传感器及其成像原理

改进后的太阳定标器使卫星 的辐射定标精度大大提高。
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HRV
（High Resolution Visible Range Instrument）



HRV的结构 HRV的成像原理 HRV立体观测
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CCD——Charge Coupled Device，电荷藕合器 件，可做可见光和近红外波段的探测元件。
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HRV立体观测


平面反射镜可向左右两侧旋转，最大角度 达27度，从而实现倾斜观测； 轨道间立体观测； 通过轨道间重复观测，可建立立体模型； 可获取多时相图像。
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成像光谱仪
—高光谱遥感
空间成 像技术
地物光 谱技术
谱像合一
成 像 光 谱 仪
对同一地区同 时获取几十个 到几百个波段 的地物反射光 谱图像

两种扫描形式：


物面扫描：对地面直接扫描成像，例红外扫描仪、多光谱扫描仪、
自旋和步进式成像仪、多频段频谱仪等。 像面扫描：瞬间在像面上先形成线图像或二维图像，然后对影像进 行扫描成像，例如线阵列CCD推扫式成像仪、电视摄象机等。 成像光谱仪
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红外扫描仪
1．扫描成像过程 ２．红外扫描仪特性 ３．扫描线的衔接 ４．热红外像片的色调特征

特殊处理产品
根据用户的要求做了一些特殊处理
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TM
对MSS的主要改进：
扫描行垂直于飞行轨道；往返双 向都对地面扫描；（扫描改正器） 更高的空间分辨率； 更好的频谱选择； 更好的几何保真度； 更器
100个探测器，分7个波段 TM1~5、7：每个探测器的瞬 时视场为30米x30米
Wt a
Wt a
进一步地，
a W t
W H t
因此，只要速度和航高之比为一常数，就能使扫描线正 确衔接。
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4、热红外像片的色调特征


热红外像片上的色调变化与相应地物的辐 射强度变化成函数关系； 与地物辐射强度有关的因素：


地物的发射率 地物的温度

地物辐射强度的变化对温度更为敏感； 温度的变化在图像上能产生较高的色调差 别。
对针叶林识别能力强 与TM1合成，能显示水体的蓝绿比值， 用来估测可溶性有机物和浮游生物 识别土壤边界和地质界线的最有利的光 谱区 识别植物的有利波段，TM2/TM4对绿色 生物量和植物含水量敏感 可用来 进行收成中干旱的监测和植物生 物量的确定；也可用来区分不同类型的 岩石，区分云、地面冰和雪；确定湿土 和土壤的湿度 用于植物分类，农作物估产，用于热制 图和热惯量制图实验 用于地质制图，特别是热液变岩环制图， 还可用于识别农作物长势
不受天气的制约，可进行全天候观测
距离测量系统
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雷达结构与工作原理
发射机产生脉冲信号，由转换开关控制，经天 线向观测地区发射；地物反射脉冲信号，也由转换 开关控制进入接收机，接收的信号在显示器上显示， 或记录在磁带上。
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到目标的距离、方位
雷达接收回波
与目标的相对速度 目标的反射特性
距离：
1 R vt 2
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44
二、分辨率

距离分辨率
在脉冲发射的方向上，能分辨两个目标 的最小距离。 c c Rd Rr sec 2 2

方位分辨率
指相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目 标的最小距离。
R R

D
R
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46
对分辨率的讨论：

距离分辨率

Rr
c
2
sec
Rd

反射镜组
包括主、次反射镜组，将扫描镜反射进入的地面景物聚焦在成像板
上。

成像板
排列24+2个玻璃纤维单元。分四列，每列对应一个波段。每个纤维 单元瞬时视场为86微弧。

探测器
个数与玻璃纤维单元个数相同，类型与波段有关。能将辐射能变成电 信号输出。
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成 像 板
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2、成像过程



扫描一次每个波段获取6条扫描线图像，对 应地面范围为474米x185公里。 在扫描一次的时间里卫星往前正好运动474 米，扫描线正好衔接。但因地球自转，扫 描位置有向西移位现象。 成像板上的光学纤维将接收的辐射能传递 到探测器，对探测器的输出进行采样、编 码（A/D转换），馈入天线向地面发送。
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多光谱扫描仪
MSS（Multispectral TM（Thematic
Scanner）
Mapper） Thematic
ETM（Enhanced
Mapper）
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MSS
MSS结构
成像过程
地面接收及产品
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1、MSS结构

扫描反射镜
椭圆形、表面镀银，摆动幅度为2.89度，频率为13.62赫兹，周期为 73.42毫秒，总视场角为11.56度。 可获取垂直飞行方向两边共185公里范围内景物的辐射能量，配合飞 行器的运动获得地表的二维图像。
Pt G 22 回波强度： Pr (4 )3 R 4
其中包含系统参数如雷达波的波长、发射功率、照射面积和方向、 极化等；以及目标参数如地物的复介电常数，地面粗糙等等。
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主要内容



真实孔径雷达 合成孔径雷达 侧视雷达图像的几何特征 相干雷达
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真实孔径侧视雷达
一、成像过程:

c
2
距离分辨率与距离并无关系 可采用减小脉冲宽度的方法改善距离向分辨率 减小脉冲宽度是有一定限度的

方位分辨率

R R

D
R

要提高方位分辨率，理论上可采用波长较短的电磁波，加大天线孔径和 缩短观测距离的方法 但三种方法，使用时均受到一定限制 可采用合成孔径技术来改善方位分辨率
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更高技术要求： 集光系统
尽量使用反射式光学系统，采用能消去球面 像差、像散差和畸变像差的非球面补偿镜头 由狭缝、平行光管、棱镜和绕射光栅组成 由成千上百个探测元件组成线阵
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分光系统
探测器元件
两种类型

面阵探测器+推扫式扫描


用线阵列探测器进行扫描，利用色散元件将收集到的光谱信息分 散成若干个波段后，分别成像于面阵列的不同行。 利用色散元件和面阵探测器完成光谱扫描；利用线阵探测器及沿 轨道方向的运动完成空间扫描。 空间分辨率高。
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3、地面接收及产品

遥感数据地面接收由遥感地面接收站完成； 接收站主要接收 遥感图像信息 卫星姿态、星历参数 地面接收站包括 天线及伺服系统、接收分系统、 计算机、模拟检测系统、定时系 统、信标塔等。
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MSS产品

粗加工产品
经过辐射校准、几何校正、分幅注记

精加工产品
在粗加工的基础上，用地面控制点进行了 纠正


发射机向侧向面内发射一束脉冲，被地物反射后，由天线 接收； 由于地面各点到雷达的距离不同，接收机收到许多信号， 以它们到雷达距离的远近，先后依序记录； 信号的强度除与系统参数外，还与辐照带内各种地物的特 性、形状、坡向等有关； 回波信号经电子处理器处理后形成的图象线被记录； 随着飞机的飞行，对一条条辅照带连续扫描，得到由回波 信号强弱表示的条带图像，实现对地面的二维扫描。
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全色HRV
波段范围 0.51~0.73微米

线阵列探测器在瞬间能同时得到垂直航线的一条图像线， 不需要用摆动的扫描镜，以“推扫”方式获取沿轨道的 连续图像条带。
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SPOT上并排安装两台HRV，每台视场宽都为 60KM，两者间有3KM重叠，总视场宽为117KM； 相邻轨道间约有9KM重叠。
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辐射准确度和较高辐射分辨率是定量遥感 的基础。 扫描仪内设有一个白炽灯，用来作可见光 和近红外波段的标准源；TM6用黑体源作为 校正源。 每个像元的亮度值用8bit编码。
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ETM+
对TM的改进:
增加了一个分辨率为15米的 PAN波段（0.5~0.9微米); 使TM6的分辨率提高到60米;

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垂直向下观测时
a H
d/ f d a H f
在设计仪器时已确 一般情况下， 定，所以 的变化仅与 H有关。
a
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倾斜观测时
a H
H H 0 / cos H 0 sec
a H H 0 sec a sec a sec a
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全景畸变
， 且它们随扫描角变化而变化，所 因为 a a 以红外图像上必然产生畸变。 全景畸变是红外扫描仪这种成像方式所固有的现象， 在使用红外扫描图像时一定要注意。
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3、扫描线的衔接
要让每两次扫描衔接，必须满足：W a
t
其中： W 为飞机的地速；
a
t
为探测器地面分辨率； 为旋转棱镜扫描一次的时间。 将出现扫描漏洞； 将出现扫描重叠。
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HRV成像原理
SPOT卫星上的两种HRV：
多光谱型HRV
三个波段： 波段1 0.5~0.59微米 波段2 0.61~0.68微米 波段3 0.79~0.89微米
CCD
每个元件地面分辨率为 20米x20米,3000个 CCD形成的图像线为地 面20米x60公里,每个像 元亮度用8bit编码。 每个元件地面分辨率为 10米x10米,6000个 CCD形成的图像线为地 面20米x60公里, 像元亮 度用6bit进行差值编码。
第二个扫描镜面扫视一次，…
第三个扫描镜面扫视一次，… …
飞机向前运动，胶片同步转动，记录的下一条图像正好与 前一条衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相对应的二 维条带图像。