《卫星运动规》PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 卫星运动规律和气象卫星轨道,一、卫星主要轨道参数,在气象卫星地面接收处理、计算卫星轨道、,资料定位等许多工作中常采用地理坐标系卫星的位置用地球上的经、纬度表示，这,种坐标系经度以通过英国格林尼治天文台,的子午线为,0,，向东到,l80,为东经、向,西到,l80,为西经；纬度以赤道为,0,，至,南北两极为,90,；赤道以南为南纬，以北,为北纬这种坐标固定在地球上随地球一,起转动卫星轨道参数,地理坐标中的几个参数,：,星下点：,是指卫星与地球中心的连线在,地球表面上的交点，用地理坐标的经纬度,表示由于卫星运动和地球的自转，星下,点在地球表面形成一条连续的运动轨,迹这一轨迹称为星下点轨迹：,升交点和降交点：,卫星绕轨道飞行一圈有,半圈处于升段，半圈处于降段把轨道的升,段与赤道平面的交点称升交点；轨道降段与,赤道平面交点称降交点卫星由南半球飞往,北半球那一段轨道称轨道的升段；由北半球,飞往南半球那一段称轨道的降段。

截距：,由于卫星绕地球公转的同时，地球,不停地自西向东旋转，所以当卫星绕地球转,一周后，地球相对卫星转过的度数称之为截,距可见截距是两个升交点之间的经度差轨道数,：是指卫星从这一个升交点开始,后到以后任何一个升交点环绕地球运行一,圈的数目从卫星入轨到第一个升交点的,轨道数为零条，以后每过一个升交点，轨,道数增加,1,倾角,这是指卫星轨道平面与赤道平面之,间的夹角偏心率,e,：指轨道的焦距与半长轴之比，,它确定了卫星轨道的形状二、卫星轨道,1,、按轨道倾角,卫星的倾角不同，其轨道的用途也不同按,轨道倾角可以将卫星分成下面四种：,（,1,）前进轨道,如果倾角在,0,90,之间，卫星顺地球自,转方向，由西南向东北或由西北向东南方向,运动，这种轨道称,前进轨道,或,顺行轨道,卫,星每天可以不同时刻观测某一地区我国第,一颗人造地球卫星的倾角是,68.5,，即属于,顺行轨道卫星轨道,前进轨道,后退轨道,（,2,）后退轨道,当倾角在,90,l80,之间，卫星逆着,地球自转方向运行，由东南向西北方向运动，称,后退轨道,或,逆行轨道,利用后退轨道可以实现太阳同步卫星轨道则卫星始终以,同一地方时,观测世界各地。

3,）赤道轨道,当卫星倾角为,0,或,l80,时，卫星在,赤道上空向东或向西运行，这种轨道称为,赤道轨道,这时卫星可以连续观测热带地,区；当卫星的倾角为,0,时，卫星与地球同,向运行，可以实现静止轨道，对某一固定,区域作连续观测而当倾角为,l80,时卫星,可以较短的时间观测全球所有热带地区4,）极地轨道,当卫星倾角为,90,时，卫星通过南北两,极，这种轨道称之极地轨道利用这种卫,星轨道可以观测人类难以到达的两极地区显然，卫星的倾角不同，观测范围也,不同如果只对热带地区观测，可以选取,较小倾角的轨道；如果要观测极地区域，,则要取倾角较大的卫星轨道2,、按卫星高度,卫星的高度对卫星的观测和寿命有重,要影响，若卫星的高度高，其受空气的阻,力小寿命长，观测范围大但用同样的,仪器则分辨率要降低，图片不易清楚若卫星的高度低，虽然可以获取较清晰的,图片，但因空气的阻力大，寿命短所以,应根据需要选取卫星高度按卫星的高度,将轨道分为三种类型：,（,1,）低高度短寿命轨道,这种轨道的卫星高度约为,150,200km,，寿,命,1,3,周，大多数为军事侦察卫星所采用其可获得分辨率高、比例尺大的清晰图片2,）中高度长寿命轨道,这种轨道的卫星高度为,350,1500km,，寿命,可达,1,年以上。

气象卫星、陆地卫星和海洋,卫星等大都采用这种轨道它对地面有较,高的分辨率，又有较长的寿命，能对天气、,海洋、陆地资源等作监测3,）高高度长寿命地球静止卫星轨道,这种卫星轨道的高度约在,35800km,左右，受地心引力和空气阻力很小，卫星的寿命可以在几年以上主要用于气象、广播和通讯等许多领域3,、按卫星轨道偏心率,按卫星的偏心率可以将卫星轨道分为圆形和椭圆形卫星轨道两类：,（,1,）圆形轨道,当偏心率,e=0,，卫星作等速圆周运动，对卫星遥感特别有利同时对卫星轨道的预告和资料的定位十分方便2,）椭圆形轨道,当,e0,时，卫星,作椭圆形运动，这,时卫星在不同高度,上对大气进行观,测，可获取大气密,度或其他有用的资,料利用椭圆形轨,道可以发射高高度,卫星轨道三、极轨卫星轨道,极轨卫星轨道（也叫太阳同步卫星轨,道）,指卫星的运行的轨道平面与太阳始终,保持固定的取向由于这种卫星轨道的倾,角接近,90,，卫星近乎通过极地，所以又,称它为近极地太阳同步卫星轨道通常简,称,极地轨道,极轨卫星几乎以同一地方时,(,只对轨道的升段或降段,),经过世界各地考虑到卫星轨道平面随地球绕太阳公转的,同时为保持卫星的轨道平面始终与太阳,保持固定的取向，必须使卫星的轨道平面,每天自西向东旋转,1(,相对于太阳,),。

太阳同步轨道的实现,:,在卫星随地球绕太阳公转时,轨道平面每天要自西向东作大约,1,的转动,若地球是个均匀球体,当地球绕太阳公转时,轨道平面随地球作平动,则轨道平面不能保持与太阳有固定的取向,.,但事实上由于地球是个扁椭球体,赤道比两极长,因此其上各点对卫星的引力不等,从而使卫星的轨道绕地轴朝着与卫星运动相反的方向旋转,即轨道平面的进动,.,若选定合适的倾角,(,大于,90),使卫星轨道平面的进动为,1,正好使轨道平面与太阳始终保持固定的取向,.,优点：,轨道预告、资料接收定位都十分方便；,极轨卫星可观测全球，尤其是极地区域；,能得到稳定太阳能，保障卫星正常工作缺点：,时间分辨率低，对某一地区的观测时间间,隔长，一颗极轨卫星的每天只能对同一地区,观测两次，不能满足气象观测要求，不能监,视生命短、变化快的中小尺度天气系统；,相邻两条轨道的观测资料不是同一时刻,的，需要进行同化四、地球静止卫星轨道,如果卫星倾角等于,0,，赤道平面与轨,道平面重合，则卫星在赤道上空运行；又,若卫星的周期正好等于地球自转周期,(23,小,时,56,分,04,秒,),，卫星公转方向与地球自转达,方向相同，这样的卫星轨道称地球同步轨,道。

若在地面看，这种轨道上的卫星好像,静止在天空某一地方，不动似的，所以又,把它称做地球静止卫星轨道这样轨道上,的卫星称做静止卫星地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例,它只有一条,.,静止卫星的优点：,高度高，视野广阔，一个静止卫星可以对,南北,70S,70N,，东西,140,个经度，约对,地球表面积,1.7x 108km2,进行观测；,静止卫星可对某一固定区域进行连续观,测，可以以,0.5h,或,1h,提供一张全景圆面图在特殊需要时，可每隔,3,5min,对某个小区,域进行一次观测；,静止卫星可以监视天气云系的连续变化，,特别是生命短、变化快的中小尺度灾害性天,气系统缺点：,不能观测南北极区；,对卫星观测仪器的要求高五、卫星观测仪器,卫星观测地球大气分主动式和被动式卫星主要采用体积小、重量轻和耗能少的,被动式遥感仪器常见：,摄像机辐射仪摄像方式只能取得白天云图资料，且分辨,率低，自第二代气象卫星都采用辐射仪辐射仪观测又分为扫描式和非扫描式扫,描式辐射仪可以获取较大范围的观测资料而非扫描式辐射仪只能对卫星星下点附近,观测，覆盖面积较小，但空间分辨率高若按卫星资料产品来分，辐射计还可以分,成：,成像型辐射仪,，这类辐射仪主要是将辐,射仪测量到的值转换成图像，通常具有较,高的地面分辨率和大的观测范围，所以成,像型辐射仪大多是扫描型的，并使用较宽,的波长间隔，以得到更多的辐射能，现在,的卫星云图都是由这种辐射仪取得的；,可,见,光,红,外,扫,描,辐,射,仪,非成像型辐射仪,，这种辐射仪主要是获,取探测数据，如测量大气温度、成分等，,这种辐射仪的地面分辨率较低，可以是扫,描型，也可以是非扫描型的，所用的光谱,通道较多，每个通道的波长间隔很窄，具,有高的光谱分辨率；,成像和非成像混合型辐射仪,，这是美国,静止卫星上曾用过的辐射仪，采用的光谱,通道较多，其中一些用于成像，另一些用,于如获取大气温度等探测数据的目的。

1),、卫星仪器的组成,卫星仪器在空间接收来自地,球大,气系统,自身发射或反射太阳的辐射，这种测量辐,射的仪器称做辐射仪下图所示是一个由,扫描仪、光学系统、探测器、信号处理和,信号输出等四部分组成的辐射仪电子一光学遥感辐射仪的组成部分,(2),、卫星探测的分辨率,卫星仪器探测的分辨率是指从卫星上能区,别两个相邻物体的能力，或者是能分清两,个物体的最短距离如果两个物体间距离,小于卫星探测的分辨率，则这两个物体不,能分辨表示卫星探测分辨率的参数有三个：,空间分辨率 灰度分辨率 时间分辨率,空间分辨率,这是指,卫星在某一时刻观测地球的最小面,积,空间分辨率以由卫星观测到的最小面,积的直径表示，,单位为,km,卫星的空间分辨率与卫星的,高度,有关，卫,星的高度越高，在同样的瞬时视场下，观,测面积增大，空间分辨率下降此外它还,与卫星的,视角,有关，视角倾斜，观测面积,增大，分辨率下降对于实际使用的卫星云图的分辨率与卫星,探测分辨率是,有区别,的，,云图上的分辨率,取决于图片上的扫描线的数目,如果,卫星,云图分辨率,等于,卫星探测分辨率,，则称这,种云图为原分辨率或全分辨率云图灰度分辨率或温度分辨率,在红外或可见光云图上，当两个瞬时视场,内目标物的温度或反照率有差异，并达到,一定数值时，这两个视场就能被分辨，这,个能分辨的最小温度差或反照率差值称之,温度分辨率或灰度分辨率。

对于红外谱段，通常用,等效噪声温度差,NET,表示，如果邻接视场的温度差越大，,则越容易区别它们如在红外云图上，,卷,云、积雨云与地面的温度差很大,，很容易,区分它们，又如,低云与地面的温差较小,，,就不易区别它们卫星云图的分辨率大小还与目标物的温度有关,如目标物的温度为,300K,时，,NET0.3K,，,而当目标物温度为,l85K,时，,NET1.4K,时间分辨率,时间分辨率是指卫星对同一地区观测,的时间间隔,其与卫星的,扫描速率、扫描,区域,和,选用的卫星轨道,等有关例如,:,极轨卫星每,l2,小时对全球进行一次观测,静止卫星每隔半小时对某一固定区域进行,一次观测高的时间分辨率可以观测变化快、生命短,的目标物几类常用卫星观测时刻和时间分辨率,六、卫星的空间扫描方式,卫星在空间对地观测主要依靠扫描镜或探,测器阵列在一维或二维方向上扫描景物卫星对地扫描的方式大致有以下四种：,(1),单个探测器线扫描,(a),(2),多探测器扫描,(b),(3),线性阵列探测器前推式扫描,(c),(4),圆锥扫描,(d),卫星的扫描方式,单,个,探,测,器,线,扫,描,线性,阵列,探测,器前,推式,扫描,多,探,测,器,扫,描,圆,锥,扫,描,七,.,卫星运动规律,1.,卫星的受力,:,万有引力,离心力,摩擦力,光压力,磁场,等,.(,后三种受力与万有引力相比很小,),对卫星进行受力分析时的假设如下,:,地球为均质球体,可以把地球作为质量集中于地心的质点处理,.,由于卫星的大小远小于地球与卫星之间的距离,把卫星也作为质点处理,.,卫星的质量远小于地球,卫星对地球的作用可以忽略不计,.,忽略其他天体和大气等对卫星的作用力,这时可以把卫星作为受地心引力作用下的质点加以描述,.,因此在对卫星进行受力分析时,只考虑地球对卫星的万有引力和离心力,.,卫星绕地球运行遵循开普勒行星运动三定律,（,1,）卫星轨道为一椭圆，地球在椭圆的一个焦点上。

其长轴的两个端点是卫星离地球最近和最远的点，分别叫做远地点和近地点。