第六章-海洋遥感卫星与传感器课件.ppt

卫星海洋遥感导论卫星海洋遥感导论An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing第二部分第二部分 海洋遥感卫星与传感器海洋遥感卫星与传感器第六章第六章 海洋遥感传感器海洋遥感传感器武汉大学武汉大学 遥感信息工程学院遥感信息工程学院第六章第六章 海洋遥感传感器海洋遥感传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 16.1 6.1 光学传感器光学传感器6.2 6.2 微波传感器微波传感器6.3 6.3 数据预处理数据预处理 第六章第六章 海洋遥感传感器海洋遥感传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 2按使用的波谱范围按使用的波谱范围光学传感器光学传感器微波传感器微波传感器激光传感器激光传感器按成像方式按成像方式扫描方式扫描方式非扫描方式非扫描方式图像方式图像方式非图像方式非图像方式按工作方式按工作方式主动式传感器（主动式传感器（active sensoractive sensor）被动式传感器（被动式传感器（passive sensorpassive sensor）卫星遥感器分类卫星遥感器分类6.1 6.1 光学传感器光学传感器第六章第六章 海洋遥感传感器海洋遥感传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 3光学传感器获取的信息中最重要的三个特征：光学传感器获取的信息中最重要的三个特征：1.光谱特性光谱特性2.辐射度量特性辐射度量特性3.几何特性几何特性可见光传感器、红外传感器可见光传感器、红外传感器特性特性项目项目说明说明光谱光谱特性特性观测波段观测波段波段边缘响应特性波段边缘响应特性波段外光谱灵敏度波段外光谱灵敏度波段间灵敏度差波段间灵敏度差中心波长、带宽（最大灵敏度的半值宽度）中心波长、带宽（最大灵敏度的半值宽度）响应特性的上升、下降（最大灵敏度的响应特性的上升、下降（最大灵敏度的10%10%80%80%）波段以外波长的灵敏度波段以外波长的灵敏度波段之间的灵敏度之比波段之间的灵敏度之比辐射辐射度量度量特性特性探测精度探测精度S/N S/N 比比动态范围动态范围像元间灵敏度偏差像元间灵敏度偏差直线性直线性等效噪声功率等效噪声功率校正精度校正精度杂光特性杂光特性信号与噪声之比信号与噪声之比满足性能的输入范围（用最大、最小辐射亮度定义）满足性能的输入范围（用最大、最小辐射亮度定义）用各波段内像元输出的最大、最小值的比率定义用各波段内像元输出的最大、最小值的比率定义用各波段内像元输入的最大、最小值的比率定义用各波段内像元输入的最大、最小值的比率定义输入输出特性的直线性，用高输入电平时的输入值输入输出特性的直线性，用高输入电平时的输入值之比确定之比确定信号输出与噪声输出相等时的输入信号的大小信号输出与噪声输出相等时的输入信号的大小观测视野以外的输入辐射对输出的影响观测视野以外的输入辐射对输出的影响几何几何特性特性视场角视场角瞬时视场瞬时视场波段间配准波段间配准校准校准MTFMTF光学系统畸变光学系统畸变遥感器整体的观测视野（全部元件的视野或扫描角）遥感器整体的观测视野（全部元件的视野或扫描角）单个探测元件的视场角单个探测元件的视场角基准波段与其它波段的位置偏差基准波段与其它波段的位置偏差用遥感器的空间频率响应特性确定分辨率用遥感器的空间频率响应特性确定分辨率因光学系统引起图象失真的程度因光学系统引起图象失真的程度6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 46.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 5可见光传感器的优点：可见光传感器的优点：缺点：缺点：空间分辨率高空间分辨率高 不能穿透云雾，只能白天工作不能穿透云雾，只能白天工作信息直观，分析解译较容易信息直观，分析解译较容易可见光传感器在海洋中的应用：可见光传感器在海洋中的应用：云图、海冰、海岸形态、沿岸流流向、波浪折射、浅海探测、海岛云图、海冰、海岸形态、沿岸流流向、波浪折射、浅海探测、海岛和浅滩定位、水色、叶绿素等和浅滩定位、水色、叶绿素等红外传感器的优点：红外传感器的优点：缺点：缺点：空间分辨率高空间分辨率高 不能穿透云雾和烟盖等不能穿透云雾和烟盖等信息直观，分析解译较容易信息直观，分析解译较容易全天候工作全天候工作红外传感器在海洋中的应用：红外传感器在海洋中的应用：海流、水团边界；上升流位置；石油污染和热污染；云顶高度等海流、水团边界；上升流位置；石油污染和热污染；云顶高度等6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 6490490个探测器个探测器3636个光谱波段个光谱波段被动成像被动成像中等分辨率中等分辨率(0.25km(0.25km1km)1km)覆盖可见光覆盖可见光-热红外热红外(400(4001400nm)1400nm)波谱波谱信噪比很高信噪比很高量化等级为量化等级为1212比特比特地面幅宽为地面幅宽为2330km2330km垂直轨迹视场垂直轨迹视场5555每每1 12 2天观测地球表面天观测地球表面一次一次6.1.1 MODIS6.1.1 MODIS中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪6.1.1 MODIS中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪Satellite Oceanic Remote Sensing 7陆地和海洋表面的温度和地面火情陆地和海洋表面的温度和地面火情海洋水色、水中沉积物和叶绿素海洋水色、水中沉积物和叶绿素全球植被测绘和变化探测全球植被测绘和变化探测云层表征云层表征汽溶胶的浓度和特性汽溶胶的浓度和特性大气温度和海表温度的探测、雪的覆盖和表征大气温度和海表温度的探测、雪的覆盖和表征海洋洋流等。海洋洋流等。MODISMODIS测量的基本目标测量的基本目标6.1.1 MODIS中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪Satellite Oceanic Remote Sensing 8用用MODISMODIS测测海水温度海水温度6.1.1 MODIS中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪Satellite Oceanic Remote Sensing 9用用MODISMODIS观查海洋水色观查海洋水色6.1.1 MODIS中分辨率成像光谱仪中分辨率成像光谱仪Satellite Oceanic Remote Sensing 10太阳漫射器太阳漫射器太阳漫射稳定监视仪太阳漫射稳定监视仪分光辐射度定标组件分光辐射度定标组件板状黑体和天空视频窗板状黑体和天空视频窗MODISMODIS仪器内的定标器包括：仪器内的定标器包括：高精度观测高精度观测多频次和宏观观测多频次和宏观观测多光谱、高光谱波段同时观测多光谱、高光谱波段同时观测用途广泛用途广泛MODISMODIS的显著特点：的显著特点：推帚式成像；推帚式成像；波长范围为可见光和近红外；波长范围为可见光和近红外；主要用于海洋岸区、陆地的生物和地球物理特主要用于海洋岸区、陆地的生物和地球物理特征、气候应用以及全球环境的研究；征、气候应用以及全球环境的研究；其数据可以直接产生以下专题的大比例尺图件：其数据可以直接产生以下专题的大比例尺图件：海洋色素浓度；海洋色素浓度；云和水汽；云和水汽；植被状态和分布。植被状态和分布。6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 116.1.2 MERIS6.1.2 MERIS中等分辨率成像光谱仪中等分辨率成像光谱仪6.1.2 MERIS中等分辨率成像光谱仪中等分辨率成像光谱仪Satellite Oceanic Remote Sensing 12MERISMERIS仪器参数仪器参数 6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 136.1.3 GLI6.1.3 GLI全球成像仪全球成像仪6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 146.1.4 MISR6.1.4 MISR多角度成像光谱辐射计多角度成像光谱辐射计测得有云和无云的地区的双向反射率：测得有云和无云的地区的双向反射率：获得不同类型云在空间范围和季节尺度上的变获得不同类型云在空间范围和季节尺度上的变化对地球的太阳辐射收支的影响。化对地球的太阳辐射收支的影响。测得汽溶胶总量变化：测得汽溶胶总量变化：得知其对气候和环境的影响。得知其对气候和环境的影响。地面双向反射率与反照率两者关系的模型：地面双向反射率与反照率两者关系的模型：用于研究陆地气候学，生物圈用于研究陆地气候学，生物圈大气圈的相互大气圈的相互作用以及生态系统的变化。作用以及生态系统的变化。MISRMISR仪器性能参数仪器性能参数 6.1.4 MISR多角度成像光谱辐射计多角度成像光谱辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 156.1.4 MISR多角度成像光谱辐射计多角度成像光谱辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 16MISRMISR的数据产品的数据产品 6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 176.1.5 6.1.5 SeaWiFSSeaWiFS传感器传感器SeaWiFS(SeaSeaWiFS(Sea-viewing Wide-Field-of View Sensor)-viewing Wide-Field-of View Sensor)是是SeaSTARSeaSTAR卫星所携带的一个针对海洋水色进行专门探测的卫星所携带的一个针对海洋水色进行专门探测的遥感器，主要用于探测和监测海洋现象。遥感器，主要用于探测和监测海洋现象。SeaWiFS image of SeaWiFS image of the east coast of the the east coast of the United StatesUnited States6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 186.1.6 COCTS6.1.6 COCTS海洋水色扫描仪海洋水色扫描仪COCTSCOCTS也即十波段海洋水色扫描仪安装于我国海洋卫星系列之也即十波段海洋水色扫描仪安装于我国海洋卫星系列之一的一的HY-1HY-1卫星上，它主要用于探测海洋水色要素和温度场等。卫星上，它主要用于探测海洋水色要素和温度场等。波段波段波长波长(m)(m)动态范围动态范围监监 测测 内内 容容1 10.4020.4020.4220.42240%40%黄色物质、水体污染黄色物质、水体污染2 20.4330.4330.4530.45335%35%叶绿素吸收叶绿素吸收3 30.4800.4800.5000.50030%30%叶绿素、海水光学、海冰、污染、浅海地形叶绿素、海水光学、海冰、污染、浅海地形4 40.5100.5100.5300.53028%28%叶绿素、水深、污染、低含量泥沙叶绿素、水深、污染、低含量泥沙5 50.5550.5550.5750.57525%25%叶绿素、低含量泥沙叶绿素、低含量泥沙6 60.6600.6600.6800.68020%20%荧光峰、高含量泥沙、大气校正、污染、气溶胶荧光峰、高含量泥沙、大气校正、污染、气溶胶7 70.7300.7300.7700.77015%15%大气校正、高含量泥沙大气校正、高含量泥沙8 80.8450.8450.8850.88515%15%大气校正、水汽总量大气校正、水汽总量9 910.3010.3011.4011.40200-320K200-320K水温、海冰水温、海冰101011.4011.4012.5012.50200-320K200-320K水温、海冰水温、海冰6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 196.1.7 CCD6.1.7 CCD成像仪成像仪四波段四波段四波段四波段CCDCCDCCDCCD成像仪也是成像仪也是成像仪也是成像仪也是HY-1HY-1HY-1HY-1卫星上的主要载荷之一。卫星上的主要载荷之一。卫星上的主要载荷之一。卫星上的主要载荷之一。它主要用于获取海陆交互作用区域的实时图象资料。它主要用于获取海陆交互作用区域的实时图象资料。它主要用于获取海陆交互作用区域的实时图象资料。它主要用于获取海陆交互作用区域的实时图象资料。波段波段波长波长(m)(m)目标反射率目标反射率监监 测测 内内 容容1 10.420.420.500.500.200.20污染、植被、水色、冰、水下地形污染、植被、水色、冰、水下地形2 20.520.520.600.600.500.50悬浮泥沙、污染、植被、冰、滩涂悬浮泥沙、污染、植被、冰、滩涂3 30.610.610.690.690.350.35悬浮泥沙、土壤、水汽总量悬浮泥沙、土壤、水汽总量4 40.760.760.890.890.500.50土壤、大气校正、水汽总量土壤、大气校正、水汽总量四个波段的主要用途四个波段的主要用途 6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 206.1.8 HCMR6.1.8 HCMR热容量成像辐射计热容量成像辐射计热红外传感器。热红外传感器。热容量测绘卫星（热容量测绘卫星（Heat Capacity Mapping Heat Capacity Mapping MissionMission，HCMMHCMM）。）。利用白天利用白天-夜间热图像绘制表面热惯量图。夜间热图像绘制表面热惯量图。名称名称参数值参数值轨道高度轨道高度620km620km角分辨率角分辨率0.83mrad0.83mrad分辨率分辨率0.6km0.6km0.6km0.6km（星下点）（红外）星下点）（红外）0.5 km0.5 km0.5km0.5km（星下点）（可见光）星下点）（可见光）扫描角扫描角6060（全角）（全角）扫描频率扫描频率14r/s14r/s图像带宽图像带宽716km716km信息带宽信息带宽53kHz/53kHz/通道通道热通道热通道10.510.512.5m12.5m；噪声等效温度（噪声等效温度（NEDTNEDT）=0.4K=0.4K 可用范围可用范围=260K=260K340k340k可见光通道可见光通道0.550.551.4m 1.4m 信噪比（信噪比（SNRSNR）=10=10（反射率为反射率为1%1%）动态范围动态范围=0=0100%100%（反射率）（反射率）镜头光学孔径镜头光学孔径20cm20cm定标定标红外：每次扫描进行冷空、红外：每次扫描进行冷空、7 7步台阶电定标和黑体定标；步台阶电定标和黑体定标；可见光：飞行前定标可见光：飞行前定标6.1.8 HCMR热容量成像辐射计热容量成像辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 21HCMRHCMR性能参数表性能参数表Along-Track Scanning RadiometerAlong-Track Scanning Radiometer欧空局（欧空局（ESAESA）的卫星的卫星ERSERS热红外波段辐射计热红外波段辐射计1km1km的空间分辨率的空间分辨率地球红外图像地球红外图像4 4个光谱通道个光谱通道在轨定标在轨定标6.1 光学传感器光学传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 226.1.9 ATSR6.1.9 ATSR沿轨迹扫描辐射计沿轨迹扫描辐射计工作在微波波段的传感器称为微波传感器。包括各种微波辐射计、工作在微波波段的传感器称为微波传感器。包括各种微波辐射计、微波散射计、雷达高度计、微波侧视雷达和合成孔径雷达等。微波散射计、雷达高度计、微波侧视雷达和合成孔径雷达等。优点：优点：全天时全天候全天时全天候较易于实现主动式遥感较易于实现主动式遥感缺点：缺点：所获取的资料分析解译较复杂所获取的资料分析解译较复杂多数传感器空间分辨率较低，一般为数十到数百公里多数传感器空间分辨率较低，一般为数十到数百公里应用：应用：盐度盐度海冰厚度海冰厚度风速、风向和波浪相关参数风速、风向和波浪相关参数海面油膜厚度海面油膜厚度海面高度海面高度6.2 微波传感器微波传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 236.2 微波传感器微波传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 24测量地球热辐射的绝对量测量地球热辐射的绝对量被动遥感传感器被动遥感传感器只接收海面或大气的辐射只接收海面或大气的辐射可用于其他遥感器的大气修正可用于其他遥感器的大气修正全天时全天候全天时全天候有一定探测浅表层特征的能力有一定探测浅表层特征的能力 6.2.1 6.2.1 微波辐射计微波辐射计6.2.1 微波辐射计微波辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 25技术指标：技术指标：温度分辨率：灵敏度温度分辨率：灵敏度空间分辨率：空间分辨率：W=W=*H/D *H/D 一般较低一般较低历史：历史：19621962年美国年美国“水手水手2 2号号”卫星金星探测卫星金星探测19721972年云雨卫星年云雨卫星5 5号的号的SMMRSMMR19751975年云雨卫星年云雨卫星6 6号的号的EMMREMMR19781978年海洋卫星的年海洋卫星的SMMRSMMR和和NOSSNOSS上的上的LAMMRLAMMR19851985年日本年日本MOS-1MOS-1上的上的MSRMSRADEOSADEOS上的上的AMSRAMSRDMSPDMSP上的上的SSM/ISSM/IIRS-P4IRS-P4上的上的MSMRMSMR等等6.2.1 微波辐射计微波辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 26微波辐射计工作原理图微波辐射计工作原理图 6.2.1 微波辐射计微波辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 27在地表影响大的频带多采用入射角固定的圆锥扫描方式，在地表影响大的频带多采用入射角固定的圆锥扫描方式，在地表影响可以忽略的频带多采用轨道交叉扫描方式。在地表影响可以忽略的频带多采用轨道交叉扫描方式。圆锥扫描方式圆锥扫描方式 轨道交叉扫描方式轨道交叉扫描方式 6.2.1 微波辐射计微波辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 28全功率辐射计的结构图全功率辐射计的结构图6.2.1 微波辐射计微波辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 291.SSM/I1.SSM/I微波辐射成像仪微波辐射成像仪7个不同的微波功率。个不同的微波功率。多数探测通道采用双极化观测，可以形成多数探测通道采用双极化观测，可以形成7个不同的个不同的辐射通道分别对应于不同参数的测量。辐射通道分别对应于不同参数的测量。SSM/I观测的微波辐射包括海面发射的微波辐射，大观测的微波辐射包括海面发射的微波辐射，大气发射的微波辐射以及海面发射的大气向下辐射等。气发射的微波辐射以及海面发射的大气向下辐射等。SSM/I通过接收通过大气的海面微波辐射可反演出海通过接收通过大气的海面微波辐射可反演出海面亮温。面亮温。6.2.1 微波辐射计微波辐射计Satellite Oceanic Remote Sensing 302.AMSR2.AMSR高级微波扫描辐射计高级微波扫描辐射计Advanced Microwave Scanning RadiometerAdvanced Microwave Scanning Radiometer被动式多光谱被动式多光谱可作为遥感仪设计和应用方法的基本依据可作为遥感仪设计和应用方法的基本依据使用尺寸为使用尺寸为2m2m抛物面天线，在抛物面天线，在6.96.989GHz89GHz范围内范围内8 8个频个频带按带按5555入射角观测地球入射角观测地球通过圆锥式扫描方法，扫描内地面通过圆锥式扫描方法，扫描内地面1600km1600km刈幅宽度，获刈幅宽度，获取空间分布信息取空间分布信息可直接测量：降水率、云中液态水份、水蒸气、温度轮廓、可直接测量：降水率、云中液态水份、水蒸气、温度轮廓、海面温度分布、冰雪和土壤温度海面温度分布、冰雪和土壤温度 6.2 微波传感器微波传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 316.2.2 6.2.2 微波散射计微波散射计非成像微波雷达传感器非成像微波雷达传感器原理和设计与常规雷达基本相同原理和设计与常规雷达基本相同主要用于测量目标的散射特性随雷达波束入射角变主要用于测量目标的散射特性随雷达波束入射角变化的规律。化的规律。微波散射计结构组成微波散射计结构组成 6.2.2 微波散射计微波散射计Satellite Oceanic Remote Sensing 326.2.2 微波散射计微波散射计Satellite Oceanic Remote Sensing 33测风原理：测风原理：测量海面的归一化后向散射系数（与海面的风相关），测量海面的归一化后向散射系数（与海面的风相关），如果从不同的方位得到同一地点的后向散射系数，便如果从不同的方位得到同一地点的后向散射系数，便可以计算海面的风速和风向。可以计算海面的风速和风向。历史：历史：19781978年年SeaSatSeaSat上的上的SASSSASSADEOSADEOS上的上的NSCATNSCAT19911991年年ERS-1/2ERS-1/2上的上的ESCATESCAT19961996年年NASA NASA QuickSCATQuickSCAT测风卫星测风卫星SeaWindsSeaWinds其他还有其他还有TOPEXTOPEX、DMSP SSM/IDMSP SSM/I，Topex/PoseidonTopex/Poseidon、RadarsatRadarsat、神州、神州4 4号飞船等也载有散射计号飞船等也载有散射计6.2.2 微波散射计微波散射计Satellite Oceanic Remote Sensing 34SeasatSeasat-A Satellite-A Satellite ScatterometerScatterometer海洋卫星所携带海洋卫星所携带波长为波长为2cm2cm（14.6GHz14.6GHz）4 4个双极化扇形波束天线个双极化扇形波束天线1212个个DopplerDoppler滤波器将天线足迹用电子学方法分滤波器将天线足迹用电子学方法分成成50km50km的分辨率单元的分辨率单元总幅宽总幅宽750km750km，入射角范围入射角范围252565651.SASS1.SASS散射计散射计6.2.2 微波散射计微波散射计Satellite Oceanic Remote Sensing 35SASSSASS观测的几何示意图观测的几何示意图SASSSASS的框图的框图 主动微波遥感仪主动微波遥感仪将安装在将安装在ADEOS-ADEOS-卫星和卫星和QuickSCATQuickSCAT卫星上卫星上测量海面上的风向量测量海面上的风向量性能参数见书性能参数见书6.2.2 微波散射计微波散射计Satellite Oceanic Remote Sensing 362.2.SeaWindsSeaWinds散射计散射计SeaWindsSeaWinds的系统组成的系统组成 6.2.2 微波散射计微波散射计Satellite Oceanic Remote Sensing 37ERS-1ERS-1卫星搭载卫星搭载AMI-AMI-测风仪测风仪ADEOSADEOS卫星搭载卫星搭载NSCATNSCAT它们都是在它们都是在SeasatSeasat-SASS-SASS的基础上研制的，测量来自前、的基础上研制的，测量来自前、后、侧方海面的表面散射，从而观测海面风的风速矢量。后、侧方海面的表面散射，从而观测海面风的风速矢量。3.AMI-3.AMI-测风仪和测风仪和NSCATNSCAT散射计散射计主动式微波测量仪主动式微波测量仪全天候、长时间历程、观测面积大、全天候、长时间历程、观测面积大、观测精度高、时间准同步、信息量大观测精度高、时间准同步、信息量大应用应用海洋动力学研究海洋动力学研究大地水准面高程大地水准面高程海面风速和浪高海面风速和浪高海冰形状等海冰形状等6.2 微波传感器微波传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 386.2.3 6.2.3 雷达高度计雷达高度计6.2.3 雷达高度计雷达高度计Satellite Oceanic Remote Sensing 39雷达高度计的基本结构雷达高度计的基本结构 6.2.3 雷达高度计雷达高度计Satellite Oceanic Remote Sensing 40高度计测高原理高度计测高原理6.2.3 雷达高度计雷达高度计Satellite Oceanic Remote Sensing 41用于绘制海面形态和极地冰层形态图，测量海面浪高用于绘制海面形态和极地冰层形态图，测量海面浪高和风速，从而提供海流速度和风速，从而提供海流速度主动式微波遥感器主动式微波遥感器采用圆盘状天线采用圆盘状天线ALTALT数据主要提供：数据主要提供：海洋冰层地形图海洋冰层地形图 15km/50cm15km/50cm海面地貌图海面地貌图 25km/5cm25km/5cm海潮模型海潮模型 高程精度高程精度20cm/20cm/角分辨率角分辨率1 1度度风速风速 精度精度2m/s2m/s浪高浪高 7km/0.5m7km/0.5m1.1.双频雷达高度计双频雷达高度计6.2.3 雷达高度计雷达高度计Satellite Oceanic Remote Sensing 42KuKu波段（波段（13.8GHz13.8GHz）应用：应用：用来测定海洋波高、风向、风速和海面高程用来测定海洋波高、风向、风速和海面高程用于洋流、潮汐和全球椭球体的研究用于洋流、潮汐和全球椭球体的研究确定冰盖区冰面地形、类型和界面确定冰盖区冰面地形、类型和界面高高度度测测定定依依据据反反射射脉脉冲冲信信号号的的时时间间延延迟迟度度；波波高高测测定定依依据据脉脉冲冲信信号号波波形形边边缘缘的的形形状状；海海面面风风速速和和海海冰冰界界面面判定依据回波信号值大小的变化判定依据回波信号值大小的变化参数见书参数见书2.ERS-RA2.ERS-RA高度计高度计真实孔径雷达（真实孔径雷达（RARRAR：real aperture radarreal aperture radar）合成孔径雷达（合成孔径雷达（SARSAR：synthetic aperture radarsynthetic aperture radar）SARSAR在距离上与真实孔径雷达相同，采用脉冲压缩来实现在距离上与真实孔径雷达相同，采用脉冲压缩来实现高分辨率，在方位上则通过合成孔径原理来改善分辨率。高分辨率，在方位上则通过合成孔径原理来改善分辨率。SARSAR能全天时全天候工作，能够穿透尘埃、烟雾和其它一能全天时全天候工作，能够穿透尘埃、烟雾和其它一些障碍。些障碍。SARSAR比起一般红外和电光传感器具备更远距的工作能力。比起一般红外和电光传感器具备更远距的工作能力。SARSAR的分辨力与距离无关的分辨力与距离无关6.2 微波传感器微波传感器Satellite Oceanic Remote Sensing 436.2.4 6.2.4 成像雷达成像雷达多频段、多极化、多模态操作多频段、多极化、多模态操作应用目标包括三大类：应用目标包括三大类：全球变化和碳循环全球变化和碳循环水文循环水文循环海冰测绘海冰测绘仪器包括仪器包括L L、C C、X X等三个频段等三个频段具有可变空间分辨率和可变刈幅能力具有可变空间分辨率和可变刈幅能力参数见书参数见书6.2.4 成像雷达成像雷达Satellite Oceanic Remote Sensing 441.EOS-SAR1.EOS-SAR地球观测系统合成孔径雷达地球观测系统合成孔径雷达6.2.4 成像雷达成像雷达Satellite Oceanic Remote Sensing 45多波段、多极化和干涉多波段、多极化和干涉SARSAR系统系统由由SIR-CSIR-C和和X-SARX-SAR两种两种SARSAR集成集成目前运行在地球轨道高度的第一个同时成像目前运行在地球轨道高度的第一个同时成像多波段多极化雷达系统多波段多极化雷达系统C-C-、L-L-和和X-X-这这3 3个波段同时成像个波段同时成像2.SIR-C/X-SAR2.SIR-C/X-SAR6.2.4 成像雷达成像雷达Satellite Oceanic Remote Sensing 46由由ESAESA研制，研制，ENVISAT-1ENVISAT-1上上ASARASAR采用多项新技术，使仪器性能有显著的提高采用多项新技术，使仪器性能有显著的提高C C频段，相控阵，宽刈幅，高分辨率成像频段，相控阵，宽刈幅，高分辨率成像主主要要目目标标是是：海海浪浪特特征征；中中等等规规模模的的比比例例尺尺海海洋洋特特征征；海海冰冰的的分分布布和和运运动动；冰冰和和雪雪的的覆覆盖盖；地地球球表表面面形形貌貌土土壤壤湿湿度度和和湿湿地地状状况况；沙沙漠漠化化及及沙沙漠漠蔓蔓延延；自然灾害监视等。自然灾害监视等。五种操作模态，参数见书五种操作模态，参数见书3.ASAR3.ASAR高级合成孔径雷达高级合成孔径雷达6.3 数据预处理数据预处理Satellite Oceanic Remote Sensing 47地理定位（地理定位（GeolocationGeolocation）空间数据，具有明确的地理空间位置的概念，在使用传感器数据空间数据，具有明确的地理空间位置的概念，在使用传感器数据之前，必须将其投影到需要的地理坐标系中，因此传感器数据的之前，必须将其投影到需要的地理坐标系中，因此传感器数据的地理定位是遥感数据预处理过程中的一个重要环节；地理定位是遥感数据预处理过程中的一个重要环节；数据来自哪里；数据来自哪里；多源数据、多时间分辨率数据、多空间分辨率数据之间复合时几多源数据、多时间分辨率数据、多空间分辨率数据之间复合时几何一致性的保证；何一致性的保证；为辐射处理提供重要的参数（各种角度信息如太阳高度角、卫星为辐射处理提供重要的参数（各种角度信息如太阳高度角、卫星天顶角等）。天顶角等）。辐射定标（辐射定标（CalibrationCalibration）要从遥感传感器数据精确估算地表的生物地学物理参数，数据要从遥感传感器数据精确估算地表的生物地学物理参数，数据的质量非常重要，特别是传感器的辐射定标精度的质量非常重要，特别是传感器的辐射定标精度 。确定图像中每像元在大地坐标系中对应的地理经确定图像中每像元在大地坐标系中对应的地理经纬度的过程。纬度的过程。遥感图像的地理定位采用布劳威尔遥感图像的地理定位采用布劳威尔-李丹轨道理李丹轨道理论，使用根据地球摄动原理修正过的卫星精确轨论，使用根据地球摄动原理修正过的卫星精确轨道参数或利用道参数或利用GPSGPS定位数据修正过的卫星位置和定位数据修正过的卫星位置和速度，并结合卫星姿态参数、地球椭球体参数、速度，并结合卫星姿态参数、地球椭球体参数、地表信息、以及传感器成像几何和扫描几何特性地表信息、以及传感器成像几何和扫描几何特性等，计算出每条扫描线上固定点的经纬度。等，计算出每条扫描线上固定点的经纬度。6.3 数据预处理数据预处理Satellite Oceanic Remote Sensing 486.3.1 6.3.1 地理定位方法地理定位方法6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 49过过 程程卫星轨道根数确定卫星轨道根数确定卫星位置矢量确定卫星位置矢量确定 坐标转换坐标转换扫描点地理经纬度的计算扫描点地理经纬度的计算 其它的地球定位参数的计算其它的地球定位参数的计算（天顶角和方位角（天顶角和方位角）地理定位的几何校正地理定位的几何校正卫星在空间运行的轨迹是椭圆卫星在空间运行的轨迹是椭圆,确定卫星的三维确定卫星的三维位置可以分解为：位置可以分解为：确定它的轨道大小和形状确定它的轨道大小和形状确定轨道平面在所取空间坐标系中的位置确定轨道平面在所取空间坐标系中的位置确定卫星在轨道面上相对于某一初始位置确定卫星在轨道面上相对于某一初始位置（或时间）的位置（或时间）（或时间）的位置（或时间）6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 501.1.卫星轨道根数确定卫星轨道根数确定6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 51卫星轨道图卫星轨道图 轨道大小和形状轨道大小和形状6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 52卫星轨道根数示意图卫星轨道根数示意图 半长轴半长轴a a偏心率偏心率e e倾角倾角i i升交点赤经升交点赤经 近地点幅角近地点幅角 卫星过近地点时刻卫星过近地点时刻t0t0只要初始条件给定，这六个轨只要初始条件给定，这六个轨道根数就完全被确定。卫星过道根数就完全被确定。卫星过近地点的时刻近地点的时刻t0t0常用对应平近常用对应平近点角表示。卫星过近地点的时点角表示。卫星过近地点的时刻刻t0t0常用对应平近点角常用对应平近点角MM表示。表示。卫星轨道根数卫星轨道根数平近点角的几何意义平近点角的几何意义6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 53平近点角平近点角卫星在卫星轨道外接圆点上的卫星在卫星轨道外接圆点上的截点和近焦点对轨道椭圆中心截点和近焦点对轨道椭圆中心角度称为偏近点角角度称为偏近点角E E；在指定时间（历元）卫星和轨在指定时间（历元）卫星和轨道近焦点之间的角度称为真近道近焦点之间的角度称为真近点角点角；在这段时间里，假定卫星以平在这段时间里，假定卫星以平均速度运动，走过的弧段所形均速度运动，走过的弧段所形成的近点角称为平近点角成的近点角称为平近点角MM；平近点角与偏近点角的关系式平近点角与偏近点角的关系式就是开普勒方程。就是开普勒方程。6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 54偏近点角偏近点角E E与真近点角与真近点角 的关系是：的关系是：卫星轨道在空间运行中，受到各种摄动影响，如地球非球卫星轨道在空间运行中，受到各种摄动影响，如地球非球形摄动、大气阻力等。由于卫星的轨道高度一般较高，所形摄动、大气阻力等。由于卫星的轨道高度一般较高，所以仅仅考虑地球引力场非球型摄动即可；以仅仅考虑地球引力场非球型摄动即可；a,e,ia,e,i通常称为通常称为“不变不变”量；量；、为慢变量；为慢变量；E E、MM、为快变量；为快变量；某观测时刻某观测时刻t t的瞬时轨道根数是由已知初始时刻的瞬时轨道根数是由已知初始时刻t0t0（对应）（对应）的轨道参数经过布劳威尔的轨道参数经过布劳威尔-李丹轨道理论计算外推得到。李丹轨道理论计算外推得到。6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 55卫星位置矢量与轨道根数的几何关系式：卫星位置矢量与轨道根数的几何关系式：2.2.卫星位置矢量确定卫星位置矢量确定6.3.1 地理定位方法地理定位方法Satellite Oceanic Remote Sensing 563.3.坐标转换坐标转换传感器坐标系传感器坐标系X X轴与飞行方向平行，轴与飞行方向平行，Z Z轴指向星下点方向（地球），轴指向星下点方向（地球），Y Y轴与它们构成右手坐标系。轴与它们构成右手坐标系。航天器航天器坐标系坐