常用遥感数据和波段用途

（一）NOAA/A VHRR

NOAA/A VHRR（National Oceanic and Atomospheric Administration）是低空间分辨率遥感卫星。它是美国国家海洋大气局的实用气象观测卫星，从1970年12月发射的第一颗到2002年6月24号发射的NOAA-M，30多年来共发射了17颗。NOAA卫星的轨道为太阳同步近极地圆形轨道，以确保同一时间、同一地方的上午、下午成像。轨道平均高度分别为833km和870km，轨道倾角98.7o和98.9o；是目前业务化运行最成熟的一种遥感卫星。NOAA卫星采用双星系统，即NOAA12和NOAA14在服役，它的总体参数：总重量：1421公斤；负载量：194公斤；保留余量：36.4公斤；卫星尺寸：3.71米（长）*1.88米（直径）。星载传感器有：①极精密高分辨率辐射计（AVHRR）以5个频道同时扫描大气，可获得可见光云图和红外云图，作为天气分析与预报之用。此外，红外频道的数据可用来决定若干云参数及海面温度。②泰洛斯业务垂直探测器（TOVS），这组仪器包括三个辐射计，各有不同的功能：A.高分辨率红外辐射探测器（HIRS/2）是具有20个可见光和红外频道的扫描辐射计，可以探测对流层内气温和水汽垂直分布以及臭氧总含量。B.平流层探测单元（SSU）以3个红外频道观测平流层中的气温垂直分布。C.微波探测单元（MSU）以4个微波频道观测波长0.5厘米的氧吸收带，可以穿透云层探测云下的气温垂直分布。③太空环境监测器（SEM）负责侦测太空中太阳质子、α粒子及电子通量等资料。④地球辐射收支试验（ERBE）以狭角视场和广角视场观测地球大气，可以监测太阳常数、行星反照率以及射出长波辐射等参数。TIROS-N系列卫星具有数据汇集系统（DCS），可以接收来自两千多个固定及移动观测台的资料，加以处理储存，最后再传送到地面接收站。

AVHRR为TIROS-N系列卫星最主要的仪器，它由一个8英寸口径的卡塞格伦望远镜对准地面，用一个旋转镜对地面左右扫描，望远镜的瞬时视场角为

1.3*1.3平方毫弧度，相当于星下点1.1平方公里，扫描每分钟360行，扫描角为正负55度，相当于地面2800公里。它的成像方式是光学机械扫描成像，成像幅宽为16.5km*16.5km，空间分辨率在星下点处是1100m，在远离星下点处是4000m。AVHRR具有五个探测波段，每个波段特性见下表1：

表1 波段特性

NOAA卫星地面接收站每天两次在固定时间里接收某一轨道的卫星云图，几条轨道的图像拼接成区域云图，成为预报员制作预报的重要参考资料。

（二）TERRA/MODIS

MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectrometer）于1999年12月18日在美国加洲的verndenberg空军基地发射成功，承载的卫星是Terra(EOS AM1) ，它是中空间分辨率遥感卫星，于2000年2月24日正式接收数据。MODIS 采用与太阳同步的，近极地圆形轨道，轨道高705km，测绘带宽2330km*10km。具有36个光谱通道，分布在0.4-14um的电磁波谱范围内。MODIS仪器的空间分辨率分别为250m、500m、1000m，在对地观测过程中，每秒可同时获得6.1兆比特的来自大气、海洋和陆地表面信息，每日或每两日可获得一次全球观测数据。

MODIS是被动式成像分光辐射计，携带490个探测器，分布在36个光谱波段，覆盖从可见光到红外波段。由穿轨迹扫描反射镜、收集辐射的光具和带有光谱滤光片的线列阵探测器组件等部件构成。探测器组件共四组，分布在四个焦平面处。

MODIS仪器内设置多种定标硬件，供空间操作时使用。包括：太阳漫射器、太阳漫射稳定度监视仪、分光辐射度定标组件、板状黑体、和天空视窗。仪器操作时定期地使用太阳漫射器、黑体和分光辐射度仪等三个定标装置进行定标。

MODIS仪器操作，在轨日夜连续操作。正常的获取科学数据，在白天，所有波段均操作运行。在轨道的夜间时段，只有热红外波段收集数据。

MODIS数据的特点如下表：

MODIS波段分布和主要应用

MODIS数据的文件格式是HDF文件格式。HDF是美国国家高级计算应用中心（National Center Supercomputing Application）为了满足各种领域研究需求而研究的一种能高效存储和分发科学数据的新型数据格式。一个HDF文件中可以包含多种类型的数据，如栅格图像数据，科学数据集，信息说明数据。这种数据结构方便了我们对信息的提取。

MODIS观测数据的分析和研究将在以下几方面应用领域发挥重要作用：（1）地表覆盖变化和全球生产力，包括区域性地表覆盖变化的趋势和模式、作物种类，以及全球初级生产力。（2）自然灾害监测，包括洪涝、干旱、森林草原火灾、雪灾等。（3）短期气候预测，季、年的气候预测，以便改进对短期气候异常发生时间、地点的预报。（4）长期气候变化研究，帮助科学家识别长期气候变化及其趋势的机制和因子，包括人类影响。（5）大气臭氧监测，帮助科学家监测大气臭氧的变化，分析变化产生的原因及对地球系统的影响。

（三）Landsat/TM&ETM

Landsat5 Landsat7

Landsat（陆地卫星）是中空间分辨率卫星，它是由NASA（美国航空航天局）发射的。从1972年7月23日发射以来，已发射7颗（第6颗发射失败）。目前Landsat1-4相继失效，Landsat5仍在超期运行（从1984年3月1日至今）。Landsat7于1999年4月15日发射升空。

Landsat卫星采用与太阳同步的近极地圆形轨道，而且卫星以同一地方时、同一方向通过同一地点，保证了遥感观测条件的基本一致，有利于图像的对比。Landsat4,5轨道高度705km，轨道倾角98.2o每16天重复覆盖一次，穿过赤道的地方时为9点45分，覆盖地球范围N81o-S81.5o。

Landsat5上装载了专题制图仪（TM），其空间、光谱、辐射性能均比MSS有明显提高，因而数据质量提高、数据量增加。Landsat7在数据获取的地理范围与分幅方法、空间分辨率、校正精度和光谱特性等方面足够一致，TM用户可以顺利过渡到ETM+。Landsat7上装载了ETM+，其在ETM的基础上，设置了太阳定标器和内部灯定标，以改善辐射定标，且热红外谱段空间分辨率提高到60m。

Landsat数据的特点如下表：

在过去的日子里，Landsat数据的用很广泛，如全球变化的研究，，区域环境的研究，国家安全以及一些其他的文化和经济目的。例如，Landsat数据已经被用于监测农业产量，城市增长以及陆地覆盖变化，并且Landsat数据在油、气和矿的开采方面有广泛的应用。其他的科学应用包括监测火山，冰河动力学，农业产量以及海岸情况。

可见光的波长大约在0.4-0.7 m。波长最长的可见光是红光，最短的是紫光。通常可以感觉到的色彩的波长如下：紫光（0.4-0.446）、蓝光（0.446-0.5）、绿光（0.5-0.578）、黄光（0.578-0.592）、橙光（0.592-0.62）、红光（0.62-0.7）、红外（0.7-100），近红外（0.7-0.9）

（四）ASTER

ASTER（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Rdiometer）叫做高级太空热辐射反射辐射计。它是由日本国际贸易工业部提供的一种便于探索的仪器。于1998年搭载NASA的地球观测系统上午星（EOS-AM1）平台升空。发射ASTER的目的是为了提高人们对发生在近地表和低大气层中局部或区域规模的过程的理解，其中也包括地表—大气界面的相互作用。ASTER的立体观测基高比为0.6，跨宽60km，总跨度232km，寿命为5年。

ASTER的数据特征如下表：

其中，VNIR和美国陆地卫星TM以及日本地球资源卫星（JERS-1）光学传感器（OPS）相类似的波段通道。选择SWIR波段主要是为了地表土壤和矿物绘

图的目的。TIR的目的是用来估计SiO2的含量。

从ASTER的几何性能来看，就它们的波段范围来说，它们的分辨率在所有EOS-AM1的传感器中仍然是最高的。对于其它传感器数据的亚像素比率分析，比如对于具有250、500或者1000米空间分辨率的MODIS数据，对于具有275、500或者1100米分辨率的MISR数据，ASTER数据期望能够提供重要的信息。

ASTER的数据类型包括：1、工程数据：监视和维持太空船和仪器的健康和安全。2、校准数据：作为车载的和替代仪器的校准。3、科学数据：收集起来满足使命的科学目的。

ASTER数据对于研究各种局部的到区域的现象很有用，比如：（1）陆地表面气候：陆地表面参数的调查，表面温度等，目的是为了了解陆地—大气的互相作用和能量以及湿度流（蒸发作用和蒸发损失总量）。（2）植被和生态系统动力学：植被和土壤分布的调查以及他们的变化，目的是评估生物生产力，了解陆地—大气的互相作用，并且探测生态系统变化。（3）火山监控：对喷发和先前时间的监控，例如火山气散发到大气层，喷发柱，熔岩湖的演化和喷气孔的活动，喷发历史和喷发潜能。（4）灾害监控：野火、洪水、滑坡和海岸侵蚀等的程度和效应。（5）悬浮微粒和云—对大气中悬浮微粒的特征和云类型的观测，这些对于表面修复的大气纠正很有用。（6）海洋系统中的碳循环—通过测量珊瑚礁的全球分布和珊瑚礁堆积率，对大气中正在进入珊瑚礁的CO2的测定。（7）水文学—了解全球能量和水文过程，以及它们对全球变化的关系。

（五）风云

我国的气象卫星是以极轨和静止两个系列并存而发展的。极轨系列气象卫星以风云一、三、五、……号等奇数排序。静止系列气象卫星以风云二、四、六、……号等偶数排序。

一、“风云一号”气象卫星

风云一号（以下简称FY-1号）是我国研制的第一代极轨气象卫星。到目前为止，我国共发射了4颗FY-1号极轨气象卫星，分为两个批次发射。FY-1A/B，FY-1C/D4颗卫星都是在山西苛岚卫星发射基地发射升空。FY-1号卫星由航空航天部研制，国家气象局负责卫星资料的接收、处理以及产品的分发，它的主要任

务是获取全球气象资料，并向全世界气象卫星地面站发送气象信息。此外还获取海洋资料，为海洋部门服务。

FY-1号卫星本体是1.4*1.4*1.2米的六面体。星体外侧对称安装六块太阳电池帆板，帆板展开后卫星总长8.6米。六块帆板上共装有14000片太阳电池，可产生800瓦电力，电池效率为11.5—12%，表明我国已掌握了相当先进的太阳电池技术和帆板展开技术。

卫星运行在高度为901公里，倾角99度，周期102分钟的太阳同步轨道上，每天绕地球运行14圈。卫星运作由电子计算机控制，其显著特点之一是采用长寿命的三轴姿态控制系统，使星上两台辐射仪始终对准地球，对地指向精度小于1.0度。

卫星上的主要遥感仪器是两台五通道可见光和红外扫描辐射仪，扫描宽度可达3000公里，星下点分辨率为1.1公里，下面是各通道的波长和主要用途：

卫星探测资料可以实时连续发送，也可延时回放。延时回放是先把国外观测资料存入星上磁带记录器（一次可存储60分钟云图资料），当卫星飞经我国三个指定接收站上空时，回放发送下来，这是我国获取全球气象资料的一种手段。

卫星发送资料的方式有三种，一是甚高分辨率图象传输（HRPT），二是高分辨率图象传输（APT），三是延时图象传输（DPT）。前两种图象传输的信息格式与美国NOAA卫星基本相同，其中含有卫星姿态数据。我过卫星气象中心向全世界播发FY-1号的前两种图象资料。延时图象资料传向我国气象卫星地面站发送，它是在全球范围内经选择的局部地区的云图。FY-1号卫星的发射为我国研制和更好地利用气象卫星提供了宝贵经验。

二、“风云二号”气象卫星

风云二号（以下简称FY-2）静止是我国研制的第一代静止气象卫星，共有6颗卫星。FY-2号第一颗星在发射前“夭折”，FY-2A星于1997年6月10日发射成功，FY-2B星于2000年6月25日发射成功。FY-2B星定点于105oE，FY-2A

星在FY-2B发射前西移并定点于86.5oE，用于实验和备份。

FY-2号静止气象卫星分为01批和02批，FY-2（01批）共2颗卫星，分别为FY-2A、B；FY-2（02批）为3颗卫星，分别为FY-2C、D、E。

风云二号气象卫星是一个直径2.1m，高1,6m的圆柱体。远地点发动机分离后，包括天线在内卫星总高度3.1m，重约600kg，卫星姿态为自旋稳定，自旋速率为每分钟100+/-1转，卫星设计工作寿命为3年。

FY-2号有以下用途：（1）FY-2号的导风资料，将填补印度洋上的广大资料空白区。（2）FY-2号每小时提供一次云图。在需要的时候，还可以进行加密观测。这种高频次的云图资料，可以有效地监视暴雨、台风等灾情性中小尺度天气系统。（3）FY-2号的射出长波辐射资料，提供了大气中云的信息以及热带地区大尺度环流系统分布的信息。这些信息揭示了大气中赤道辐合带、副热带高压等大尺度环流的中期振动，是中期天气预报的有用工具。（4）FY-2在亚洲地区第一次提供了水汽云图。

（六）中巴资源卫星（ＣＢＥＲＳ）

1999年10月14日，我国第一颗地球资源遥感卫星(又称资源—号卫星)在太原卫星发射中心成功发射。早在1985年，我国就研制了中国国土普查卫星，这是一种短寿命、低轨道的返回式航天遥感卫星，在当时．各用户部门取得了不小的成果。但普查卫星受气候条件限制，长江以南地区团长期阴雨绝大部分相片不能使用，致使全国国土资源与环境普查工作未能达到顶期目的。中巴资源卫星

是继国土普查卫星之后，我国发射的第一颗地球资源卫星。中巴资源卫星的轨道是太阳同步近极地轨道，轨道高度778hn，卫星的重访周期是26天．设计寿命2午。其携带的传感器的最高空间分辨率是19．5m。其上计划装载IR红外扫描仪和CCD相机两种传感器．其原理分别与TM和HRV相似，只是空间分辨率和波段不同。

ETM+遥感不同波段的用途

741

741波段组合图像具有兼容中红外、近红外及可见光波段信息的优势，图面色彩丰富，层次感好，具有极为丰富的地质信息和地表环境信息；而且清晰度高，干扰信息少，地质可解译程度高，各种构造形迹（褶皱及断裂）显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布以及火山机构也显示清楚。

742

1992年，完成了桂东南金银矿成矿区遥感地质综合解译，利用1：10万TM7、4、2假彩色合成片进行解译，共解译出线性构造1615条，环形影像481处, 并在总结了构造蚀变岩型、石英脉型、火山岩型典型矿床的遥感影像特征及成矿模式的基础上，对全区进厅成矿预测，圈定金银A类成矿远景区2处，B类4处，C类5处。为该区优选找矿靶区提供遥感依据。

743

我国利用美国的陆地卫星专题制图仪图象成功地监测了大兴安岭林火及灾后变化。这是因为TM7波段（2.08-2.35微米）对温度变化敏感；TM4、TM3波段则分别属于红外光、红光区，能反映植被的最佳波段，并有减少烟雾影响的功能；同时TM7、TM4、TM3（分别赋予红、绿、蓝色）的彩色合成图的色调接近自然

彩色，故可通过TM743彩色合成图的分析来指挥林火蔓延与控制和灾后林木的恢复状况。

754

对不同时期湖泊水位的变化，也可采用不同波段，如用陆地卫星MSS7，MSS5，MSS4合成的标准假彩色图像中的蓝色、深蓝色等不同层次的颜色得以区别。从而可用作分析湖泊水位变化的地理规律

754

陆地卫星图像的标准假彩色指采用陆地卫星多光谱扫描仪所成的同一图幅的

第四波段MSS4图像、第五波段MSS5图像和第七波段MSS7图像，分别配以兰、绿、红色的彩色合成图像上的彩色。并称此种合成的图像为陆地卫星标准假彩色图像。在此图像上植被分布显红色，城镇为兰灰色，水体为兰色、浅兰色（浅水），冰雪为白色等。

541

XX开发区砂石矿遥感调查是通过对陆地卫星TM最佳波段组fefee7合的选择（TM5、TM4、TM1）以及航空、航天多种遥感资料的解译分析进行的，在初步解译查明调查区第四系地貌。

543

例如把4、5两波段的赋色对调一下，即5、4、3分别赋予红、绿、蓝色，则获得近似自然彩色合成图像，适合于非遥感应用专业人员使用。

543

波段选取及主成份分析我们的研究采用1995年8月2日的TM数据。对于屏幕显示和屏幕图象分析，选用信息量最为丰富的5、4、3波段组合配以红、绿、兰三种颜色生成假彩色合成图象，这个组合的合成图象不仅类似于自然色，较为符号人们的视觉习惯，而且由于信息量丰富，能充分显示各种地物影像特征的差别，便于训练场地的选取，可以保证训练场地的准确性；对于计算机自动识别分类，采用主成分分析（K-L变换）进行数据压缩，形成三个组分的图象数据，用于自动识别分类。

543

742

该项工作是采用以遥感图像解译为主结合地质、物化探资料进行研究的综合方法。解译为目视解译，解译的遥感图像有：以1984年3月成像经处理放大为1：5万卫星TM假彩色片（5、4、3波段合成）和1979年7月拍摄的1：1.6万黑白航片为主要工作片种；采用1986年11月的1：10万TM假彩色片（7、4、2波段合成》为参考片种。

432

卫星遥感图像示蓝藻暴发情况

我们先看一看蓝藻爆发时遥感监测机理。蓝藻暴发时绿色的藻类生物体拌随着白色的泡沫状污染物聚集于水体表面，蓝藻覆盖区的光谱特征与周围湖面有明显差异。由于所含高叶绿素A的作用，蓝藻区在LandsatTM2波段具有较高的反射率，在TM3波段反射率略降但仍比湖水高，在TM4波段反射率达到最大。因此，在TM4（红）、3（绿）、2（蓝）假彩色合成图像上，蓝藻区呈绯红色，与周围深蓝色、蓝黑色湖水有明显区别。此外，蓝藻暴发聚集受湖流、风向的影响，呈条带延伸，在TM图像上呈条带状结构和絮状纹理，与周围的湖水面也有明显不同。

453

本研究遥感信息源是中国科学院卫星遥感地面接收站于1995年10月接收美国MSS卫星遥感TM波段4(红)、波段5(绿)、波段3(蓝)CCT磁带数据制作的1∶10万和1∶5万假彩色合成卫星影像图。图上山地、丘陵、平原台地等喀斯特地貌景观及各类用地影像特征分异清晰。成像时期晚稻接近收获，且稻田中不存积水，因此耕地类型中的水田色调呈粉红色；旱地由于作物大多收获，且土壤水分少而呈灰白色；菜地则由于蔬菜长势好，色调鲜亮并呈猩红色。园地色调呈浅褐色，且地块规则整齐、轮廓清晰。林地中乔木林色调呈深褐色，而分布于喀斯特山地丘陵等地区的灌丛则呈黄到黄褐色。牧草地大多呈黄绿色调。建设用地中的城镇呈蓝色；公路呈线状，色调灰白；铁路呈线条状，色调为浅蓝；机场跑道为蓝色直线，背景草地呈蓝绿色；在建新机场建设场地为白色长方形；备用旧机场为白色色调，外形轮廓清晰、较规则。

水库和河流则都呈深蓝色调。

453

采取4、5、3波段分别赋红、绿、蓝色合成的图像，色彩反差明显，层次丰富，而且各类地物的色彩显示规律与常规合成片相似，符合过去常规片的目视判读习惯。

451

453

TM图像的光波信息具有3～4维结构，其物理含义相当于亮度、绿度、热度和湿度。在TM7个波段光谱图像中，一般第5个波段包含的地物信息最丰富。3个可见光波段（即第1、2、3波段）之间，两个中红外波段（即第4、7波段）之间相关性很高，表明这些波段的信息中有相当大的重复性或者冗余性。第4、6波段较特殊，尤其是第4波段与其他波段的相关性得很低，表明这个波段信息有很大的独立性。

计算0种组合的熵值的结果表明，由一个可见光波段、一个中红外波段及第4

波段组合而成的彩色合成图像一般具有最丰富的地物信息，其中又常以4，5，3或4，5，1波段的组合为最佳。

第7波段只是在探测森林火灾、岩矿蚀变带及土壤粘土矿物类型等方面有特殊的

作用。

最佳波段组合选出后，要想得到最佳彩色合成图像，还必须考虑赋色问题。人眼最敏感的颜色是绿色，其次是红色、蓝色。因此，应将绿色赋予方差最大的波段。按此原则，采取4、5、3波段分别赋红、绿、蓝色合成的图像，色彩反差明显，层次丰富，而且各类地物的色彩显示规律与常规合成片相似，符合过去常规片的目视判读习惯。

例如把4、5两波段的赋色对调一下，即5、4、3分别赋予红、绿、蓝色，则获得近似自然彩色合成图像，适合于非遥感应用专业人员使用。

――《TM图像的光谱信息特征与最佳波段组合》－戴昌达，环境遥感，1989.12

472

在采用TM4、7、2波段假彩色合成和1:4 计算机插值放大技术方面，在制作1:5万TM影像图并成1:5万工程地质图、塌岸发展速率的定量监测以及在单张航片上测算岩(断) 层产状等方面，均有独到之处。

六十年代，卫星出现不久，发展应用卫星的有效载荷技术，完全处於试验和摸索阶段。作为空间遥感卫星试验的前奏，应当特别提及飞机遥感技术的发展。世界许多国家都是首先开展大规模的机载对地观测技术的飞行试验活动，其"领头羊"是美国。美国在早期发展卫星遥感技术和应用，首先进行大量的飞机试验活动。为了获得卫星遥感仪技术的每一知识，几乎都是首先开展在飞机上的试验和验证。特别是为准备发射地球资源遥感卫星，本世纪六十年代末期，美国宇航局（NASA）在全美国展开了有史以来规模最大的机载飞行实验活动。历时三年。他们动用了当时能够提供的所有遥感仪器。包括微波雷达、红外扫描仪、和各种照相机设备。开辟了近400个试验场和典型地物场地。实验应用的范围极其广泛，包括农、林、地质、地理、水文、海洋、城市、工程等一大批应用。从此以后，至今还没有那次试验在规模上超过它。通过这次活动，人们不仅认识了各种遥感仪技术的作用和潜力，而且还初步学会如何开展应用遥感的具体方法。这是人类对遥感技术及应用的第一次、比较系统的实践。这次活动结束后二年，美国地球资源技术卫星（ERTS）发射成功。从此在全世界掀起了空间遥感应用的热潮。现在，回过头来再审视一下这次实验活动，会深刻体会到机载遥感飞行试验在整个空间对地观测技术发展中的重要作用。

早在人造卫星发射之前，世界各国就开始开展卫星遥感应用的技术准备。即卫星有效载荷对地观测仪器技术的探索和研究工作。卫星在围绕地球飞行过程中，能够在短时间内覆盖观测全地球。它特别符合气象观测的需求，因此，卫星一出现便受到气象工作者的重视。当时的问题是采用什么样的遥感仪器，能够在卫星飞行中摄取的地面图像并即时将其送回地面。在当时的传感技术中只有电视摄像机满足这一要求。1960年4月1日美国发射第一颗气象卫星泰罗斯（TIROS）卫星，全称为电视和红外观察卫星。星上电视摄像机首次送回地球大气清晰的可见光云图，具有气象价值。

受到泰罗斯卫星结果的鼓舞，随即，美国和西欧便共同开展比较有规模的气象卫星实验活动。这些活动包括以下三个方面的内容。1）继续发射泰罗斯系列卫星，逐步改善气象卫星技术和卫星上的有效载荷技术。该系列卫星在不到四年的时间里共发射8颗卫星。2）发展专门的试验卫星，雨云（Nimbus）卫星系列作为气象（大气）观测技术试验平台，专门对新型大气遥感仪试验飞行。雨云卫星的实验，一直持续到八十年代，雨云－7。几乎所有的类型的气象卫星有效载荷技术都事先在这类卫星上飞行过。3）建立新的实用气象卫星基本构型。为最终建立卫星气象业务系统作准备。实际上，这些活动的核心只有一个。即采用什么样的遥感仪器能够获取地球的大气信息，适合为天气预报服务。

美国六十年代曾发射三个试验性实用气象卫星系列：艾萨（ESSA）（共9颗）；艾托斯（ITOS）（共1颗）；

（地球同步气象卫星，共5颗）。1970年12月11日发射第一代实用化气象卫星；诺阿（NOAA）。爱脱斯（ATS）

事实上，在卫星上采用电视摄像机拍摄云图是有缺陷的。不论是图像的视场、波段、还是仪器在空间操作，都受到严重限制。当时受到机载侦察红外扫描相机所使用的红外扫描成像技术的启发，将光学－机械行扫描仪原理引入到气象卫星有效载荷仪器技术，制成可见和红外扫描辐射计。并将其作为气象卫星获取地球表面云图（可见光）和地面温度分布图（红外）的主要遥感仪器。与此同时，利用红外分光计的测量试验也获得成功。它利用大气CO2气体在（14~16）μm的红外光谱，推断大气温度垂直分布。七十年代初，诺阿一号气象卫星，以可见和红外扫描辐射计和垂直温度分布辐射计等两台仪器为主要有效载荷，获得云图、地面温度图和大垂直温度分布等数据，成为世界上第一个气象卫星业务系统。至此，初步完成实用气

象卫星的试验。

早在六十年代初期，美国就酝酿利用空间技术勘察地球的资源。随即制订了"地球资源勘察"计划。包括发射资源卫星和天空实验室飞船，以及飞机计划。经过七年的论证和研制等准备工作，於1972年7月成功地发射第一颗实验型"地球资源技术卫星"（ERTS）。在这颗卫星上，安装有二种摄取地面图像的遥感仪器：三台返束光导摄像管（RBV）和多光谱扫描仪（MSS）。它们工作在可见光和近红外光谱区域。RBV有三个波段，地面分辨率100m。MSS包括四个波段: MSS1（0.5~0.6）μm，MSS2(0.6~0.7)μm，MSS3(0.7~0.8)μm，MSS4(0.8~1.1)μm。分辨率79m。在当时，电视摄像机已在气象卫星上试验成功。为提高分辨率，请著名的美无线电公司（RCA）专门研制高分辨率电视摄像管，返束光导摄像管。扫描线达4500条。多光谱扫描仪（MSS）是一种利用行扫描原理的高分辨率光学-机械扫描成像系统。在扫描仪的焦平面上，利用分光元件和光电探测器相配合，在可见光和近红外光谱范围的四个狭窄波段摄取地面图像。光谱分辨率△λ＝0.1μm。从总体说来，ERTS-1的首次实验是成功的。虽然RBV在太空运行很短时间就因高压电源故障而停止，但是MSS获取的图像却得到了意想不到的成功。

ERTS-1原订寿命一年，MSS实际工作5.5年。它摄取了3.3万个地面景物，提供约150万张图像。这种包含（185×185）Km2地面的多光谱图像，初步分析便得到了在当时非常惊人的结果。当时发现，加拿大西部有镍矿、巴基斯坦可能有铜矿、看到了纽约海港的污染情况，断定了农作物的长势、与现有地图相比较发现一批错误和遗漏...。这些意想不到的结果引起了世界各国的普遍重视。这种卫星的多光谱图像迅速在世界范围扩散。随即掀起了世界性的地球资源与环境空间遥感应用的热潮。

从对地观测技术发展的角度来审视应用技术的发展历史，六十年代的实验活动是有成效的。通过气象和资源两类应用卫星的实践过程，建立了初步满足实用化要求的信息获取技术。利用光电探测和光-机扫描成像原理的光电遥感仪器技术，被确定为实用化卫星有效载荷技术，推动了对地观测技术及其应用的整体发展。事实证明，这是一条正确的技术路线。

地球资源技术卫星（ERTS）的成功，使空间遥感技术的影响和作用在世界范围进一步扩大。更为重要，MSS（多光谱扫描仪）的实践和MSS图像在众多应用领域取得实际效益，也迅速地得到了有关MSS应用效果的评价。使得人们对于对地观测应用技术发展规律的认识得到了升华。七十年代中期，美国将地球资源技术卫星（ERTS）计划更名为陆地卫星（Landsat）计划，下一颗卫星称为Landsat-2（1975年）。明确规定：陆地卫星计划的目标是，为陆地遥感提供实用化空间观测工具。下一步的发展重点是增加观测波段和提高地面分辨率两个方面。1978年发射的Landsat-3 增加了MSS-5 热红外（10.4~12.6）μm波段。1982年发射的Landsat-4卫星。星上除装载MSS外，增加一台新的光－机扫描多光谱扫描仪，主题测绘仪（TM）。TM设置七个光谱波段，比MSS增加两个短波红外波段，即TM5（1.55～1.75）μm，TM7（2.08～2.38）μm。地面分辨率从79m（MSS）提高到30m（TM）。虽然MSS图像在陆地应用方面是成功的，但事实上证明，它对于海洋遥感应用有许多不相适应。人们从实践中体会到，不能仅仅利用一种遥感仪完成所有地球资源遥感任务。关於海洋遥感应当另行专门设计卫星并发展其有效载荷技术。至此，人们已经认识到并确定了有关地球体系三大领域（大气、陆地、海洋）相对独立的对地观测技术的发展体系。这在对地观测技术发展中勘称是一个重大的转折。

美国的海洋卫星（SeaSat）是从七十年代初期开始论证和研制的。这是第一颗专门用於海洋遥感的实验性空间飞船。1978年7月26日发射成功。由於星上电源故障，该星仅工作160天便停止工作。尽管如此，它还是完成了预定的海洋遥感实验。这颗卫星装载了在当时技术条件下能够研制出来的所有海洋遥感仪器。包括：雷达测高仪（ALT）、散射计、合成孔径雷达（SAR）、多通道微波辐射计、可见光和红外辐射计等。它们收集地球海面和包括风、浪、温度、海水、形貌等大批信息。同时也对最新研制的各种遥感仪技术进行实验和评价。

从海洋卫星（Seasat）以后的海洋遥感卫星看，第一颗卫星的实验是成功的，它基本上达到了既定目标。雷达高度计、散射计和辐射计等仪器的实验均转入实用化阶段，它们后来都成为海洋遥感的基本工具。此后，美国海军的海洋遥感系统（NROSS）、美国宇航局和法国合作的海貌卫星（Topex/Poseidon）,日本的海洋观测卫星（MOS-1）以及欧空局的遥感卫星（ERS-1）等，都是后续的海洋遥感卫星，实用化的具体计划。

从遥感技术发展过程看，海洋卫星上首次装载的合成孔径雷达（SAR）实现太空飞行，这是一件有意义的事情。众所周知，早在五十年代初期，为军事侦察需要发明了真实孔径侧视成像雷达。微波辐射的穿透和全天候特性，吸引许多人继续从事研制高分辨率成像雷达的工作。结果，合成孔径雷达（SAR）的概念诞生。到六十年代，机载SAR的飞行，图像分辨率可达到15m的水平。七十年代初期，空间遥感技术发展引起世界性轰动，但技术界人士都非常明白，这完全是因为光电遥感技术的成功。因此，把高分辨率成像雷达搬到卫星上去，是技术专家和遥感用户共同的迫切愿望。海洋卫星实现了SAR的空间首次飞行，得到分辨率为25m的地面雷达图像，据说曾引起了很大的轰动和反响。可想而知，在当时，这种全天候图像在军事上的意义是很大的。此后，日本、欧洲、俄国、中国和加拿大等国都全力投入空间SAR技术研究工作，并研制SAR卫星。

从七十年代中期开始，陆地卫星MSS图像在全世界范围不断地扩大应用。许多国家建立其数据接收的地面站。开展以利用卫星图像数据为中心的空间遥感应用活动。在空间遥感技术的发展方案上美国也作过一些调整。ERTS本来是打算将返束光导摄像管（RBV）作为主要遥感仪器手段。但卫星入轨后长期使用情况表明，RBV的高电压条件常常导至空间电源故障。此外，在图像几何逼真度和辐射度测量的重复性等性能上，RBV都稍逊於MSS。所以，自从第三颗卫星（Landsat-3）开始，MSS成为该星的主要遥感仪器。对于RBV，再做一次高分辨率（40m）试验后，正式将其拼弃。从Landsat-4开始，采用光电探测和光-机扫描成像相同原理的两台遥感仪器（MSS和TM），成为陆地遥感的主要信息获取手段。与此同时，加紧研究采用大型线列阵CCD传感器的推帚式扫描成像技术，实现从卫星上获得高分辨率图像。

七十年代末期，法国也开始论证和研制陆地遥感的卫星。他们的地球观测卫星（SPOT）计划，首次提出了"连续地为用户服务和以优质数据产品不断提高服务质量"的目标。可谓空间遥感商业化发展的先驱。1986年2月22日SPOT-1卫星发射成功。随即便以商业化运作的方式，按照订货向全世界提供优质数据产品，SPOT卫星图像，全色波段60Km×60Km地面范围，分辨率10m。在可见光和近红外光谱范围提供三个波段的多光谱图像，分辨率20m。可立体覆盖，也可在短期内提供指定地区图像。应当说，SPOT卫星的图像产品质量优於美国的陆地卫星。这主要得益於在信息获取技术上的进步。

从技术上，SPOT卫星采用当时最新的固态摄像器件，电荷耦合器件（CCD），按照推帚式扫描成像方法摄像。这在空间遥感技术发展历史上是具有重大意义的。固态器件体积小、耗电省、可靠性好。更为重要，采用大量光敏元的固体焦平面列阵探测器件，同机械扫描成像方式相比，可在每个分辨元上增加更多的光积分时间，从而提高探测灵敏度。进一步，采用大型线列阵焦平面探测器件构建光电遥感仪，可以避免增加通光口径（大口径望远镜）的技术途径，这是空间光学遥感技术的巨大进步。在SPOT卫星遥感仪上还安装有一只机械运动的瞄准镜，通过它可以瞄准卫星星下点前、后、左、右的地面，摄取它们的图像。这样，不仅可以实现立体覆盖（同一地面从不同方向摄像），而且还可以摄取卫星相邻轨道下地面的图像，保证快速向用户提供指定地面的图像。

与法国SPOT卫星的做法相似，1984年美国开始执行"陆地卫星商业化计划"。在保证卫星所有权属於政府的条件下，成立"地球观测卫星公司"（EOSAT）营运。向全世界销售遥感图像数据。这样，在八十年代后半期，陆地遥感数据开始了商业化运作。到九十年代初，每年营业销售额达到(0.7～0.8)亿美元水平。SPOT 卫星占优，大约4000万美元。

空间遥感技术的进步，及其在世界范围扩展和应用，这是七十年代在科学技术领域里发生的重大事件。它的影响至今还在继续。由於美国在气象和资源遥感卫星的实验成功，世界各国纷纷起步，开始空间遥感技术发展的艰苦历程。从审视历史的观点看，在这一时期的主要发展力量还应包括：以法国为代表的欧洲国家集团；前苏联；日本等。他们在空间技术和对地观测技术两个方面，加速技术开发，为世界对地观测技术的发展增添了新的内容。

a）以法国为首的欧洲国家集团

欧洲国家是通过欧洲空间局（ESA，欧洲14个国家联合成立的空间发展组织，简称欧空局），从1968年开始发展气象卫星的。起初，他们按照美国的技术路线，首先研究与发展极轨道太阳同步气象卫星技术。七十年代初期，受到当时"欧洲化"政治气氛的影响，欧空局改变了研究方向，把气象卫星技术的发展从极轨道卫星转移到首先发展地球同步气象卫星上。1972年正式确立"欧洲气象卫星"（METEOSAT）计划。1977年发射第一颗卫星（METEOSAT）。星上唯一成像遥感仪器属於光-机扫描成像原理。利用星体自旋摄取地球1/3面积的圆盘图像。自此，共发射三颗实验星和三颗实用星，经历近20年。目前正在发展第二代气象卫星。

七十年代末期，欧空局（ESA）开始针对海洋遥感开展合成孔径雷达（SAR）的技术研究工作。当时，他们曾有一个称为SARSAT的卫星计划，利用SAR进行全天候的全球观测。还有一个PARMIRSAT卫星计划，利用被动式微波辐射计进行海况和土质的调查。这些技术的预研是有成效的。1981年欧空局正式制订了"欧洲遥感卫星"（ERS）计划。在这个太阳同步极轨平台上，装载主动微波仪器（SAR）、沿轨迹扫描辐射计（ATSR）、微波探测仪、雷达测高仪、激光反射器、以及精密测距和测速装备等多种有效载荷。ERS-1於1991年7月17日入轨运行。向全世界提供数据。1995年，ERS-2在增加大气臭氧监视仪器后入轨。b）前苏联

前苏联是1966年发射第一颗实验型气象卫星（宇宙号122）的。随即共发射5颗实验星。1969年首次发射实用型气象卫星，"流星"系列。"流星"属於太阳同步极轨卫星，星上装载：电视式相机：红外扫描辐射计；

太阳光度计等有效载荷。1975年起启用"流星- Ⅱ"系列实用气象卫星。增加红外分光计测量大气温度垂直分布，以及偏振测量。此后不久便开展地球同步气象卫星的研制工作。

前苏联自从1975年开始陆地遥感空间实验。第一台多波段扫描仪在同年发射的气象卫星上搭载。后来利用"流星-自然"卫星进行资源遥感卫星试验，共发射六颗。1985年始以"资源-1"命名，作为实用化地球资源卫星系列定期发射，至今已发射六颗。星上的高分辨率多光谱扫描仪，包括热红外共五个波段，可见光地面分辨率45×33 m2 。

c）日本

早在七十年代初期，日本便开始空间遥感技术的研究工作。在气象卫星上，他们确立了首先发展地球同步轨道卫星的技术路线。1977年7月14日第一颗星GMS（静止地球观测卫星）上天。可见和红外自旋扫描辐射计（VISSR）提供地球圆盘可见光（云图）和红外（温度）图像。二十多年来已发射五颗卫星。

日本作为一个海洋岛国，在发展空间遥感技术上将海洋遥感确定为首要目标。他们制订海洋观测卫星（MOS）方案，包括：多光谱电子自扫描辐射计（MESSR）；可见红外扫描辐射计（VTIR）（光-机扫描成像）；微波辐射计（MSR）等有效载荷。MOS-1星1987年入轨运行。与此同时日本加紧研制合成孔径雷达（SAR），建立日本地球资源卫星计划（JERS）。1992年JERS-1卫星发射成功，星上L波段合成孔径雷达（SAR）和光学敏感仪器（OPS）均正常操作，提供多种数据产品。

从世界范围看，对地观测技术到八十年代中期，在大气、陆地、海洋三大应用领域基本上完成了应用遥感技术的初步研究工作。此后各国便加紧向着实用化空间遥感技术发展。此时此刻，人们自然要问，人类对地球的观测的研究活动下一步的总体目标是什么。为此，还要发展哪些高级的对地观测技术。

人类应当对于自己居住的星球有一个全面而深刻的了解。掌握地球科学的知识，这是人类追求最高目标的基本条件。也是全世界每个国家和每个团体义不容辞的责任。卫星诞生后所发展的地球资源和环境遥感技术，是人类迈向这一伟大目标的第一步。当我们看到七十年代空间遥感应用的巨大成就，使我们更加深刻地认识到,全面地认识地球体系是非常重要的。确信，现在更加有条件完成这一任务。

地球是宇宙太阳系内一个独特的星球。它的表面分布着一大批特定的材料。在它们接收到太阳辐射能量之后，实现着一系列复杂过程。地球科学家始终想知道,地球体系整体是如何运行的。地球的表面、内部和大气层等各部分,在整体运行过程中都处於什么状态。产生什么作用。地球上许多过程是横跨地球的几个部分发生的。显然，地球体系各部分之间的相互作用，是该体系整体运行的重要内容。

因此，有必要建立一个对地球整体的观测系统。采用一大批敏感仪器，利用所有能够传递信息的媒质，获取有关地球体系及其各个组成部分的详细数据或信息。具体说，在更加宽广的电磁辐射波谱范围，建立一批新型的信息获取手段，满足各学科和各部门的信息需求。

八十年代中期，美国提出空间站的发展设想。专门成立了对地观测系统（EOS）科学和飞行任务需求的研究工作小组，他们从理论上提出了地球科学应用的基本任务。确定了低轨道地球观测的基本需求。从地球物理、气候过程、生物化学、和水文等四大学科，确定六个方面的观测内容。详见表1－1 。应当说，这个总结是比较全面的。它指导着一个时代的相关技术发展。

最初，他们设想，建立极轨空间站平台，装载EOS有效载荷。平台总重约10吨，峰值功率25KW，数据

容量500Mpbs。在这种平台上，将装载五组仪器，其中有12种新型对地观测敏感仪器。具体罗列如下：第一组，地面成像和探测（SISP）。包括中分辨率成像光谱仪；高分辨率成像光谱仪；高分辨率多频微波辐射计；光雷达大气探测和测高仪。

人口增加，加速消耗地球的资源。工业化竞争带来环境恶化。过度地使用土地、森林面积减少，使沙漠化加速漫延。臭氧层破坏、CO2增加，大气污染日趋严重。地球的环境已经开始影响世界的农业、能源和人类健康。人类必须面对这个涉及到自身生存的严重问题，保护地球环境。

1989年美国等24国提出行星地球计划（Mission To Planet Earth，MTPE）。这项空间计划的目标是：跟踪地球环境的变化过程；记录自然过程同植物、动物和人类生活等两者之间的相互作用过程；记录大气、海洋和陆地等三者之间的相互作用过程。该计划的基本任务是，收集那些在地球环境方面对于国际组织选择正确方法和国家决定正确决策起作用的信息。该计划将耗资数百亿美元、费时15年、建立由一大批卫星或空间飞船组成的对地观测系统。坚持长期观察和测量，累积具有论断能力的数据。九十年代初期世界"冷战"结束的政治形势，更加有利於这一计划的实施。

"行星地球"计划的主要内容。建立三种空间平台，根据总目标确定每种平台的卫星数量和星上有效载荷任务。这样，从九十年代后期开始，将发射二十多颗各种卫星，它们共同构成整个对地球观测的完整系统。极轨平台是指大型太阳同步极轨卫星。目前已经确定并部分完成的三个卫星系列，即美国的对地观测系统（EOS-AM，－PM，-Chem-1），欧空局的环境卫星-1（Envisat-1）,以及日本的高级对地观测卫星（ADEOS）。它们均属於大型遥感平台。重量在（3～8）吨范围，平台上安放多种遥感仪。卫星由各国自行组织研制和发射，有效载荷内容协商确定，数据共享。共同建立集成的从空间对地球体系的观测系统。

地球同步轨道平台，包括5－6颗静止轨道卫星。分别由美、日、欧等国负责发射。它们提供整个地球范围的连续的环境数据。在波段上，还将增加微波遥感仪，提供地球表面的温度和湿度的数据。

小型"地球探针"是一批针对性较强的小卫星。例如，测量臭气总量的光谱仪（TOMS），将由小火箭作为独立小卫星发射。它们专门收集特殊的信息，作为EOS主体的补充。

由众多遥感仪器组成的庞大对地观测系统，所产生的数据数量也是巨大的。该计划将专门建立数据和信息系统（例如，EOSDIS）。除了按常规方法建立数据标准格式的数据库之外，还将研究巨量数据的管理方法、所有权、及预订数据等方法。特别，受空间遥感商业化发展的影响，EOS 数据和信息也有可能走商业化的发展道路。

小卫星是八十年代末期发展起来的新型空间技术。特点是卫星重量轻，功能单一，使用小型火箭或搭载便可以入轨。利用多颗单功能卫星，可以替代目前大型多功能卫星，成本降低。小卫星大量采用先进技术，例如微型计算机和固态微型器件。使卫星重量和尺寸大幅下降。以软件为中心的卫星总体设计思想，在设计、模拟和可靠性测试上，加速研制过程。而且卫星操作增加自检、调控、和适应能力。在设计上减少或取消冗余备件，在制造上采用商业级产品，建立科学合理的环模实验要求，重点放在整体合格的鉴定。在组织管理上，队伍小而精，提高工作效率，合理利用资金。总之，小卫星是全新一代的空间技术。

随着空间对地观测技术的发展，不论是实验类型的应用卫星还是实用的空间业务操作，世界各国都越来越多地采用小卫星平台实现空间运行。据统计，九十年代世界各国已发射或计划发射对地观测小卫星约50

颗。它们已成为小卫星的主要类别之一，小卫星应用技术的重要组成部分。在这50颗小卫星中，有一半是重量在100Kg～500Kg范围，另一半中绝大多数重量在10Kg～100Kg范围。小卫星的发射，世界各国普遍采用大卫星发射时搭载方式。美、俄、中等国也研制发射小卫星的专用火箭。

对地观测小卫星多采用太阳同步极轨轨道。倾角范围900～1000。这种轨道星下点局地时间相同。太阳照射条件也基本相同。它们获地面图像所反映的目标特征，易於判读和相互比较。

目前的对地观测小卫星有效载荷，以光学（可见、红外和多光谱）波段遥感为主。只是在近几年才有些微波技术小卫星的提议。这种状况不仅是因为光学遥感仪技术成熟。只要花费少量费用便可以从空间获取地面上非常有用的可见光图像数据。特别是可见光和近红外（0.4～1.1）μm CCD扫描摄像机关键部件探测器，已经商业化。更为重要的原因是，光学辐射图像用途广泛，包含多种目标的有用信息。

从世界范围看，对地观测小卫星成本在100万美元～1亿美元。平均4700万美元。比大卫星少一个量级。1992年，我国著名航天专家陈芳允先生提出了地球环境观测小卫星星座系统的技术方案。这是首次提出对地观测小卫星星座。其基本思想是，监测地球环境及其变化，目前的气象和陆地卫星，在地面分辨率和重复观测时间间隔上都不能同时满足用户的使用要求。如果采用中等分辨率（几十米或几百米）的光学图像和每天两次（重访时间为12小时）的测量频度，就可以观测到地球表面70％以上的资源，灾害和环境变化。例如，星座的具体轨道参数为：7颗太阳同步极轨卫星，均匀分布在同一轨道平面上。高度721Km，倾角98o。平均周期为100.78min。当卫星观测刈幅为400Km（±200Km）时，星座便可以每天两次覆盖全球。环境监测对地观测小卫星星座的思想，已为全世界所接受。意大利、英国等航天专家又提议一批小卫星星座的具体方案，并已开始实施。

遥感卫星根据其轨道及携带的遥感器的不同而有不同的特征，下面介绍的几种当前遥感应用中最常见的卫星。

(1)陆地卫星(landsat)

第一颗陆地卫星是美国于1972年7月23日发射的是世界上第一次发射的真正的地球观测卫星，原名叫做地球资源技术卫星(Earth Reasource Technology Satellite-ERTS)，1975年更名为陆地卫星，由于它的出色的观测能力推动了卫星遥感的飞跃发展，迄今Landsat已经发射了6颗卫星，但第6颗卫星发射失败，现在运行的是第5号星。

前三颗卫星的轨道是近图形太阳同步轨道，高度约为915公里，运行周期103分，每天绕地球14圈，每18天覆盖全球一次，星载的遥感器有：(1) 3台独立的返束光导摄像机（RBV），分三个波段同步成像，地面分辨率为80米，(2)多波段扫描仪(MSS)在绿、红、和近红外的四个波段工作，地面分辨率也为80米。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(见表2.2)。

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