地球觀察衛(wèi)星軌道和全球覆蓋范圍

地球觀察衛(wèi)星：軌道和全球覆蓋范圍

Dr.StevenA.Lloyd

ChiefScientist

NASAGSFCEarthSciencesDISC

andWyleInformationSystems,Inc.

&theGiovanniScienceTeam地球觀察的衛(wèi)星南極北極（掩星）NASA的“藍色大理石球”照片(1972年12月7日阿波羅17拍的）赤道平面地球自轉(zhuǎn)的方向2垂直點

3地平線太陽天頂角度

天頂

仰度

地球觀察衛(wèi)星衛(wèi)星軌道4地球定位軌道

近地軌道平均軌道半徑：

平均軌道半徑：35,800km160-2,000km(22,200mi)(100-1,240mi)根據(jù)應(yīng)用的需要，大多數(shù)地球軌道衛(wèi)星屬于兩種配置之一：地球定位軌道（GEO）或近地軌道（LEO）。定位軌道(GEO)定位或同步軌道（GEO）：盤旋在35，800km的高度（22，200英里），并有恒定（23.9345小時）的周期。5定位軌道看來象維持在地球赤道上的固定點之上（所以也叫“同步”）。它們以跟地球的一樣方向和速度隨著地球的軸轉(zhuǎn)動。多數(shù)的通訊衛(wèi)星和NOAA和ESA氣象衛(wèi)星在定位軌道。6定位衛(wèi)星的視野（即是，在空間有利位置能“看到”的東西）是不變的，而且最多能觀測到一半地面（在赤道上的次軌道點兩側(cè)±90°經(jīng)度）。次軌道點定位軌道（GEO）近地軌道（LEO）太陽同步，近極，近地軌道（LEO）衛(wèi)星軌跡7大多數(shù)的NASA和ESA大氣研究衛(wèi)星是在近地軌道。近地軌道實例：Mercury

和

Gemini

SpaceLab(空間實驗實)MIRSpaceShuttle(航天飛機)InternationalSpaceStation(國際空間站)

(ISS)HubbleSpaceTelescope(空間望遠鏡)

(HST)近地軌道（LEO）：在160-2,000公里的高度運行。8衛(wèi)星軌跡近地軌道（LEO）升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。9衛(wèi)星軌跡近地軌道（LEO）降序軌道：衛(wèi)星從北向南運行穿過赤道。10近地軌道（LEO）升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。11升序和降序是截然相反。近地軌道（LEO）升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。降序軌道：衛(wèi)星從北向南運行穿過赤道。近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。太陽同步：衛(wèi)星總是在相同的相對位置處于地球和太陽之間。12近地軌道（LEO）升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。降序軌道：衛(wèi)星從北向南運行穿過赤道。近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。.太陽同步：

衛(wèi)星總是在相同的相對位置處于地球和太陽之間。降序軌道：衛(wèi)星從北向南運行穿過赤道。周期：典型的極地太陽同步近地衛(wèi)星需要大約90分鐘完全圍繞地球。因而它每天能有16條軌道。近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。13近地軌道（LEO）升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。赤道橫穿時間：當(dāng)衛(wèi)星穿過赤道的時的當(dāng)?shù)貢r間。實例：Terra的赤道橫穿時間是上午10:30，它也叫“上午”或早上衛(wèi)星。升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。降序軌道：衛(wèi)星從北向南運行穿過赤道。周期：典型的極地太陽同步近地衛(wèi)星需要大約90分鐘完全圍繞地球。因而它每天能有16條軌道。近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。14近地軌道（LEO）太陽同步：

衛(wèi)星總是在相同的相對位置處于地球和太陽之間。赤道橫穿時間：當(dāng)衛(wèi)星穿過赤道的時的當(dāng)?shù)貢r間。實例：Terra的赤道橫穿時間是上午10:30，它也叫“上午”或早上衛(wèi)星。傾角：軌道平面相對赤道的位置。對于近極軌道，這個傾角是97o左右。15近地軌道（LEO）近地軌道：在160-2,000公里的高度運行。太陽同步：

衛(wèi)星總是在相同的相對位置處于地球和太陽之間。升序軌道：衛(wèi)星從南向北運行穿過赤道。周期：典型的極地太陽同步近地衛(wèi)星需要大約90分鐘完全圍繞地球。因而它每天能有16條軌道。降序軌道：衛(wèi)星從北向南運行穿過赤道。SatelliteInclination高傾角或極區(qū)軌道（接近90o）基本上完全覆蓋全球16低傾角（經(jīng)常在57o附近－－航天飛機，TRMM）沒有極區(qū)覆蓋范圍傾角：軌道平面相對于赤道的位置。對于近極軌道，這個傾角是97o左右。Equator赤道OrbitalInclination軌道傾角NS97°57°17衛(wèi)星運行方向

跟定位衛(wèi)星比較，近地軌道的衛(wèi)星只有限制的視野，因為它們離地球較近。因此，它們用各種各樣的技術(shù)來擴展它們的地面覆蓋范圍。LEO視野（FOV）18軌道定義為有跨軌道道的方向和沿軌道的方向。衛(wèi)星運行方向

沿軌道方向

跨軌道方向

LEO視野（FOV）19衛(wèi)星行動方向

近地軌道衛(wèi)星只有瞬間視野（IFOV）－就是位于垂直點的傳感器能觀察到的單－象素或視圖測量范圍以固定的視角或者幾何形狀，也叫地面腳?。ɡ?，1014km2或0.25°0.5°緯度/經(jīng)度）。LEO視野（FOV）20“推笤帚”的傳感器“推笤帚”的傳感器提供一條列陣可放多個傳感器（例如，CCD光學(xué)列陣,Reticon二極管列陣等等）。它們都觀測與衛(wèi)星運行垂直的地面的一小部分。21通過匯集一個連續(xù)的“推笤帚”圖像的系列，可以得到圍繞地球的連續(xù)的“綢帶”數(shù)據(jù)?！巴企灾恪钡膫鞲衅?2衛(wèi)星運行方向

跨軌道掃描

在“跨軌道掃描”時，一面掃描鏡向前和向后沿者次軌道反復(fù)擺動，讓傳感器有順序地觀察象素，并且沿衛(wèi)星行動方向跟蹤地面的一小部分?？畿壍罀呙鑲鞲衅?3Cross-trackscanningresultsinindividualobservations(“pixels”)ofvaryingsize,andcanleavegapsbetweensuccessiveorbitsifthescanangleisnotwideenough.跨軌道掃描導(dǎo)致像素有不同的尺寸，而且如果掃描角度不夠?qū)挼脑挄谲壍乐g留下空白。

跨軌道掃描傳感器24Nimbus-7TOMS

軌道高度：955kmEarthProbeTOMS

（最初）軌道高度：500km如果軌道太低或視野太小的話，每天16條軌道不可能覆蓋全球面積。軌道覆蓋范圍25不完全的全球覆蓋導(dǎo)致每日全球地圖由一條條綢帶組成，帶與帶之間在赤道地區(qū)有空白）。注意:高斜度衛(wèi)星軌道在地球極區(qū)有大量重疊，即使在赤道地區(qū)覆蓋是不完全的。1997年9月29日南極視野北極視野全球視野軌道覆蓋范圍26模式者需要“無空白的地圖”作為計算機模擬的輸入；

這種地圖可以通過平均2－3天的數(shù)據(jù)（或更多）獲得。1997年9月29日1997年9月28－29日1997年9月28－30日

一天

兩天

三天1997年9月29－30日雖然多日平均可以填補赤道間的空白和提供完全的全球覆蓋，這個方法會導(dǎo)致更低的時間分辨率。smallergaps nogaps 軌道覆蓋范圍垂直點

27地平線太陽天頂角度

天頂

仰度

地球觀察衛(wèi)星北南衛(wèi)星軌跡28SolarOccultationSensors太陽掩星傳感器衛(wèi)星軌跡太陽掩星

赤道黃道當(dāng)?shù)厍蚝痛髿庋谏w或掩星太陽光的時，我們使用太陽掩星儀器。29太陽掩星儀器在通過地球大氣層時測量太陽輻射。日落

太陽掩星傳感器30每條太陽掩星儀器的軌道觀測一次日出和一次日落。赤道黃道日落

日出太陽掩星傳感器31許多近地衛(wèi)星在高傾角軌道中每天環(huán)繞行星16－18次。北南