遥感卫星及其运行轨道

卫星运动规律2.1.1 天体运动三定律第一,卫星运行的轨道是一个圆锥曲线(圆,椭圆,抛物线)e是偏心率,e=c/a,a是半长轴,c是焦距,太阳在其中的一个焦点上.e=0是圆轨道e1是双曲线轨道对于本文卫星遥感,轨道有e<1.第二,卫星的矢径在相等的时间内在地球周围扫过的面积相等h是一常数,是卫星角速度.对于椭圆轨道,在远地点,r最大,卫星角速度最小,近地点卫星角速度最大.卫星在轨道上面速度第三,卫星轨道周期的平方与轨道半长轴的立方成正比2.1.2 卫星发射速度卫星作为一个人造天体,服从天体运动规律.当卫星在绕地圆轨道上面运行时,假设轨道半径等于地球半径,a=r=Re此时,V1=7.912km/s,称为第一宇宙速度,它是地面的物体脱离地面的最小速度.若卫星速度继续加大,则卫星将绕椭圆轨道运行,当卫星入轨速度大到一定程度,卫星将脱离地球引力场,变成一颗行星,其轨道也将变成双曲线.此时,a,带入卫星轨道速度公式,,V2=11.2km/s,称为第二宇宙速度.若卫星的入轨速度大宇第二宇宙速度,则卫星将脱离地球成为一颗绕太阳系的行星.当卫星的入轨速度再加大到一定程度甚至可以脱离太阳系,此时速度称为第三宇宙速度V3=16.9km/s.显然,作为实现对地观测为目的的地球遥感卫星,它的轨道应该是椭圆轨道或者圆轨道.《航空航天科学技术-P42》§2.2 卫星轨道2.2.1 卫星轨道参数通常使用天球坐标和地理坐标系来描述卫星在空间的位置和运行规律.天球坐标系:地心为中心,天赤道为基本圈,春分点为原点.天球上面任一点用赤经和赤纬表示.赤经以春分点为起点,反时针方向量度,范围0-360度.赤纬以天赤道为0度,向南北两极为90°.天球坐标系不随地球自转而变.在天球坐标系内,描述轨道参数如下:a 倾角i:轨道平面与赤道平面的夹角,度量以轨道的上升段为准,从赤道平面反时针旋转到轨道平面的角度.b 升交点赤经:卫星有南半球飞往北半球那一段称为轨道的上升段,由北半球飞往南半球的那一段称为下降段.卫星轨道的升段与赤道平面的交点称为升交点.轨道降段与赤道平面的交点称为降交点.升交点的位置用赤经表示,它表示轨道平面的位置,也表示了轨道平面相对太阳的取向.c近地点角:指轨道平面内升交点和近地点与地心连线的夹角,表示了轨道半长轴的取向.d 轨道半长轴:轨道半长轴决定了卫星轨道的周期.e 偏心率e:确定了卫星轨道的形状.地理坐标系中的轨道参数卫星地面接收站在计算卫星轨道,对资料定位时,大多使用地理坐标系.卫星的位置用地球上面的经纬度表示,这种坐标系经度以英国格林威治天文台的子午线为0°,向东到180°为东经,向西到180°为西经,其纬度以赤道为0°,至南北两极为90°,赤道以南是南纬,赤道以北是北纬.A 星下点:卫星与地球中心连线在地球表面的交点成为星下点.由于卫星的运动和地球自转,星下点在地球表面形成了一条连续的轨迹(星下轨迹).B 升交点和降交点:其意义与天球坐标系内一样,只是用地理坐标系中的经纬度表示.由于地理坐标系随地球自转而自转,但是卫星轨道不随地球自转而转动,所以每条卫星轨道的升交点和降交点是不同的.C 截距:由于卫星绕地球公转的同时,地球不停地自西向东旋转.所以卫星绕地球转一周后,地球相对卫星要转过一定的度数,这个度数称为截距.所以,截距是连续两次升交点之间的经度数.由于地球自转一周需要24小时,所以每小时转过15°.如果把地球看成是不动的,则卫星轨道相对地球每小时向西偏移15°.因而截距与周期的关系是:L=T×15°/小时.利用截距也能由某条轨道的升交点经度预测下一条轨道升交点的经度,n+1=nL,西经取"+",东经取"-"D 轨道数:卫星从发射到第一个升交点的轨道数规定为第零条,以后每过一个升交点,轨道数增加"1".2.2.2 常用的几种卫星轨道卫星遥感普通采用的轨道主要有极地轨道,太阳同步轨道和静止轨道.极地轨道轨道倾角接近90°,卫星从极地上空经过,因此可以探测南北两极地区.太阳同步轨道中卫星始终保持与太阳相同的取向,可以保证卫星上面的太阳能电池有充分的照明.静止轨道卫星相对于局地来说是静止不动的,因此可以进行时间连续观测.另外,就卫星轨道的高度和研究中为了获得合乎需要的数据,必须精心设计卫星轨道.比如,如果为了观测热带地区,卫星轨道的倾角应该较小,反之,如果为了观测到极区,应该选择大倾角轨道.在卫星观测中,特别是气象卫星观测中两类轨道尤其重要.A 近极地太阳同步轨道卫星轨道平面与太阳始终保持相对固定的取向.这种卫星轨道的倾角接近90°,卫星要在极地附近通过,有时候又称为近极地太阳同步轨道.卫星几乎在同一地方时经过各地上空.轨道平面随地球公转的同时,为了保持与太阳的固定取向,每天要自西向东作大约1°的转动.太阳同步轨道的特点:轨道近似为圆形,轨道预告,资料接收和资料定位都方便;可以观测全球,尤其可以观测两地极地区,观测时有合适的照明,可以得到充足的太阳能.虽然可以观测全球,但是观测间隔长,对某一地区,一颗卫星在红外波段可以取得两次资料,但是可见光波段只能取得一次资料.为了提高观测次数,只能增加卫星的数目.由于观测数目少,不利于分析变化快,生命短的小尺度过程,而且相邻两条轨道的资料也不是同一时刻的.地球同步轨道卫星轨道的倾角等于0°,并且卫星以等同于地球自转的周期且与地球自转方向相同的方向运行,这样的轨道称为地球同步轨道.由于卫星相对地面好像静止的一样,这样的轨道也称为静止轨道.由地球周期23小时56分04秒,以及卫星在轨道平面上面运动,可以计算卫星的高度:H=35860km,其速度V=3.07km/s.同步轨道的特点卫星高度高,视野广阔,一个静止卫星可以对地球南北70°,东西140个经度,约占地球表面1/3的面积进行观测.静止卫星可以对某一区域进行连续观测或者监测,有助于分析一些变化快,生命短的过程.然而,静止卫星不能观测南北两极地区,而且由于卫星离地面较高,为了得到较高的空间分辨率,对观测仪器的要求较高.由于卫星蚀(太阳地球和人造卫星成一直线)的原因,卫星上面必须有蓄电池以备卫星蚀期间太阳能电池不能工作时继续提供让卫星工作的电力.卫星轨道视要求可以采用其他的卫星轨道.总之,低轨道可以获得较大的图像分辨率,而高轨道卫星可以获得大覆盖范围内的图像.由于大气磨擦的因素,低轨道卫星的寿命通常较短,相比而言,高轨道卫星通常都设计成长寿命的.§2.3 卫星技术2.3.1 卫星发射将卫星从地面送到绕地的空间轨道的过程称为卫星发射.一般使用多极助推火箭来完成卫星发射任务,发射一般要经过以下几段:首先是垂直上升段,使得卫星脱离稠密的大气层,其次是转弯段,卫星在制导系统的控制下转弯,目的将火箭引向预定的轨道方向(转移轨道),并进入自由飞行阶段,此时火箭主要在惯性的作用下在转移轨道上飞行.最后,当卫星在转移轨道上面达到预定的高度和速度时候,卫星上的助推火箭再次点火,最后到达预定轨道应该具有的高度,速度和方向时,星箭分离,卫星入轨.关于卫星发射的具体细节,请参考有关资料.2.3.2 卫星姿态卫星作为遥感平台,它的姿态稳定性是遥感观测的基础.对地观测要求仪器视场指向某个固定的方向,因此需要对卫星姿态进行控制.通讯卫星自旋稳定图(1)自旋稳定.卫星在太空中绕自身对称轴以一定角速度旋转,卫星角动量守恒,卫星自转轴始终保持不变(陀螺原理).早期的泰罗斯卫星采用平动式自选稳定,卫星自旋轴在空间平动,仪器装在卫星的底部,因此在卫星旋转一周时间内只有部分时间取得资料.以后的艾萨卫星和静止卫星采用了滚轮式自旋稳定,自旋轴与轨道平面垂直,仪器装在卫星侧面,当仪器转到朝向地面时进行观测,卫星能在整个周期内获得资料.(2)三轴定向稳定是卫星在三个方向都保持稳定.这三个方向是(a)俯仰轴,与轨道平面垂直,控制卫星的上下摆动,(b)横滚轴,平行于卫星轨道平面且与轨道方向一致,控制卫星左右摆动,(c)偏航轴,指向地心,控制卫星沿轨道方向运行.在卫星绕地球转道一圈中,偏航轴与横滚轴方向要改变360°才能保持卫星姿态稳定.(3)姿态调整.卫星在轨道上面长期运行会出现轨道漂移.为了对卫星轨道进行修正,在卫星上面都装有轨道修正的气体喷射推进系统,通过喷气产生反作用力达到轨道修正的目的.2.3.3 卫星电源卫星上面的工作仪器需要电能才能工作.早期的卫星一般用蓄电池,但是其储存的能量有限,短期内就会用完.一旦卫星上面的能量用完,卫星就要停止工作.由于太阳能取之不尽用之不竭,故目前大多数卫星都采用太阳能电池.对于静止轨道卫星,还要考虑卫星蚀期间卫星的能源供应问题.卫星的能源供应能力是搭载遥感仪器时必须考虑的问题.2.3.4 通讯系统卫星通讯系统是卫星体系的一个重要组成部分.传感器获得的观测资料要依赖卫星上面的通讯系统收集,传输到地面资料中心,同时控制卫星工作的各种指令也依赖通讯系统发送.2.3.5卫星的结构和形状卫星在空间飞行,在飞行期间获得必要的能源,因此大多数卫星都有一对大的太阳能感光板,就像鸟的翅膀.考虑到卫星在太空的姿态稳定问题,通常卫星结构都具有某种轴对称性.考虑到发射火箭的载荷能力,卫星材料都用高强度,轻质量材料,在满足强度要求的同时尽可能减轻自身的重量,以便提供搭载尽可能多负载的能力.2.3.6 轨道摄动与轨道维护作用在卫星上的力除l了地球引力外,还有其他各种力.它们是地球的非球形引力,大气阻力,日,月和其他天体引力,太阳光压和电磁力等.这些力叫摄动力(perturbation force).摄动力和地球引力相比虽然很小,但仍然会使卫星偏离开普勒轨道.因此,摄动力为零时,6个轨道要素为常数,卫星运动轨道为开普勒轨道;摄动力不为零时,轨道要素是随时间变化的变量.为了使轨道保持在设计允许的范围内,必须对卫星施以外力(比如星上备有推力火箭),克服摄动力.实现轨道保持.有时候出于某种目的(比如尽可能延长卫星的使用寿命),需要对卫星运行轨道进行变更.同样这需要借助卫星上面配备的助推火箭来实现这一目的.2.3.7 卫星技术的发展趋势纳米级的电子元器件,微米以至纳米级的微机电装置,星上信息处理技术,星间激光信技术,超轻型材料和充气式结构,高效太阳能空间电源系统和电推进系统等,将推动卫星技术进入一个崭新的时代高强度轻型材料的发展,可以大幅度地降低结构重量,大大提高有效载荷重量;电路的高度集成化和微处理器执行指令速度的大大提高,电子系统的体积,重量和能耗都会大大下降高效太阳能空间电源系统有望使得能源供应容量成倍提高.。

国际上主要遥感传感器参数1、法国SPOT卫星法国SPOT-4卫星轨道参数：轨道高度：832公里轨道倾角：98.721o轨道周期：101.469分/圈重复周期：369圈/26天降交点时间：上午10：30分扫描带宽度：60 公里两侧侧视：+/-27o 扫描带宽：950公里波谱范围：多光谱XI B1 0.50 – 0.59um20米分辨率B2 0.61 – 0.68umB3 0.78 – 0.89umSWIR 1.58 – 1.75um全色P10米B2 0.61 – 0.68umSPOT是世界上首先具有立体成像能力的遥感卫星，其侧视功能具有很强的实用性和很大的应用潜力，但SPOT系统前几颗卫星设计的不同轨迹立体观察存在着未曾想到的问题，由垂直观察转向侧视时，反光镜旋转引起卫星姿态的变化和不稳定，造成立体对的精度很不稳定。

2、ERS卫星ERS-1、ERS-2 欧空局分别于1991年和1995年发射。

携带有多种有效载荷，包括侧视合成孔径雷达（SAR）和风向散射计等装置），由于ERS-1（2）采用了先进的微波遥感技术来获取全天候与全天时的图象，比起传统的光学遥感图象有着独特的优点。

卫星参数：椭圆形太阳同步轨道轨道高度：780公里半长轴：7153.135公里轨道倾角：98.52o飞行周期：100.465分钟每天运行轨道数：14 -1/3降交点的当地太阳时：10：30空间分辨率：方位方向<30米距离方向<26.3米幅宽：100公里3、日本JERS-1卫星JERS-1日本宇宙开发事业团于1992年发射。

用于国土调查、农林渔业、环境保护、灾害监测。

负载全天候、高分辨率的主动微波成像传感器——合成孔径雷达(SAR)和高分辨率的多光谱辐射仪——光学传感器(OPS)。

卫星参数：太阳同步轨道赤道上空高度：568.023公里半长轴：6946.165公里轨道倾角：97.662o周期：96.146分钟轨道重复周期：44天经过降交点的当地时间：10：30-11：00空间分辨率：方位方向18米距离方向18米幅宽：75公里4、RADARSAT-2RADARSAT-2具有3米高分辨率成像能力，多种极化方式使用户选择更为灵活，根据指令进行左右视切换获取图像缩短了卫星的重访周期，增加了立体数据的获取能力。

地球同步轨道遥感卫星定位方法是一种利用地球同步轨道遥感卫星进行定位的技术。

其基本原理是通过卫星发射的无线电信号，由接收器接收到信号后计算时间差，并通过三个或以上卫星信号交叉测量，确定接收器所在的位置坐标。

地球同步轨道遥感卫星定位系统主要由卫星部分、地面控制部分和用户终端部分组成。

卫星部分由一组环绕地球运行的多颗卫星组成，地面控制部分负责卫星的管理和监控，用户终端部分包括接收器、天线、解算软件等元件，将卫星信号捕获并转换为位置信息，并将其显示或传输到其他设备上。

该技术广泛应用于航空、航海、车辆导航、军事等领域。

《遥感概论》课程笔记第一章：绪论1.1 遥感及其技术系统遥感（Remote Sensing）是指不直接接触对象物体，通过分析从远处感知到的电磁波信息来识别和探测地表及其上方环境的技术。

遥感技术系统是由多个组成部分构成的复杂体系，主要包括以下几部分：- 传感器（Sensor）：用于探测和记录目标物体发射或反射的电磁波的设备。

- 遥感平台（Remote Sensing Platform）：携带传感器的载体，如卫星、飞机、无人机等。

- 数据传输系统（Data Transmission System）：将传感器收集的数据传回地面的设备。

- 数据处理与分析系统（Data Processing and Analysis System）：对遥感数据进行处理、分析和解释的软件和硬件。

1.2 遥感门类及技术特点遥感技术根据不同的分类标准可以分为以下几类：- 按照电磁波波长：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。

- 按照传感器工作方式：主动遥感（如激光雷达）和被动遥感（如摄影相机）。

- 按照平台类型：卫星遥感、航空遥感、地面遥感等。

遥感技术的主要特点包括：- 大范围覆盖：遥感技术可以覆盖广阔的地表区域，对于大规模的地理现象监测具有优势。

- 高效快速：遥感平台可以快速穿越监测区域，获取数据的时间周期短。

- 多维信息：遥感可以提供关于地表及其上方环境的多种信息，如形状、纹理、温度等。

- 非侵入性：遥感技术不需要直接接触目标物体，因此对环境的影响较小。

1.3 遥感行业应用概况遥感技术在多个行业中有着广泛的应用，以下是一些主要的应用领域：- 农业领域：通过遥感技术监测作物生长状况、评估产量、监测病虫害、进行土地资源调查等。

- 环境保护：监测森林覆盖变化、湿地保护、沙漠化趋势、大气污染等环境问题。

- 灾害管理：利用遥感技术进行地震、洪水、飓风、火灾等自然灾害的预警、监测和评估。

- 城市规划：通过遥感图像分析城市扩张、交通布局、土地利用效率等，为城市规划提供依据。

1高分2高分二号卫星参数高分二号卫星是我国自主研制的首颗空间分辨优于1米的民用光学遥感卫星可在遥感集市平台中査询到，搭载有两台高分辨率1米全色、4米多光谱相机，具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点，有效地提升了卫星综合观测效能，达到了国际先进水平。

高分二号卫星于8月19日成功发射，8月21日首次开机成像并下传数据。

这是我国目前分辨率最高的民用陆地观测卫星，星下点空间分辨率可达0・8米，标志着我国遥感卫星进入了亚米级J目分时代”。

主妥用户为国土资源部、住房和城乡建设部、交通运输部和国家林业局等部门，同时还将为其他用户部门和有关区域提供示范应用服务。

3.DG公司高分卫星参数星卜点成像沿轨/橫轨迹方向（+/・25度〉立体成像沿轨/橫轨迹方向辐照宽度以星卜•点轨迹为中心.左右各272公里成傑模式单呆16.5公里X16.5公里条带16.5公里X165公里轨道高度450公里倾角98度（太阳同步）Z X地球中心与天体的连线在地球表面上的交点。

在遥感中星卜点指的足人适地球卫星在地面的投影点（或卫星和地心连线与地面的交点）. 用地理经.纬麼表示•当卫星在星卜•点进行摄像时.彫像的几何畸变1 •全色态影像（Panchromatic）全色态影像（俗称黑白影像），收集的一波段（B&W）的波谱资料。

其影像分辨率为6K2公分。

2.多光谱影像(Multi-Spectral)笋光谱影像（俗称彩色影像），收集蓝色可见光.绿色可见光、红色可见光及近红外光等四个波段之影像c影像分辨率为2.44-2.88公尺。

3•彩色合成影像（Pan-sharpened）所谓的彩色合成影像，系将分辨率60公分（或70公分）之全色态影像与分辨率2.4 X （或2.8米）之女光谱影像利用融合技术进行影像融合（Fusion）后,作成分辨率为60公分（或70公分）的彩色合成影像。

4.IK0N0S发射日期:1999年9月24 13空间分辨率全色波段（观测角260以内）多光谱波段：4m （观测角26o以内）影像光谱频带全色波段：0.45-0.90微米多光谱波段：1.蓝0.45O52微米2•绿0.52-0.60微米3•红0.63-0.69 微米 4.近红外0.76-0.90 微米（同Landsat4 & 5 的1-4 波段）多光谱波段卫星扫描带宽度：11 km （垂直力向）扫描面积：11x11km - 130x56 km - 37x100 km - 11x100 km・ 11x1000 km镶嵌图：最人10,000平方公里水平/垂直精度未使用GCP : 12米水平精度（圈型误差CE为90%） 10米垂直精度（90%LE）使用GCP: 2米水平精度（圈型误差CE为90%） 3米垂直精度（90%LE）轨道参数高度:681 km倾角:98.1o速度:7 km / sec通过赤道的时间：上午10:30重访周期：在北纬40 度上方，分辨率为lm时2.9天；分辨率为1.5m时1.6天轨道周期:98分轨道类型：太阳同步轨道观测角：沿着轨道和交叉在轨道的形式之间互换简便重量：817公斤5.ERS卫星ERS-l ERS-2欧空局分别于1991年和1995年发射。

2011年11月份全国GIS应用水平考试参考答案（一级）一、单选题目：(本大题共50小题，每小题1分，共50分，每一小题只有一个正确答案，请把你认为正确的答案编号涂写到答题卡对应的位置上）。

1—5：D A D C C 6—10：B D A A A 11—15：A A A C C 16—20：B D D C D 21—25：D D B C C 26—30：B A D D D 31—35：C D D C D 36—40：D D D D C 41—45：A B A A D 46—50：C A A D C二、多项选择(本大题共5小题，每小题2分，共10分,每一小题有多个正确答案，请把你认为正确的答案编号填到对应的答题卡中，多选错选均不得分，少选一个扣1分）。

51：B C D 52：A B C 53：A C D 54：A B C 55：A B C三、软件操作选择题（本大题共15小题，考生可以选择任意5题作答，满分10分，每一小题只有一个正确答案，请把你认为正确的答案选项涂写到答题卡对应的位置上）。

56—60：C C C D D 61—65：C D D B D 66—70：D C B A D四、名词解释：71：答：电子地图也称数字地图，是地图制作和应用的一个系统，是一种数字化了的地图。

72：答：等高线指的是地面上高程相等的相邻点所连成的闭合曲线。

73：答：地理数据库（geographical database）是应用计算机数据库技术对地理数据进行科学的组织和管理的硬件与软件系统；是面向实体空间数据模型的全局视图。

用于存储和管理地理空间数据。

74：TN模型，是在空间数据库中描述面对像的模型。

TN方式将表面表示为连续的不重叠的三角形面。

通过在一个三角形内进行海拔插值多项式计算,估计出一个面中任何位置对应的值。

75：将一种地图投影点的坐标变换为另一种地图投影点的坐标的过程。

五、简答题目：76：答：地图符号是表示地图内容的基本手段，由形状不同，大小不一，色彩差异的图形和文字构成。

10种常见的遥感卫星数据简介1、Landset 卫星第一颗陆地卫星是美国于1972年7月23日发射的Landset 卫星，这是世界上第一次发射的真正的地球观测卫星。

迄今Landsat 已经发射了6颗卫星。

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185×170km2 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。

2、SPOT 卫星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。

天。

但由于采用倾斜观测，但由于采用倾斜观测，但由于采用倾斜观测，所以所以实际上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 ，采用CCD 的电子式扫描，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，所以通过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。