遥感学习笔记--5--Landsat

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16天（ LandSat1,2,3 ）、18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。