衛星參數表(實力掃盲)
衛星參數表就像產品說明書,瞄一看就知道衛星的大概性能和用途。通常衛星參數表都分兩欄,據說沒看過【5min喵學堂】的人都是這樣看過去的↓↓
○軌道參數○
這一欄通常瞄瞄就過去了,不知道有什么用
○有效載荷參數○
這一欄通常眼睛就聚焦在空間分辨率,ok,也差不多過去了。有些連標題都看不懂大喊說人話的也不少。
然后告訴喵叫獸5秒就看完了。注意!下面5分鐘喵不僅要讓你看完,而且要你看懂!讓你從這兩張讓人看得性冷淡的表格中發現一片星空!!
以高分一號為例
軌道參數我們可以理解成衛星是怎么轉的,當然是繞著地球轉羅,但是怎么繞呢,軌道類型、軌道高度、軌道傾角這三個參數我們只要理解了太陽同步軌道這個概念就能拿下。
先看看下面這張GF1的運行軌跡圖
從這張圖你能腦補出3d的太陽同步軌道嗎
太陽同步軌道
衛星的軌道面和太陽的取向一致,每天轉動1,軌道傾角大于90(<100)且在兩極附近通過,又稱為近極地太陽同步衛星軌道,高度在500-1000公里之間。
太陽同步軌道類似下圖的極軌軌道,太陽同步軌道衛星每次都在同一時間飛越當地上空,也就是太陽都是從同一角度照射該地,因此每次拍攝的照片都是在同一照度下取得的,這樣對比可以獲得更多信息,這對照相偵察衛星、氣象衛星、資源衛星都很有利。衛星以相同方向經過同一緯度的地方時總是相同的。地球觀測衛星通常都在太陽同步軌道上定期監測地球。
圖上另外一條靜止衛星所在的軌道是另一種常見的衛星軌道--地球同步軌道,靜止衛星將始終位于赤道某地的上空,相對于地球表面是靜止的,所以這條軌道也稱為靜止軌道,高度3萬6千公里,最近大火的遙感最佳衛星高分四號就是在這條軌道上(可參考高分四號憑什么拿遙感衛星最高成就獎(附GF4首發影像))。它的覆蓋范圍很廣,利用分布在地球赤道上的3顆這樣的衛星就可以實現全球覆蓋。氣象衛星、通訊衛星通常都在靜止軌道上定點監測地球。
太陽同步軌道屬于低軌道,自然空間分辨率更高,離得越近看得越清;靜止軌道屬于高軌道,站得高看得遠,自然覆蓋范圍更廣。兩種軌道可以互補達到最佳的監測效果,所以很多衛星星座采用這樣的組合方式,比如風云衛星、比如高分系列,以此取得更高的時空分辨率。
回歸周期
星下點軌跡周期性出現重疊現象的人造地球衛星軌道。星下點指的是人造地球衛星在地面的投影點(或衛星和地心連線與地面的交點),用地理經、緯度表示。當衛星在星下點進行攝像時,影像的幾何畸變最小。重疊現象出現的周期稱為回歸周期。
回歸軌道和回歸周期的概念其實可以跟上面說的太陽同步軌道串聯著說,比如說在太陽同步軌道上運行的高分一號衛星按照預設定的軌跡運行41天后,就會再次重復之前的軌跡,依次回到各地上空,這樣的軌道叫做太陽同步回歸軌道。現在問題來了高分一號的回歸周期是41天,那衛星繞地球轉的速度會很慢嗎?
物理屆的蘋果達人--牛頓你們肯定不陌生吧,他老早就提出物體要達到繞地球飛行作圓周運動必須達到第一宇宙速度,咱們中學時期老師就教我們了,不過我猜你們肯定忘記了。
所以我們還是從結果推導一下,下圖是2016年1月18日當天的高分一號中國覆蓋圖,點這里可以看今天的覆百思特網蓋情況
看看其中兩景,注意經緯度和成像時間
兩景影像緯度相同,可以近似看作衛星剛好繞地球一圈,時間用了97分鐘
這樣可以推算出高分一號衛星每天會繞地球轉15圈
大家或許就有疑問了,衛星一天就繞地球15圈,回歸周期卻要41天,是41天后才能重新拍到同一個地方嗎?非也非也,這里跟重返周期的概念容易混淆。
重返周期
重返周期指利用衛星的側擺快速拍攝同一地點時所需要的最短時間。回歸周期指衛星拍攝某地后,經過x天將再次回到此地上空拍攝此地的時間。
高分一號16m多光譜相機重返周期是2天,就是說衛星飛到北京上空某一點時拍攝的16m影像最快2天后就能重新覆蓋了,但是衛星重新飛回這個位置卻要經歷41天,這都多虧了衛星的側擺能力。
側擺能力
側擺成像技術,使得星載設備可在垂直于星下點軌跡的方向進行側擺觀測,增大了非星下點處地面目標觀測的可能。側擺的角度越大,響應時間越短,側擺能力越強。
為了擴大對地觀測范圍,通過預先上注合理的側擺指令進行側擺角度設置,可以使衛星在目標可見時段內延長觀測時間、增大覆蓋率,從而提高衛星對地觀測效率。下圖是在沒有側擺的情況下4天高分一號過境的覆蓋圖,從此可推斷,如果加上側擺,4天覆蓋全國一遍在理論上是可操作的。
降交點地方時
太空飛行器軌道傾角大于0時,軌道地跡線與地球赤道相交產生兩個交點,飛行器由北向南飛越赤道的交點稱為降交點。衛星抵達降交點時當地時間成為降交點地方時。
在前面提到太陽同步軌道衛星每次都在同一時間飛越當地上空,衛星以相同方向經過同一緯度的地方時總是相同的。下面我們重新看看這兩景影像驗證一下
緯度相同,可為什么時間不一樣呢?
注意這里的時間是北京時間,上面我們說的是地方時相同。這個時候又要說說咱們的中學常識了--地方時,相信大家忘記得七七八八了,喵給大家重溫一下哈,中國橫跨東五區-東九區,統一使用北京時間,但地方時向西一個時區(15),手表要撥慢1小時;向東則撥快1小時,這兩景影像經度相差24.4,所以兩景影像雖然北京時間相差了97分鐘,也就是衛星繞地球走了一圈的時間,但是其實地方時是相同的。
當高分一號衛星到達如上圖所示位置即降交點時的地方時是上午10點30分,就是說衛星每次過境赤道都是上午10點30分,這樣我們可以根據地理位置大概估計衛星過境各地的時間。
到此為止,軌道參數表ko!
下面再來攻克有效載荷參數,其中重返周期和側擺能力上文已經說過了,下面把其他參數也各個擊破。
當然說到這個表,有人看到有效載荷就暈了,大喊說人話,其實有效載荷通俗來說就像衛星的大腦,決定衛星的功能,通訊衛星、導航衛星還是遙感衛星。本課說的衛星參數表呢針對的是遙感衛星,所以這里的有效載荷就是衛星上的遙感器,可以簡單理解為相機,這樣就好懂多了吧。
遙感衛星
衛星上搭載的有效載荷是遙感器的衛星,也叫地球觀測衛星,常用的高分系列、資源系列、Landsat系列、spot系列、worldview系列等都是遙感衛星。
遙感衛星是一種常用的遙感平臺,當然遙感平臺遠遠不僅是這些,還包含飛機、地面監測車、熱氣球等。
遙感器
用來遠距離檢測地物和環境所輻射或反射的電磁波的儀器。
說到這里遙感中一個很重要的概念--電磁波出現了。在這之前我拋出一個問題,遙感是什么?相信不止是外行人,就算是RSers們有時候也很難解析。本課我們試試從來從另一個角度認識遙感。
遙感
遠離目標
通過非直接接觸
而判定、測量并分析目標性質的技術。
所以這多人都說遙感是遙遠的感知,既然不能接觸,怎么感知呢?沒錯,靠的就是電磁波。電磁波啊,也是中學必學的東西,但我們這些大學畢業的人可能又還給老師了,感覺今天的課程是被中學生碾壓的一堂課
你們還認得他嗎
他叫麥克斯韋,如果你還沒印象,想想剛剛提到的牛頓蜀黍,麥哥當時發表了《論電和磁》,被稱為繼牛頓之后的一部最重要的物理學經典 ,所以你知道了吧,他是一位大牛。遙感對目標進行信息采集主要就是利用了從目標反射或輻射的電磁波,所以可以說遙感是通過電磁波達到識別物體的技術。
一切物體,由于其種類及環境條件不同,因而具有反射或輻射不同波長的電磁波的特性。就是說每樣物體都有自己獨特的光譜特性,也稱作光譜指紋。
不要長按識別了,這只是比喻!!還記得之前很火的一則新聞嗎
高分一號的的分辨率是2m,怎么看清罌粟呢?靠得就是光譜指紋,各種常見作物的反射光譜都會被遙感專家記錄下來,形成如下圖所繪制的的“光譜指紋”。
每種植物都有自己獨特而唯一的“光譜指紋”,此后要對地面作物的種類和生長情況做出判斷時就可以對照“指紋”配對了。同理“光譜指紋”也可以應用在發現罌粟上,幫助警察叔叔捉“壞人”不在話下,只要對照“光譜指紋”罌粟大軍就無所遁形!這些都跟電磁波在各個波段的反射率有關系,所以遙感器獲取的波段和光譜范圍至關重要。
上面是遙感上常用的波段及該波段的應用,再比對一下下表。
可以看出高分一號的光譜范圍對應的是可見光的紅綠藍波段和近紅外波段, 對植被來說在可見光波段,植物看上去都是綠色的。但是在近紅外波段,植物有比較強的反射,這個反射百思特網強度跟植物葉片的形狀有關。其他地物也各有各的特點。
幅寬
每景影像的寬度,幾臺相機組合時則是組合寬度。
從參數上比對下圖,觀察一下2m全色/8m多光譜相機和16m多光譜相機分別有幾臺,對應的幅寬展示是左邊還是右邊。
很明顯,左側是2臺2m全色/8m多光譜相機組合拍攝的幅寬60km的影像,右側是4臺16m多光譜相機組合拍攝的幅寬800km的影像,所以高分一號的大幅寬是這樣來的,而不是一臺相機就有800km。
空間分辨率
遙感影像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離,也稱為地面分辨率。
這是一幅高分一號的影像,當你在arcgis里把影像放大到馬賽克大小時
量一下,你會發現一格馬賽克的寬度是2m。空間分辨率數值越小,通常我們說空間分辨率越大。空間分辨率越大,識別地物形狀能力越好。另外你會發現說到空間分辨率經常會有全色和多百思特網光譜這兩個概念,如下圖,哪幅影像是全色哪幅影像是多光譜呢。
一個最簡便的辨別方法,黑白的是全色,彩色的是多光譜。全色波段,因為是單波段,所以在圖上顯示是灰度圖片。全色遙感影像一般空間分辨率高,但無法顯示地物色彩。多光譜,是指對地物輻射中多個單波段的攝取。得到的影像數據中會有多個波段的光譜信息。對各個不同的波段分別賦予RGB顏色將得到彩色影象。多波段遙感影象可以得到地物的豐富光譜信息和色彩,但是空間分辨率較低。通常我們會通過影像融合既提高多光譜影像空間分辨率,又保留其多光譜特性。
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