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卫星遥感影像轨道

来源:本站   发布时间: 2021-04-07 08:30:22   浏览:1459次  字号: [大] [中] [小]

卫星环绕地球飞行,其所受的天体引力主要是地球引力,受月球和太阳 的引力较小,可以看作是在地球引力场中运动。卫星环绕地球的运动可以用 6个参数来描述,其中5个参数描述轨道的大小、形状和在空间的方位,另 外1个参数描述运行时间的起点。有了这6个基本参数,可以计算出卫星在 任何时刻相对于地球的空间位置和速度。

根据开普勒定律,卫星运行的轨道为椭圆形,其大小和形状可以用半长 轴。和离心率e表示;卫星轨道平面与地球的方位关系,可以用轨道倾角】•(轨 道平面与赤道平面的夹角)和升交点赤经。(春分点和轨道升交点对地心的 张角)表示;卫星在轨道平面内的具体位置,可以用近地点幅角切(近地点 和升交点对地心的张角)和卫星过近地点的时刻。。每 一个时刻卫星在轨道上的位置都会在地球表面上有一个投影,叫做星下点。 所有星下点连成的曲线叫星下点轨迹。根据星下点轨迹,可以预报卫星何时 从何地上空经过。


遥感卫星的轨道是根据遥感卫星的任务需求设计的,轨道的选择取决于 任务对观测对象、观测范围和观测频次的要求。遥感卫星最常用的轨道有2种, 即太阳同步轨道和地球同步轨道。


太阳同步轨道:卫星轨道平面围绕北天极进动的方向与地球公转的方向 大致相同,进动角速率等于地球公转平均角速率(0.9856度/ )。即卫星 轨道平面和太阳照射地球光线的夹角始终保持不变,遥感卫星在地球同一纬 度星下点成像时,太阳光的入射角,即太阳光照条件基本不随时间变化。这 对于遥感数据的实际应用是十分必要的。卫星轨道平面的进动靠的是地球的 非理想球体形状产生的非球对称引力场,轨道平面进动角速率与卫星轨道高 度和倾角有关。经过理论分析,太阳同步轨道卫星轨道高度不会超过6000千 米,轨道倾角大于90度为逆行轨道。太阳同步轨道有一个重要的参数是降交 点地方时,即卫星由北往南降轨飞行时其星下点经过赤道的地方时刻。太阳 同步轨道遥感卫星的降交点地方时是由遥感任务决定的。对于可见光成像遥 感,卫星降交点地方时一般选择在上午10:30左右。为了获得同一地区不同 地方时刻的地物信息,可以采用多颗遥感卫星组网的方法,每颗卫星可选择 不同的降交点地方时。由于太阳同步轨道的高度距离地球表面较近,可以获 得很高的遥感图像空间分辨率,有的光学遥感卫星获得的图像空间分辨率可 以达到0.1米。太阳同步轨道遥感卫星可以实现全球范围的对地观测,但对同一地区的重访时间一般较长。我国的“资源"系列卫星、"遥感"系列卫星、 "海洋”系列卫星、风云一号气象卫星和风云三号气象卫星,“高分一号”“高 分二号”和"高分三号”等卫星绝大多数都采用太阳同步轨道。

地球同步轨道:卫星距离地面的高度约为36000千米,轨道周期和地球 自转周期相同(约23小时564秒),卫星运行方向和地球自转方向一致。 因为轨道周期和地球自转周期相同,在地球自转一圈的时间里,卫星星下点 构成了一条封闭曲线——呈南北向的“8"字,交叉点处在赤道上。如果轨道 倾角为0度,偏心率为0,地球同步轨道就成了地球静止轨道,卫星星下点 轨迹就成了一个点,卫星相对于地球呈静止状态。地球静止轨道遥感卫星可 以实现大范围的对地观测,还可以对感兴趣的局部区域进行连续观测。我国 风云二号气象卫星、风云四号气象卫星和高分四号遥感卫星采用的就是这种 轨道。但因为地球同步轨道卫星距离地面很远,难以获取高空间分辨率的遥 感图像,一般为数百或上千米量级。我国的高分四号遥感卫星能够获取50米 空间分辨率的遥感图像,达到了国际领先水平。

除了上述两类常用轨道,因特殊使命,某些遥感卫星选择了一些比较特 殊的轨道。例如,为了对赤道附近低纬度的热带地区进行降雨测量,可以选 择低倾角非太阳同步圆轨道(比如,轨道高度约为400千米,轨道倾角35度)。 再比如,我国发射的多颗返回式遥感卫星,为了获取特定地区的遥感信息, 采用了中等倾角的非太阳同步轨道。为了实现0.1米甚高分辨率侦察成像, 美国的KH-12卫星选择了近地点距离地面约300千米,远地点距离地面约 1000千米的椭圆轨道,在近地点实现高分辨率详查,在远地点实现宽幅普查。

为了提高对地观测与遥感服务的时效性,可以用多颗卫星组成卫星星 座。卫星星座中的卫星常采用相同轨道高度和相同倾角的圆轨道,但是运 行的相位不同。需要根据遥感任务的需求,设计组成星座的卫星轨道。卫 星星座有多种不同的形式,分为同一轨道平面内的星座(如图3所示)和不 同轨道平面内的星座。运行在同一轨道平面内的多颗同类卫星, 轨道高度基本相同,相差固定的相位。也可以是不同类的卫星运行在同一轨道平面内,轨道高度基本相同,相差固定的相位。另外就是在不同轨道 平面内形成星座,轨道高度基本相同,轨道倾角相同,升交点赤经相差固 定的角度。

 

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