遥感学习笔记(五)——Landsat卫星简介
美国NASA的陆地卫星(Landsat)计划(1975年前称为地球资源技术卫星 — ERTS ),从1972年7月23日以来, 已发射8颗(第6颗发射失败)。目前Landsat1—4均相继失效,Landsat 5于2013年6月退役。 Landsat 7于1999年4月15日发射升空。Landsat8于2013年2月11日发射升空,经过100天测试运行后开始获取影像。
卫星参数 |
LandSat1 |
LandSat2 |
LandSat3 |
LandSat4 |
LandSat5 |
LandSat6 |
LandSat7 |
LandSat8 |
发射时间 |
1972.7.23 |
1975.1.22 |
1978.3.5 |
1982.7.16 |
1984.3.1 |
1993.10.5 |
1999.4.15 |
2013.2.11 |
卫星高度 |
920km |
920km |
920km |
705km |
705km |
发射失败 |
705km |
705km |
半主轴 |
7285.438km |
7285.989km |
7285.776km |
7083.465km |
7285.438km |
7285.438km |
||
倾角 |
99.125度 |
99.125度 |
99.125度 |
98.22度 |
98.22度 |
98.2度 |
98.2度 | 98.2度(轻微右倾) |
经过赤道的时间 |
8:50a.m. |
9:03a.m. |
6:31a.m. |
9:45a.m. |
9:30a.m. |
10:00a.m. |
10:00a.m. |
10:00am 15分 |
覆盖周期 |
18天 |
18天 |
18天 |
16天 |
16天 |
16天 |
16天 |
16天 |
扫幅宽度 |
185km |
185km |
185km |
185km |
185km |
185km |
185×170 |
170km 180km |
波段数 |
4 |
4 |
4 |
7 |
7 |
8 |
8 |
11 |
机载传感器 |
MSS |
MSS |
MSS |
MSS、TM |
MSS、TM |
ETM |
ETM+ |
OLI、TIRS |
运行情况 |
1978退役 |
1976年失灵,1980年修复,1982退役 |
1983退役 |
2001.6.15TM传感器失效,退役 |
2013年6月退役 |
发射失败 |
正常运行至今(有条带) |
正常运行至今 |
运行特点:
近极地、近圆形的轨道;
轨道高度为700~900 km;
轨道倾角98.2度(LandSat4,5,7)、 99.125度LandSat1,2,3);
运行周期为99~103 min/圈;
重复周期18天( LandSat1,2,3 )、16天( LandSat4,5,7 );
轨道与太阳同步;
卫星轨道倾角:卫星轨道平面与赤道面之间的夹角
极轨卫星和近极轨卫星:
轨道倾角=90度-----极轨卫星
轨道倾角≈90度-----近极轨卫星
一般的资源卫星都是近极轨卫星
太阳同步:光照角不随地球绕太阳公转而改变(光照角β--卫星轨道面至太阳至地心连线间的夹角)
选择太阳同步轨道,能保证卫星每天在特定的时刻经过指定地区,这便于我们获得最好的太阳光条件,从而得到高质量的地面目标图像;而且卫星以同一地方时、同一方向通过同一地点,保证遥感观测条件基本一致,利于图像的对比。这就是气象卫星、资源卫星通常选择太阳同步轨道的原因。
卫星运行周期:
卫星运行周期是指卫星绕地球一周所需的时间。
Landsat 1~3的重复周期为18天,Landsat 4~7为16天。
卫星传感器:
(1) MSS:多光谱扫描仪,4个波段(只有Landsat3上增加了一个热红外波段)。
(2) TM :专题绘图仪,7个波段。TM数据是第二代多光谱段光学——机械扫描仪,是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描,提高了扫描效率,缩短了停顿时间,并提高了检测器的接收灵敏度。
(3) ETM+:增强主题绘图仪,8个波段。ETM数据是第三代推扫式扫描仪,是在TM基础上改进和发展而一种遥感器。
美国陆地卫星7 号(Landsat-7 ) 于1999 年4 月15 日由美国航空航天局(NASA) 发射升空,其携带的主要传感器为增强型主题成像仪( ETM+ ) 。
Landsat-7 除了在空间分辨率和光谱特性等方面保持了与Landsat-5 的基本一致外,又增加了许多新的特性,因而受到了各国用户的普遍重视和欢迎。自发射升空至今,已为用户提供了大量高质量的图像数据。Landsat-7每16 天扫瞄同一地区,即其16天覆盖全球一次。
2003 年5 月31 日,Landsat-7ETM+ 机载扫描行校正器(ScanLinesCorrector, 简称SLC) 突然发生故障,导致获取的图像出现数据重叠和大约25% 的数据丢失,因此2003.5.31日之后Landsat 7的所有数据都是异常的,需要采用SLC-off模型校正。
数据产品(L7 SLC-on)是指2003.5.31日Landsat 7 SLC故障之前的数据产品。
数据产品(L7 SLC-off)是指2003.5.31日Landsat 7 SLC故障之后的异常数据产品。
TM各波段特性
TM1 0.45~0.52um,蓝波段。该波段位于水体衰减系数最小,散射最弱部位,对水的穿透力最大,可获得更多水下细节,用于判别水深、浅海水下地形、水体浑浊度等,进行水系及浅海水域制图。同时它位于绿色植物叶绿素的吸收区,对叶绿素与叶绿素浓度反应敏感。用于海水叶绿素含量监测,特别是常绿与落叶植被的识别,森林类型制图以及土壤与植被的区分。
TM2 0.52~0.60um,绿波段。该波段对植物的绿反射敏感,可用以识别植物类别和评价植物生产力。对水体有一定穿透力,可反映水下特征、水体浑浊度、沿岸泥沙流、水下地形等,并对水体污染特别是金属和化学污染的研究效果好。
TM3 0.63~0.69um,红波段。该波段位于叶绿素的主要吸收带,可根据对不同植物叶绿素的吸收来区分植物类型、覆盖度,判断植物生长状况、健康状况等。此外,该波段对裸露地表、植被、土壤、岩性、地层、构造、地貌、人文特征等可提供丰富的信息,为可见光最佳波段。
TM4 0.76~0.90um,近红外波段。该波段位于植物的高反射区,光谱特征受植物细胞结构控制,反映大量植物信息,故对植物的类别、密度、生产力、病虫害等的变化最敏感。用于植物识别分类、生物量调查及作物长势测定,为植物通用波段。同时处于水体强吸收区,水体轮廓清晰,用于勾画水体,区分土壤湿度及寻找地下水、识别与水有关的地质构造、地貌、土壤岩石类型等。
TM5 1.55~1.75um,短波红外波段。该波段位于水的强吸收带(1.4~1.9um)之间,受两个吸收带的控制。反映植物和土壤水分含量敏感,利于植物水分状况研究和作物长势分析等,从而提高了区分不同作物的能力。此外,该波段雪比云反射率低,色调暗而形成较大反差,易于区分云和雪,特别是那些可见光、近红外、热红外波段难以区分的小而薄的云。
TM7 2.08~2.35um,短波红外波段。该波段位于水的吸收带(1.9~2.7um)之间,受两个吸收带的控制。对植物水分敏感。包含了粘土化蚀变矿物吸收谷(2.2um附近)及碳酸盐化蚀变矿物吸收谷(2.35um附近),对岩石、特定矿物反应敏感,用于区分主要岩石类型、岩石的水热蚀变、探测与交待岩石有关的粘土矿物等,为地质学家追加的波段,以增加地质探矿方面的应用。
TM6 10.4~12.5um,热红外波段。探测常温的热辐射差异,根据辐射响应的差异,可进行植物胁迫分析、土壤湿度研究、农业与森林区分、水体、岩石等地表特征识别以及监测与人类活动有关的热特征,进行热测定与热制图。
通过对TM7个波段数据的分析,可获得5个具有明确物理意义的特征变量:
亮度、绿度、湿度、透射度、热度
亮度:构成亮度的主要成分是可见光波段。TM1~3的灰度值各代表可见光中的蓝、绿、红光的亮度。亮度主要反映地物的辐射水平,用以检测地物的反射辐射强度。它可以是几个波段之和、平均值等。
绿度:对绿度贡献最大的是对植物高反射的TM4,而TM3与之呈负相关。它们的组合反映红外与红光辐射强弱的对比关系,提供更多植被信息。最常用的绿度值为归一化植被指数: NDVI=(TM4-TM3)/(TM4+TM3)
湿度:构成湿度的主要是TM5、TM7。它们处于两个水的强吸收带之间,受到水吸收带的控制,对湿度反映敏感。它可以是TM5、TM7独立构成,也可以是两波段比值、差值、标准差等。
透射度:透射度主要对透射可见光的水体而言,由TM1、TM2构成,对研究水深、水下地形、水体浑浊度等有用。
热度:构成热度的主要是热红外波段的TM6。热度主要反映物体常温下的热辐射差异,也可反映高温的“热度”,它与湿度也有一定的相关性。
对于不同的应用目的,不同的研究对象,其具有意义的特征变量是不同的。如土地资源调查中,最有用的是亮度、绿度、湿度;而对于地质体的研究,则亮度、湿度、热度意义更大。另外,由于存在地域差异,可根据不同的区域特征和不同的目标,进行不同波段数据的各种变换处理,获得新的特征空间数据集。
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