遙感數(shù)據(jù)接收與處理技術

第1章　緒　　論………………………………………………………………………………… 11．1　什么是遙感……………………………………………………………………………… 11．2　遙感的基本過程………………………………………………………………………… 11．3　遙感數(shù)據(jù)處理…………………………………………………………………………… 21．4　遙感地面系統(tǒng)…………………………………………………………………………… 3第2章　遙感衛(wèi)星介紹…………………………………………………………………………… 52．1　遙感衛(wèi)星的軌道………………………………………………………………………… 52．1．1　衛(wèi)星軌道…………………………………………………………………………… 52．1．1．1　軌道高度…………………………………………………………………… 62．1．1．2　近地點和遠地點…………………………………………………………… 62．1．1．3　星下點……………………………………………………………………… 62．1．1．4　升交點和降交點…………………………………………………………… 62．1．1．5　軌道周期…………………………………………………………………… 72．1．1．6　重復周期…………………………………………………………………… 72．1．1．7　重訪周期…………………………………………………………………… 72．1．1．8　衛(wèi)星軌道參數(shù)……………………………………………………………… 72．1．2　衛(wèi)星軌道類型……………………………………………………………………… 72．1．2．1　太陽同步軌道……………………………………………………………… 82．1．2．2　地球同步軌道……………………………………………………………… 82．2　遙感衛(wèi)星類型…………………………………………………………………………… 82．2．1　陸地衛(wèi)星…………………………………………………………………………… 92．2．2　氣象衛(wèi)星…………………………………………………………………………… 92．2．3　海洋衛(wèi)星…………………………………………………………………………… 102．3　國內(nèi)外主要遙感衛(wèi)星…………………………………………………………………… 102．3．1　美國陸地衛(wèi)星系列………………………………………………………………… 102．3．1．1　LANDSAT 1 …………………………………………………………… 102．3．1．2　LANDSAT 2 …………………………………………………………… 112．3．1．3　LANDSAT 3 …………………………………………………………… 112．3．1．4　LANDSAT 4 …………………………………………………………… 112．3．1．5　LANDSAT 5 …………………………………………………………… 122．3．1．6　LANDSAT 6和LANDSAT 7 ……………………………………… 122．3．1．7　LANDSAT 8 …………………………………………………………… 132．3．2　法國SPOT衛(wèi)星系列…………………………………………………………… 152．3．2．1　SPOT 1/2/3 …………………………………………………………… 152．3．2．2　SPOT 4 ………………………………………………………………… 172．3．2．3　SPOT 5 ………………………………………………………………… 172．3．2．4　SPOT 6/7 ……………………………………………………………… 192．3．3　加拿大雷達衛(wèi)星…………………………………………………………………… 222．3．3．1　RADARSAT 1 ………………………………………………………… 222．3．3．2　RADARSAT 2 ………………………………………………………… 232．3．4　歐空局環(huán)境衛(wèi)星…………………………………………………………………… 252．3．5　泰國衛(wèi)星…………………………………………………………………………… 262．3．6　中巴地球資源衛(wèi)星………………………………………………………………… 282．3．7　中國資源衛(wèi)星……………………………………………………………………… 292．3．7．1　資源一號02C衛(wèi)星……………………………………………………… 292．3．7．2　資源三號衛(wèi)星……………………………………………………………… 302．3．7．3　環(huán)境與災害監(jiān)測預報衛(wèi)星………………………………………………… 31參考文獻…………………………………………………………………………………… 33第3章　遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收…………………………………………………………………… 343．1　衛(wèi)星軌道及其相對地面的定位………………………………………………………… 343．1．1　衛(wèi)星軌道預報……………………………………………………………………… 343．1．2　地面站的接收覆蓋范圍…………………………………………………………… 363．2　遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收技術基礎…………………………………………………………… 383．2．1　信號頻段…………………………………………………………………………… 393．2．1．1　S頻段……………………………………………………………………… 403．2．1．2　X頻段……………………………………………………………………… 403．2．1．3　Ka頻段…………………………………………………………………… 403．2．2　信號極化…………………………………………………………………………… 413．2．3　調(diào)制方式…………………………………………………………………………… 423．2．3．1　BPSK ……………………………………………………………………… 423．2．3．2　QPSK ……………………………………………………………………… 433．2．3．3　UQPSK …………………………………………………………………… 433．2．3．4　OQPSK …………………………………………………………………… 443．2．3．5　8PSK ……………………………………………………………………… 443．2．3．6　16QAM …………………………………………………………………… 453．2．4　編碼方式…………………………………………………………………………… 453．2．4．1　RS碼……………………………………………………………………… 463．2．4．2　卷積碼……………………………………………………………………… 463．2．4．3　LDPC碼…………………………………………………………………… 473．2．4．4　級聯(lián)碼……………………………………………………………………… 493．2．4．5　編碼增益…………………………………………………………………… 493．2．5　天　線……………………………………………………………………………… 503．2．5．1　天線的主要電參數(shù)………………………………………………………… 503．2．5．2　天線反射面………………………………………………………………… 513．2．5．3　天線座架…………………………………………………………………… 523．3　星地鏈路計算分析……………………………………………………………………… 533．3．1　星地鏈路計算公式………………………………………………………………… 533．3．2　EIRP ……………………………………………………………………………… 533．3．3　傳輸損耗…………………………………………………………………………… 543．3．3．1　自由空間傳播損耗………………………………………………………… 543．3．3．2　極化損耗…………………………………………………………………… 543．3．3．3　指向損耗…………………………………………………………………… 553．3．3．4　大氣損耗…………………………………………………………………… 553．3．4　接收系統(tǒng)的G/T 值……………………………………………………………… 553．3．5　計算示例…………………………………………………………………………… 563．4　遙感衛(wèi)星跟蹤原理與模式……………………………………………………………… 573．4．1　遙感衛(wèi)星跟蹤原理………………………………………………………………… 573．4．2　遙感衛(wèi)星跟蹤模式………………………………………………………………… 583．4．2．1　自動跟蹤…………………………………………………………………… 583．4．2．2　程序跟蹤…………………………………………………………………… 593．5　遙感衛(wèi)星接收的基本原理……………………………………………………………… 603．5．1　信號接收與放大…………………………………………………………………… 603．5．2　信號變頻…………………………………………………………………………… 603．5．3　數(shù)字解調(diào)和信道譯碼……………………………………………………………… 623．6　遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)………………………………………………………………… 633．6．1　系統(tǒng)組成…………………………………………………………………………… 633．6．1．1　天伺饋子系統(tǒng)……………………………………………………………… 643．6．1．2　跟蹤接收子系統(tǒng)…………………………………………………………… 643．6．1．3　監(jiān)控管理子系統(tǒng)…………………………………………………………… 643．6．1．4　測試子系統(tǒng)………………………………………………………………… 643．6．1．5　技術支持子系統(tǒng)…………………………………………………………… 653．6．2　應用示例…………………………………………………………………………… 65參考文獻…………………………………………………………………………………… 67第4章　遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)記錄…………………………………………………………………… 684．1　數(shù)據(jù)采集………………………………………………………………………………… 684．1．1　基于電平信號的數(shù)據(jù)采集………………………………………………………… 684．1．2　基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)協(xié)議的數(shù)據(jù)采集…………………………………………………… 694．2　遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的去格式處理…………………………………………………………… 704．2．1　同步及信道編碼子層處理………………………………………………………… 714．2．1．1　維特比卷積碼……………………………………………………………… 724．2．1．2　數(shù)據(jù)幀同步………………………………………………………………… 744．2．1．3　PN 解擾…………………………………………………………………… 764．2．1．4　ReedＧSolomon譯碼……………………………………………………… 774．2．1．5　循環(huán)冗余校驗……………………………………………………………… 804．2．2　數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子層處理…………………………………………………………… 814．2．2．1　高級在軌系統(tǒng)幀格式解析………………………………………………… 814．2．2．2　CCSDS無損壓縮………………………………………………………… 824．3　遙感衛(wèi)星圖像移動窗顯示……………………………………………………………… 844．3．1　移動窗數(shù)據(jù)處理…………………………………………………………………… 844．3．2　移動窗數(shù)據(jù)顯示…………………………………………………………………… 854．3．2．1　基于計算機圖形編程接口的實現(xiàn)………………………………………… 854．3．2．2　基于流媒體技術的實現(xiàn)…………………………………………………… 864．4　0級數(shù)據(jù)生成…………………………………………………………………………… 884．5　遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)………………………………………………………………… 884．5．1　系統(tǒng)硬件的組成…………………………………………………………………… 884．5．2　系統(tǒng)軟件的組成…………………………………………………………………… 904．5．2．1　任務管理單元……………………………………………………………… 904．5．2．2　數(shù)據(jù)記錄及移動窗顯示單元……………………………………………… 914．5．2．3　0級數(shù)據(jù)生成單元………………………………………………………… 934．5．3　系統(tǒng)工作界面……………………………………………………………………… 94參考文獻…………………………………………………………………………………… 96第5章　數(shù)據(jù)存檔與管理……………………………………………………………………… 975．1　概　述…………………………………………………………………………………… 975．2　數(shù)據(jù)存儲………………………………………………………………………………… 985．2．1　數(shù)據(jù)存儲對象……………………………………………………………………… 985．2．2　數(shù)據(jù)存儲技術……………………………………………………………………… 985．2．2．1　磁帶存儲技術……………………………………………………………… 985．2．2．2　磁盤陣列技術…………………………………………………………… 1015．2．2．3　數(shù)據(jù)共享………………………………………………………………… 1035．2．2．4　光盤技術………………………………………………………………… 1035．2．3　分級存儲………………………………………………………………………… 1045．3　數(shù)據(jù)編目……………………………………………………………………………… 1065．3．1　數(shù)據(jù)分景………………………………………………………………………… 1065．3．2　瀏覽圖…………………………………………………………………………… 1085．3．3　云量評估………………………………………………………………………… 1095．3．4　元數(shù)據(jù)生成……………………………………………………………………… 1115．4　數(shù)據(jù)管理……………………………………………………………………………… 1115．4．1　數(shù)據(jù)存儲管理…………………………………………………………………… 1115．4．1．1　數(shù)據(jù)命名………………………………………………………………… 1115．4．1．2　分層存儲………………………………………………………………… 1125．4．1．3　數(shù)據(jù)遷移………………………………………………………………… 1145．4．2　元數(shù)據(jù)管理與檢索……………………………………………………………… 1155．4．2．1　元數(shù)據(jù)管理……………………………………………………………… 1155．4．2．2　瀏覽圖管理……………………………………………………………… 1225．4．2．3　數(shù)據(jù)檢索………………………………………………………………… 1225．4．3　數(shù)據(jù)訪問控制管理……………………………………………………………… 1265．5　數(shù)據(jù)服務……………………………………………………………………………… 1275．5．1　數(shù)據(jù)分發(fā)………………………………………………………………………… 1275．5．1．1　共享分發(fā)………………………………………………………………… 1275．5．1．2　協(xié)議分發(fā)………………………………………………………………… 1275．5．1．3　個性化分發(fā)……………………………………………………………… 1285．5．2　產(chǎn)品定制………………………………………………………………………… 1285．5．3　在線數(shù)據(jù)服務…………………………………………………………………… 1295．6　數(shù)據(jù)存儲與管理系統(tǒng)………………………………………………………………… 1295．6．1　系統(tǒng)組成………………………………………………………………………… 1295．6．2　應用實例………………………………………………………………………… 130參考文獻…………………………………………………………………………………… 131第6章　數(shù)據(jù)的備份與容災…………………………………………………………………… 1326．1　概　述………………………………………………………………………………… 1326．2　遙感數(shù)據(jù)的安全考慮………………………………………………………………… 1336．3　遙感數(shù)據(jù)的特點與備份容災機制…………………………………………………… 1346．4　遙感數(shù)據(jù)容災的建立………………………………………………………………… 1356．4．1　遠端站點的選擇………………………………………………………………… 1356．4．2　遠端站點存儲系統(tǒng)的建立……………………………………………………… 1366．4．3　數(shù)據(jù)備份準備…………………………………………………………………… 1366．4．4　數(shù)據(jù)在遠端站點的建立………………………………………………………… 1376．5　遙感數(shù)據(jù)的容災管理………………………………………………………………… 1376．5．1　兩地數(shù)據(jù)的一致………………………………………………………………… 1386．5．2　數(shù)據(jù)的互檢索與互備份………………………………………………………… 1386．5．3　數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)的檢查…………………………………………………………… 1396．5．4　數(shù)據(jù)的恢復……………………………………………………………………… 1396．6　遙感數(shù)據(jù)容災系統(tǒng)…………………………………………………………………… 1406．6．1　系統(tǒng)組成………………………………………………………………………… 1406．6．2　應用實例………………………………………………………………………… 141參考文獻…………………………………………………………………………………… 142第7章　輻射校正……………………………………………………………………………… 143第8章　幾何校正……………………………………………………………………………… 155第9章　產(chǎn)品生產(chǎn)……………………………………………………………………………… 192第10章　遙感數(shù)據(jù)的增值處理……………………………………………………………… 211附錄　彩圖集…………………………………………………………………………………… 267