遥感观测系统.pdf

1、 各 遥感观测系统 简介 一 、 遥感观测系统简介 ： 遥感观测系统由平台、传感、接收、处理应用各子系统所组成。 利用遥感器从空中来探测地面物体性质，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。 图 1.1 遥感 系统 如表 1.1所示 ，可以很清楚的知道 不同 的分类依据下对遥感观测系统的分类 表 1.1 遥感观测 系统的分类 分类方法 遥感的 类型 按搭载传感器的工作平台分类 地面遥感、航空遥感、航天遥感。 按传感器的工作方式分

2、类 主动式遥感和被动式遥感。 按传感器的工作波段分类 紫外遥感、可见光 遥感 、红外遥感、微波遥感、多光谱遥感。 如 表 1.2， 表 1.3， 表 1.4是不同 分类依据下各类型遥感 系统 的介绍及比较。 表 1.2 地面遥感 、航空遥感和航天遥感的比较 遥感 类型 特点 区别 地面遥感 把遥感平台安置在地表的遥感方式， 通常高度在 100m以下。传感器装在遥感汽车、遥感船或遥感高塔等地面平台上，由人工直接操作 ， 如陆地立体摄影、地面地物光谱测试。 航空 遥感 是指利用各种飞机、飞艇、气球等作为传感器运载工具在空中进行的遥感技术，是由航空摄影侦察发展而来的一种多功能综合性探测技术。航空遥感

3、平台 一般在 100m 以上 ， 100km 以下。 航天 遥感 在地球大气层以外的宇宙空间，以人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、火箭等航天飞行器为平台的遥感， 通常其遥感平台 的 高度 240km以上。 表 1.3 主动 式遥感和 被动式 遥感的比较 遥感 类型 区别 主动 式遥感 由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波 被动式 遥感 传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波 表 1.4 按工作 波段 分类 的 各类 遥感的 特点 遥感 类型 工作波段 紫外 遥感 0.3 0.38um之间

4、 可 见观遥感 0.38 0.76um之间 红外 遥感 0.76 14um之间 微波 遥感 1mm 1m 之间 多光谱 遥感 可见光与红外波段范围之内 二 、 遥感传感器介绍： 遥感 是利用 遥感 传感器 即 遥感器对地物 进行 探测的，那么 ， 什么是遥感器呢 ？ 遥感器 可以 分为哪些呢？下面 就 来简单一 下 遥感器 。 1、 遥感器的 概念： 遥 感器是遥感技术中的核心组成部分，是收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具，是直接用于测量探测对象的电磁辐射、反射或散射特性的系统 。通常安装在各种不同类型和不同高度的工作 平台上 (如飞机、高空气球和航天器 )，不断地发射和吸收电磁波。它的

5、性能决定了遥感的能力，即传感器对电磁波波段的响应能力 (如探测灵敏度和波谱分辨率 )，传感器的空间分辨率及图像的几何特征，传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度等。利用各种波段的不同的遥感器可以接收这种辐射的或反射的电磁波，经过处理和分析，有可能反应出物体的某些特征 ,借以识别物体。 2、 遥感器 的组成： 传感器主要由以下四个系统组成 : 图 2.1 遥感器 的基本组成 如 表 2.1所 示，为遥感器的分 类 。 表 2.1 遥感器 的分类 遥感 信息 记录 器 名称 方式 波段 无源 （ 被动 式） 遥感器 有源 （ 主动 式） 遥感器 摄影 式成像 扫描 式成像 非 成像式 成 像式

6、 非 成像式 近 紫外波段 （ 0.30.4m ） 紫外 照相机 紫外 扫描仪 可见 光波段 （ 0.380.76m常规 照相机（ 全色、彩近 束 视 像管摄影机 、可见光 波段 多光谱 扫描仪 、 专题制图可激光 扫激） 色） 、 多光谱照相机（ 可见光 波段 部分 ） 仪（ TM-1、 2、 3） 、可见光波段电荷耦合器件刷式扫描仪 见光 辐射计 描仪 光 高度计 红外 波段： 反射 红外波段 （ 0.72.5m ） 热 红外波段 （ 314m ） 多光谱照相机 （近 红外波段部分） 红外 波段多光谱扫描仪、专题制图仪（ TM-4、 5、 6、 7） 、近红外波段电荷耦合器件刷式扫描仪 红

7、外 辐射计 微波 波段 （ 1cm100cm） 微波 扫描辐射计 微波 辐射计 真实 孔径侧视雷达（ 8mm3cm）、 合成孔径侧视雷达（ 325cm） 微波 散射计、微波高度计 下面 ， 根据 遥感 观测 系统的 不同 工作平台 层面 来 分别 介绍 各 遥感 系统 。 三、 地面 遥感： 1、 遥感 平台： 三 脚 架： 0.75-2.0米； 对测定各种地物的波谱特性 进行 地面摄影。 （如图 3.1.1） 遥感 塔：固定地面平台 ； 用于测定固定目标和进行动态监测 ；高度 在 6 米 左右。 （如图3.1.2） 遥感 车 、 船：高度可 变化； 测定地物波谱特性、取得地面 图像 ；遥感船

8、除了从空中对 水面 进行遥感外，可以对海底进行遥感。 （如 图 3.1.3） 图 3.1.1 三 脚 架 图 3.1.2 遥感 塔 图 3.1.3 遥感车 、 船 2、 ASD FieldSpec 系列波谱仪： FieldSpec HandHeld 分光辐射光谱仪适用于从遥感测量，农作物监测，森林研究到工业照明测量，海洋学研究和矿物勘察的各方面应用。易操作如望远镜，并且可以左手或右手操作。此仪器可用做测量辐射，辐照度， CIE颜色，反射和透射。 波长范围： 350 - 1050 nm。 图 3.2.1 FieldSpec HandHeld 仪器结构 A-快速保存按钮 B- 低电量指示器， C

9、- RS-232串行 PC接口插座 ; D - AC 电源插孔， E - 电源开 /关 ， F-电源指示器 表 3.2.1 FieldSpec HandHeld 各种 参数 仪器 名称 FieldSpec HandHeld 地物光谱仪 探测器 512像素阵列 PDA 波长范围 350 1050 nm 采样速率 10次 /秒 积分时间 用户可选， 2n17 毫秒 平均次数 最多可达 31,800 次 波长精度 +/-1nm 波长重复性 优于 +/-0.3nm +/-10C 温度变化 光谱采样间隔 1.4 nm 350-1050 nm 光谱分辨率 3 nm 700 nm 测量方式 适用于手持或安装

10、在三脚架上 软件 RS3标准软件包；可实时测量原始数据 外形尺寸 12 x 36 x 29 cm 探头视角 25度锥角 FieldSpec 4 是为地物环境遥感专门设计而成，能够捕获可见和近红外光谱（ visible and near-infrared， VNIR），短波红外光谱 （ short-wave infrared， SWIR） 。该仪器是一个紧凑坚实、野外便携和精密的仪器，采集光谱范围： 350-2500 nm，快速采集数据：一个光谱数据的采集时间仅 0.2秒。 表 3.2.2 FieldSpec4 型号和光谱分辨率 型号 光谱分辨率 VNIR（ nm） SWIR（ nm） 宽分辨（

11、 Wide-Res） 3 30 标准分辨（ Standard-Res） 3 10 高分辨（ Hi-Res） 3 8 图 3.2.2 地物 光谱仪 数据 结果 曲线 3、 多光谱热红外地面辐射计 CE312： 地面版多光谱热红外地面辐射计作为相对比较的标准仪器。农业 : 可用于农作物长势监测，估产，灌溉控制；气象 : 热通量测量 , 云量观测地质 : 地质结构识别，地热区域化研究；海洋 : 海水热流研究；遥感 : 航空和航天传感器的校正。 图 3.3.1 热红外辐射计 CLIMAT CE312 表 3.3.1 热红外辐射计 CLIMAT CE312 型号 CE312-1b（ 4 波段） 8-14

12、 m 8.2- 9.2m 10.3-11.3m 11.5-l2.5m CE312-2b（ 6 波段） ASTER 8-14 m 8.1- 8.5m 8.5-8.9m 8.9-9.3m 10.3-11m 11-11.7m 图 3.3.2 测量 数据结果 曲线 4、 太阳光度计 CE318： 全自动太阳光度计（ CE318）为高精度野外太阳和天空辐射测量仪器，具有易携带安装，自动瞄准，太阳能供电，可自动传输数据等特点。它是当今应用最广、权威性最高的太阳光度计仪器。主要用于测量太阳和天空在可见光和近红外的不同波段、不同方向、不同时间的辐射亮度，来推算大气气溶胶、水汽、臭氧等成分的特性。用于大气环境监

13、测，卫星校正等应用。 图 3.4.1 全自动太阳光度计 CE318 表 3.4.1 技术 参数 太阳直射辐照度测量包括仪器所有波段，晕和天空测量包括 6个波段（ 500， 440， 670，870， 1640， 1020nm）。 便携式 太阳光度计 CE318M 图 3.4.2 便携式太阳光度计 CE318M 四 、 航空遥感 ： 航空遥感依飞行器的工作高度和应用目的，分高空（ 10000 米 -20000 米）、中空（ 5000米 -10000米）和低空 (米 7 2.08 2.35短波 红外 30米 表 5.4.5 TM各 波段的图像特性 ETM+传感器 增强型主题成像传感器 ， 是 La

14、nsat-6， Landsat-7上携带的传感器 表 5.4.6 ETM+传感器 波段 范围 波段 波长范围 (m) 地面分辨率 /米 1 0.450 0.515蓝绿 波段 30米 2 0.525 0.605绿色 波段 30米 3 0.630 0.690红色 波段 30米 4 0.775 0.900近 红外波段 30米 5 1.550 1.750短 红外波段 30米 6 10.40 12.50热 红外波段 60米 7 2.090 2.350短 红外波段 30米 8 0.520 0.900全色 波段 15米 OLI传感器 OLI传感器 和 TIRS传感器 是 搭载在 Lansat-8上 的传感器

15、 表 5.4.7 OLI 传感器 波段范围 OLI（陆地成像仪） LandSat 8 类型 波长（微米） 分辨率 /米 Band1 蓝色波段 0.433 0.453 30 Band2 蓝绿波段 0.450 0.515 30 Band3 绿波段 0.525 0.600 30 Band4 红波段 0.630 0.680 30 Band5 近红外 0.845 0.885 30 Band6 中红外 1.560 1.660 30 Band7 中红外 2.100 2.300 30 Band8 微米全色 0.500 0.680 15 Band9 短波红外波段 1.360 1.390 30 表 5.4.8 T

16、IRS 传感器 波段 范围 TIRS（热红 外 传感器） LandSat 8 中心波长（微米） 波长范围（微米） 分辨率（米） Band10 10.9 10.6-11.2 100 Band11 12.0 11.5-12.5 100 5、 SPOT SPOT卫星是法国空间研究中心（ CNES）研制的一种地球观测卫星系统。至今已发射Spot卫星 1-6号， 1986年已来， Spot已经接受、存档超过 7百万幅全球卫星数据，提供了准确、丰富、可靠、动态的地理信息源，满足了制图、农业、林业、土 地利用、水利、国防、环境、地质勘探等多个应用领域不断变化的需要 。 表 5.5.1 SPOT 卫星 参数

17、SPOT 轨 道 参 数 SPOT 1, 2 , 3 SPOT 4 SPOT 5 发射日期 1986.2、 1990.1、1993.9 1998.3 2002.5 发射器 阿丽亚那 2/3型火箭 阿丽亚那 4型火箭 阿丽亚那 4型火箭 传感器 HRV HRVIR,VI,Poam3 HRG/S.VI 设计寿命 (年 ) 3 5 5 轨道 太阳同步 太阳同步 太阳同步 过赤道降交点当地时间 10:30 10:30 10:30 轨道高度 (km) 832 832 832 倾角 98.7 98.7 98.7 速度（ km/s） 7.4 7.4 7.4 轨道周期 (分钟 ) 101.4 101.4 10

18、1.4 卫星绕行 (覆盖圈数 ) (圈 ) 369 重访周期 (天 ) 26 26 26 总重量 (kg) 1,800 2,760 3,000 尺寸 (m) 2 x 2 x 4.5 2 x 2 x 5.6 3.1 x 3.1 x 5.7 太阳能电池板功率 1,100 W 2,100 W 2,400 W 星上存储容量 两个 120G的记录仪 （大约可以存放280 景平均大小为 36M的影像） 两个 120G的记录仪以及一个 9G的固态存储器 （每个记录仪可以存放 560 景影像，固态存储器可以存放 40景，影像的平均大小为 36M） 90G固体存储器 （大约可以存放 210景平均大小为 114M

19、的影像） 星载数据处理能力 两景影像可以同时获取，然后向地面站传输或者采用 1.3 倍的压缩比率 (DPCM，只对全色影像 )进行压缩后在星上存储 两景影像可以同时获取，然后向地面站传输或者采用 1.3倍的压缩比率（ DPCM）进行压缩后在星上存储。 最多可以同时获取 5 景影像，其中 2景可以适时向地面站传输， 3景采用 2.6倍的压缩比率 (DCT)进行压缩后在星上存储。 数据传输 (8 GHz) 50 Mbps 50 Mbps 2 x 50 Mbps 传感器 参数 Spot1， 2， 3上搭载的传感器 HRV采用 CCD（ charge coupled device )S作为探测元件来获

20、取地面目标物体的图像。 HRV具有多光谱 XS 具和 PA 两种模式，其余全色波段具有 10m的空间分辨率，多光谱具有 20m的空间分辨率。 Spot4 上搭载的是 HRVIR传感器和一台植被仪。 pot5上搭载包括两个高分辨几何装置（ HRG）和一个高分辨率立体成像装置（ HRS）传感器。 表 5.5.2 HRV 传感器特性 工作方式 性能 多波段方式 单波段全色方式 波段范围（ m) XS1： 0.500.59 XS2： 0.610.68 XS3： 0.780.89 PA： 0.510.73 视场角 4.13 4.13 垂直观察像元尺寸（ m2) 20 20 10 10 地面分辨率（ m）

21、 20 10 线阵上像元数（个） 3000 6000 垂直观察像幅地面面积 标准像幅覆盖面积（ km2） 60 60 60 60 倾斜观察像幅地面最大地面宽度（ km） 80 80 数据率 25Mb/s 视场可控制转动 0 45 档 共 91 档 视场转角 每档 0.6 最大 27 视场转动地面距离 950 km 最大控制距离 475 km 波谱灵敏度 可探测低于 0.5的地面反射率变化 表 5.5.3 高分辨率成像装置 HRG特性 SPOT 1, 2 , 3 SPOT 4 SPOT 5 装置 2 个高分辨率可见光成像装置（ HRVs） 2 个高分辨率可见光及短 波 红 外 成 像装 置（ H

22、RVIRs） 2个 高分辨率几何装置 （ HRGs） 波段及分辨率 1 个全色波段(10 m) 3个多波段(20 m) 1个全色波段(10 m) 4个多光谱波段(20 m) 2景全色波段影像 ( 5 m ),通过它们可以生成一景2.5 m 影像。 3个多波段 (10 m) 1个短波红外波段(20 m) 波谱范围 (m) P: 0.50 - 0.73 B1: 0.50 - 0.59 B2: 0.61 - 0.68 B3: 0.78 - 0.89 M: 0.61 - 0.68 B1: 0.50 - 0.59 B2: 0.61 - 0.68 B3: 0.78 - 0.89 B4: 1.58 - 1.

23、75 P: 0.48 - 0.71 B1: 0.50 - 0.59 B2: 0.61 - 0.68 B3: 0.78 - 0.89 B4: 1.58 - 1.75 影像视场范围(km) 60 x 60 to 80 60 x 60 to 80 60 x 60 to 80 像元长度 8 bits 8 bits 8 bits 绝对定位精度（无控制点 ,水平地面） 350 m (rms) 350 m (rms) 50 m (rms) 内部相对距离精度 (level 1B) 0.5 x 10 3 (rms) 0.5 x 10 3 (rms) 0.5 x 10 3 (rms) 能够编程接受 能 能 能 重

24、访间隔 (取决于纬度 ) 1到 4天 1到 4天 1到 4天 表 5.5.4 立体成像装置 HRS参数 SPOT 1, 2 , 3 SPOT 4 SPOT 5 装置 HRV 的像对成像能力轨道交叉方向形成 HRVIR 的像对成像能力轨道交叉方向形成 HRS 沿轨道方向形成像对 HRG 的像对成像能力轨道交叉方向形成 波段及分辨率 1 个全色波段（ 10 m） 3 个 多 波 段（ 20 m） 1 个全色波段（ 10 m） 4个多光谱波段（ 20 m） 沿轨道方向 1 个全色波段（ 10 m），通过重采样方式形成5 m 分辨率。垂直于轨道方向 5 m分辨率。 2景全色影像（ 5 m），可以生成一景 2.5 m影像 3个多波段（ 10 m） 1 个短波红外波段（ 20 m） 波谱范围 (m) P: 0.50 - 0.73 B1: 0.50 - 0.59 M: 0.61 - 0.68 B1: 0.50 - 0.59 P: 0.49 - 0.69 P: 0.48 - 0.71 B1: 0.50 - 0.59 B2: 0.61 -