOAAE～I，K，K～L，N～O）。1983.3.28-2009.2.6。采用三轴稳定方式。第76页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星（2）苏联/俄罗斯Meteor卫星试验阶段苏联早在1964.8.28～1969.2.1年间就发射了20多颗“宇宙”（Cosmos）系列卫星进行气象探测试验。最后一颗：Meteor：1969年2月1日第77页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星业务阶段第一代极轨气象卫星Meteor1(流星-1)总共31颗，Meteor1-01～31。发射于1969.03.26～1981.07.10。MeteorMMeteor1-01～17，19～24，26～27。1969.03.26～1977.04.05

第78页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星Meteor-PrirodaMeteor1-18，25，28～31。1974.07.09～1981.07.10第二代极轨气象卫星Meteor2Meteor2-01～03，Cosmos1045，Meteor2-04～21。1975.07.11～1993.08.31第三代极轨气象卫星Meteor3

共7颗，Cosmos1612，Meteor3-01～06，1984.11.27～1994.01.25第79页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星第四代极轨气象卫星Meteor3MMeteor3M-N1，2001年12月10日发射。Meteor3M-N2未发射。第80页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.3中国气象卫星1）风云一号（FY-1）风云一号气象卫星（FY-1）是中国研制的第一代太阳同步轨道气象卫星。共4颗，风云一号A～D。1988.9.7～2002.5.15第81页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星风云一号C特点：轨道：近极地太阳同步轨道平均高度：863km。重访周期：1.061天。扫描宽度：2800km（10个通道）。空间分辨率：10个通道1.1km；4个通道4km。辐射分辨率：1024个等级（10个通道）。第82页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.2极地轨道气象卫星2）风云二号（FY-2）共5颗，风云二号A～E。两颗试验星（风云二号A～B），三颗业务星（风云二号C～E）。3）风云三号（FY-3）

风云三号：2008年5月27日发射成功。4）风云四号（FY-4）风云四号气象卫星是我国第二代静止气象卫星，正在研制。第83页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.4气象卫星主要观测内容1）卫星云图的拍摄。2）云顶温度、云顶状况、云量和云内凝结物相位的观测。3）陆地表面状况的观测，如冰雪和风沙，以及海洋表面状况的观测，如海洋表面温度、海冰和洋流等。4）大气中水汽总量、湿度分布、降水区和降水量的分布。第84页,共163页，2024年2月25日，星期天5.3.4气象卫星主要观测内容5）大气中臭氧的含量及其分布。6）太阳的入射辐射、地气体系对太阳辐射的总反射率以及地气体系向太空的红外辐射。7）空间环境状况的监测，如太阳发射的质子、α粒子和电子的通量密度。第85页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4微波遥感基础5.4.1微波1）概念（略）2）微波波段第86页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.1微波波段代号标称波长(cm)频率波长(GHz)波长范围(cm)P651-0.330-100L221-230-15S102-415-7.5C54-87.5-3.75X38-123.75-2.5Ku212-182.5-1.67K1.2518-271.67-1.11第87页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.1微波波段代号标称波长(cm)频率波长(GHz)波长范围(cm)Ka0.827-401.11-0.75U0.640-600.75-0.5V0.460-800.5-0.375W0.380-1000.375-0.3在微波遥感中，广泛应用L波段、C波段、X波段，有时也用P波段。第88页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.1微波波段频率（GHz）测量对象L1-2波浪S3-4地质C4-8土壤水分X8-12降雨Ku12-18风，冰，大地水准面K18-27植被Ka27-40雪W80-100云第89页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点1）微波性质微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。（1）穿透对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。（2）反射对金属类东西，强烈反射微波。第90页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点（3）吸收水和食物会吸收微波而使其中的极性分子高频振动从而发热。如：微波炉。物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，吸收微波的能力也弱。极性分子：分子内部正负电荷分布不对称，显示局域电荷特性。第91页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点（4）非电离性微波的量子能量不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键。但在物理学方面，分子、原子与核系统所表现的许多共振现象都发生在微波的范围，因而微波为探索物质的基本特性提供了有效的研究手段。如：深脂熔脂仪——采用微波共振技术。第92页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点2）微波的热效应和非热效应（1）热效应因为微波具有穿透性，当微波穿透某种物质时，这种物质吸收微波的能量，物质中极性分子在微波高频电场的作用下反复快速取向转动而摩擦生热，引起温度的升高。第93页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点（1）热效应-续当微波的功率密度为0.5w/cm2、单个脉冲释放的能量达到20J/cm2时，会造成人体皮肤轻度烧伤；当功率密度为20w/cm2时照射2秒，可造成三度烧伤；当功率密度为80w/cm2时，仅1秒就可使人丧命。103～104W/cm2时，会在很短的时间内使目标受高热而破坏，甚至能够提前引爆导弹中的战斗部或炸药。金属不受热效应的影响。第94页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点（2）非热效应指除热效应以外的其他效应，例如电效应、磁效应及化学效应等。①使微生物的生理活性物质发生变化。②电场也会使细胞膜附近的电荷分布改变，导致细胞膜功能障碍。③微波还可以导致细胞DNA和RNA分子结构中的氢键松弛、断裂和重新组合。第95页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点微波武器非热效应的杀伤作用杀伤人员当微波照射强度低时，微波的功率密度达到13mw/cm2，使导弹和雷达的操纵人员、飞机驾驶员以及炮手、坦克手等的生理功能紊乱（如烦躁、头痛、记忆力减退、神经错乱以及心脏功能衰竭等）。只要目标的缝隙大于微波的波长，微波就可以经过这些缝隙进入目标的内部，还可通过玻璃或纤维等不良导体进入驾驶舱内，杀伤里面的人员。第96页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点破坏各种武器系统中的电子设备

当微波的功率密度为0.01～1μW/cm2时，可以干扰相应频段的雷达、通信、导航设备的正常工作；0.01～1W/cm2时，可使探测系统、武器系统设备中的电子元器件失效或烧毁；10～100W/cm2时，高频率微波辐射形成的瞬变电磁场可使金属表面产生感应电流，通过天线、导线、电缆和各种开口或缝隙耦合到卫星、导弹、飞机、舰艇、坦克、装甲车辆等内部，破坏各种敏感元件。如传感器和电子元器件，使元器件产生状态反转、击穿，出现误码、记忆信息抹掉等。第97页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点能够攻击隐身武器隐身武器除了具有独特的气动外形设计以减少雷达反射波之外，更重要的是采用吸波材料，吸收雷达要探测的电磁波。高频率微波源的发射功率足以抵消这种隐身效果，轻者可使机毁人亡，重者甚至可使武器即刻熔化。第98页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点3）微波特点（1）微波能够夜间工作，具有穿透云层、雾和小雨的能力，因此微波能全天候，全天时工作；（2）对某些地物具有特有的波谱特征如：微波波段冰、水的的比辐射率悬殊，分别为0.4和0.99，可以很好区分。对金属强的强烈反射。第99页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点（3）微波对某些地物有穿透能力如对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力，可以探测林中的军事目标、地下古墓等。趋肤深度：电磁波衰减(振幅减小)1/e倍(约37%)的穿透深度。式中：

ε：地物介电常数；

σ：地物导电率；H：穿透深度。第100页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点如对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力，可以探测林中的军事目标、地下古墓等。L波和P波比K或X波段更有穿透力。对于森林，C波段雷达波长较短，所以在树冠就反射了，没有穿透力；但其它较长波段，由于大多数树叶较小对雷达波的传播不影响。第101页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.2微波特点（4）微波遥感器可采用多频率、多极化、多视角方式工作，具有多普勒效应，从而获取目标的多种信息。（5）可以记录目标的相位信息，通过相位差，确定两点间距离的方法。（6）微波频率很高，在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，其信息容量大。第102页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器1）分类（1）按成像方式分类：非成像遥感器和成像遥感器。非成像遥感器有微波散射计，雷达高度计，微波辐射计。微波散射计：测量地物表面（体积）的散射或反射特性，用于研究极化和波长变化对目标散射特征的影响。雷达高度计：根据往返双程的时延，测量计算遥感平台到目标距离。第103页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器

微波辐射计（MicrowaveRadiometer）：直接接收物体发射的微波。所测得的信号，不只是目标的亮度温度，还包括了大气层和其它一些影响。微波辐射计也用于其它遥感器的大气修正。第104页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器成像遥感器分为微波辐射计，侧视雷达，合成孔径侧视雷达。微波扫描辐射计（MicrowaveScanningRadiometer）：有扫描功能的微波辐射计。微波扫描辐射计有两种扫描方式：机械方式：用机械方法旋转天线，实现多频率扫描。（缺点：惯性大、速度慢。）电子方式：采用可控射束扫描天线（相控阵天线），通过相位消除或增强的方法改变天线的指向。第105页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器（2）按辐射源分类：被动遥感器和主动遥感器。被动（无源）遥感器有：微波辐射计。主动（有源）遥感有：微波散射计，雷达高度计，真实孔径雷达，合成孔径侧视雷达（SAR）等。雷达（此处略，单独有一节讲解）第106页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器2）微波传感器的观测内容（1）SAR类传感器主要观测海浪、内波、海底地形、浅海水深、边界流、涡旋和锋面，准确地确定海水边界、海冰类型、密集度和冰间水域、能监测油膜污染、舰船和海岸带变迁等。内波：流体运动中最大振幅在流体内或在一个内边界上的波动。第107页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器（2）微波辐射计主要用于探测土壤温度、海面温度、降水、大气水汽含量、积雪、土壤成分；还可以得到植被生长情况，对农作物进行估产。（3）雷达高度计可获得海浪的有效波高、洋流、波浪、潮汐等海洋动力学参数。第108页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.3微波遥感传感器（4）微波散射计可以测量海面风速与风向，从而测到海面风场，可应用于海洋动力学研究、海况预测及灾害监测等许多方面。第109页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础主动遥感利用地物后向散射；被动遥感利用地物微波辐射。微波与目标的相互作用，可以测量目标的后向散射特性、多普勒效应、极化（偏振）特性等，还可以反演目标的物理特性（介电常数、湿度等），及几何特性（目标大小、形状、结构、粗糙度等）多种有用信息。第110页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础1）微波的散射（1）表面散射①镜面反射入射电磁波的波长大于物体表面的起伏程度（λ>h），则可看成“镜面”，入射的能量与表面相互作用后形成两束平面波，一束为表面向上的反射波，即镜面反射。另一束为表面向下的折射波或透射波。镜面反射微波很少返回到雷达接收机中，因此显得很暗。第111页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础第112页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础②漫反射入射电磁波的波长小于物体表面的起伏程度（λ<h）或小于构成表面的颗粒的线度时，即使肉眼看上去是光滑的，对入射电磁波来说，仍是一个粗糙面，它对入射电磁波的反射是漫反射，亦即散射（这符合朗伯余弦定律），回波较强。另外一种称为“角隅反射”，其反射回波强度更大。第113页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础2）体散射体散射指在介质内部产生的散射，为经多次散射后所产生的总有效散射。当介质不均匀，或不同介质混合的情况下，往往发生体散射。如：降雨(属多个散射体分布)、土壤、积雪内部、植被等。3）散射截面与散射系数散射截面：一个可与目标等效的各向同性反射体的截面积。后向散射：沿电磁波入射方向返回的散射；第114页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础2）雷达方程式中：Wt：接收功率；Wτ：发射功率；G：天线增益；R：目标离雷达的距离；

σ：目标的雷达散射截面；Ar：接收天线孔径的有效面积第115页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础3）多普勒效应(Doppler)

尽管对于飞机或空间飞行器的运动速度来说，频率的改变是很小的，但它对遥感是有用的。遥感利用多普勒效应，可以观测目标的运动，得到地表物体的信息，并可以通过外差技术测出和区分多普勒频移，以避免产生图像模糊，确保获得高分辨率的雷达图像。第116页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础4）地面目标特性（1）复介电常数物体的复介电常数ε反映本身的电学性质，它是由物质组成及湿度决定的。介电常数ε越大，回波强度越强，雷达图像上色调越浅。例如：金属桥梁、铁轨、飞机的ε大，反射雷达波很强，呈浅色。基岩的ε大于沙丘的ε，因而在雷达图像上，基岩较沙、沙丘色浅。第117页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础水的ε较大(约80分贝)，呈浅色。但若呈镜面反射则雷达天线接收不到回波而呈黑色。地面物体不同的含水量将反映出不同的反射强度。（2）地形坡度（入射角θ）朝向飞机方向的坡面反射强烈，朝天顶方向就要弱些，背向飞机方向反射雷达波很弱，甚至没回波。没回波的地区称为雷达盲区。其次，地形坡度产生阴影效果，增强了图像的立体形状。第118页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.4微波遥感基础（3）表面粗糙度表面粗糙度对雷达回波有明显反映，它可使雷达回波有40dB（分贝）的变化。镜面反射，雷达天线几乎不接收回波，图像色调暗；漫反射，雷达回波增大，图像色调浅，由于回波幅度具有随机性，图像呈现一系列亮度不一的光斑。第119页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.5雷达1）雷达（Radar：RadioDirectionandRange）：无线电检测和测距。2）雷达分类（1）按是否成像：成像雷达和非成像雷达。（2）按孔径：成像雷达又分为真实孔径雷达（RAR：RealApertureRadar）和合成孔径雷达（SAR：SyntheticApertureRadar）。二者均为侧视雷达。真实孔径的空间分辨率较低（约为1km～2km量级）第120页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.5.1真实孔径雷达1）侧视雷达（SLAR：SideLookingApetureRadar）（1）天线的安装与遥感平台的运动方向形成一定的角度，朝向一侧或两侧倾斜安装，向侧下方发射一束窄微波脉冲，覆盖地面上的一个条带,传感器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。第121页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.5.1真实孔径雷达A：飞行方向flightdirection；B：天底nadir；E：方位向azimuthflightdirection；D：距离向lookdirection；W：扫描宽度

swath

width第122页,共163页，2024年2月25日，星期天5.4.5.1真实孔径雷达α：入射角incidenceangle；β：视角lookangle；L：斜距