基本介紹
簡介,基本參數,TM數據,產品級別,產品格式,輻射定標,定位精度,後續星,
簡介
1984年3月1日，NASA發射了Landsat 5，這是該機構最後一次授權的Landsat衛星。Landsat 5與Landsat 4同時設計和建造，並攜帶相同的載荷：多光譜掃瞄器（MSS）和專題製圖儀（TM）。
1988年，Landsat 5的數據跟蹤和中繼系統（Tracking and Data Relay Satellite System，TDRSS）發射機（Ku波段）發生故障，並在1992年7月，冗餘Ku波段發射機也發生故障，使得下行鏈路數據只能在美國地面接收天線的範圍內接收。同時，MSS儀器於1995年8月關閉。2011年11月，由於電子元件迅速退化，TM儀器停止採集圖像。幾個月後，工程師重新開啟了MSS儀器，並實施了新功能，以便在地面站採集原始儀器數據。2012年12月21日，美國地質調查局USGS宣布Landsat 5將在冗餘陀螺儀失效後退役。2013年1月，Landsat 5的儀器關閉，被移入較低的軌道，並於2013年6月5日關閉數據發射機。
Landsat 5設計壽命為三年，為地球陸地表面提供了28年零10個月的高質量全球數據，創造了“運行時間最長的地球觀測衛星”的金氏世界紀錄。
基本參數
Landsat-5衛星主要軌道特性參數如下：
近極近環形太陽同步軌道
傾角：98.2。
軌道周期：99分鐘
穿越赤道時間：上午9點45分+/-15分鐘
掃描頻寬度：185km
重訪周期：16天
景覆蓋範圍：184×185.2km
Landsat一5的專題製圖儀(Thematic Mapper，TM)分為7個
波段，各波段的參數如表1所示。
表1 Landsat一5TM各波段參數
波段號 | 波段 | 頻譜範圍( μm) | 解析度(m) |
B1 | Blue | 0.45—0.52 | 30 |
B2 | Green | 0.52—0.60 | 30 |
B3 | Red | 0.63—0.69 | 30 |
B4 | Near IR | 0.76— 0.90 | 30 |
B5 | SW IR | 1.55—1.75 | 30 |
B6 | LW IR | 10.40 —12.5 | 120 |
B7 | SW IR | 2.08 —2.35 | 30 |
TM數據
產品級別
Landsat一5的成像感測器TM 獲取的數據屬於光學類遙感數據，目前中國科學院中國遙感衛星地面站(以下簡稱中國遙感衛星地面站)所生產的Landsat一5數據產品一共有四個級別，分別是0級、1級、系統級糾正(Systematic Geocorrection)與精糾正(Precision Geocorrection)。
0級產品是指像素值沒有經過處理的圖像數據，1級產品是指對0級產品進行輻射糾正後的產品，系統級糾正產品是在1級產品的基礎上進行系統幾何糾正後的產品，精糾正產品是引入了控制點信息進行幾何精糾正後的產品。相對於0級和1級產品，系統級糾正與精糾正的產品可以增加高程糾正(elevation correction)功能，高程糾正有三種選擇級別：base、Coarse DEM與Fine DEM，base是全球尺度的高程糾正，CoarseDEM 是1：1O0萬比例尺的DEM 數據，Fine DEM是1：25萬以上比例尺的DEM 數據。
0級與1級產品的數據格式有EOsAT FAST 與CCRS LG—SOwG兩種，系統級糾正與精糾正產品的數據格式有EOSAT FAST、CCRS LGSOWG與Geo Tiff三種。0級產品沒有經過輻射糾正和幾何糾正處理，這類產品主要是面向具有一定遙感衛星數據處理經驗的高級用戶，所以一般情況下不建議普通用戶使用。目前中國遙感衛星地面站給用戶提供最多的是經過輻射糾正和幾何糾正的系統級糾正產品。用戶如果對圖像定位精度要求比較高，平原地區可選用精糾正產品，高程較高的區域建議選用經過高程糾正的精糾正產品，其幾何定位精度誤差在1-2個像元之內。
產品格式
中國遙感衛星地面站所生產的Landsat一5衛星數字產品格式分為EOSAT FAST、GEO TIFF和CCRS LGSOWG三大類。TM 數字產品可以選擇的數據格式以及相適用的記錄方式和記錄介質如表2所示。
表2 TM 數字產品數據格式
數據格式 | EOSAT FAST | GEO TIFF | CCRS LGSOWG |
記錄方式 | BSQ | BSQ | BSQ、BIL |
磁帶、CD—ROM | 磁帶、CD—ROM | 磁帶、CD—ROM |
EOSAT FAST格式
EOSAT FAST格式輔助數據與圖像數據分離，具有簡便、易讀的特點。輔助數據以ASCII碼字元記錄，圖像數據只含圖像信息，用戶使用起來非常方便。該格式又可分為FAST B和FAST C兩種。目前絕大多數用戶選擇訂購都是FAST B格式產品。
FAST B格式所遵循的基本規則有：
① FAST B格式僅有BSQ記錄方式；
② 存儲介質上的每一個圖像檔案對應於一個波段的數據，並且所有圖像檔案尺寸相同；
③ 每一盤磁帶/光碟可包括多個圖像檔案，但同一波段檔案不跨存於兩個介質上。
EOSAT FAST B格式磁帶上包括兩類檔案：帶頭檔案和圖像檔案。帶頭檔案是磁帶上的第一個檔案，共1536位元組，全部為ASCII碼字元。檔案中的字元域為左對齊，而數字域則為右對齊。圖像檔案只含圖像數據，不包括任何輔助數據信息。圖像的行列數在帶頭檔案中給出。
CCRS LGSOWG格式
CCRS LGSOWG格式符合LGSOWG和加拿大CCRS的有關規範。CCRS LGSOWG格式所包含的輔助數據全面，但結構比較複雜，且許多說明欄位為二進制碼，不易直接閱讀。用戶訂購該格式產品時，應考慮自己使用的圖像處理系統是否支持CCRS LGSOWG輸入。
CCRS LGSOWG格式的記錄方式可為BSQ，也可為BIL。磁帶上檔案分為以下5類：
①卷目錄檔案(Volume Directory Fi1e)—— 磁帶上的第一個檔案，由若干個記錄組成，每個記錄大86小為360位元組。卷目錄檔案描述本卷磁帶所含檔案的基本信息。
③ 圖像檔案(Imagery File)—— 圖像檔案由1個圖像數據說明記錄和L個(for BSQ)或Lx n個(for BIL)圖像記錄組成，L為圖像行數，n為圖像波段數。圖像數據說明記錄中第237～244位元組描述圖像行數，第249-256描述圖像列數。圖像記錄的大小與產品類型有關，對於常用的Georeference整景產品(L5728×P6920)，記錄長度為7020，四分之一景產品，記錄長度為3600，每個圖像記錄的前32個位元組和後68個位元組是有關該記錄的說明，中間位元組為圖像數據。對於Geocoded產品，圖像記錄的前32個位元組和後148個位元組是有關該記錄的說明，中間位元組為圖像數據。
⑤ 卷尾標識檔案(Null Volume Directory Fi1e)—— 標識本卷磁帶內容結束。由1個記錄組成，記錄大小為360位元組。
GEO TIFF格式
GEOTIFF格式是在TIFF6．0的基礎上發展起來的，並且完全兼容於TIFF6．0格式，目前的版本號為1.0。在TIFF圖像中有關圖像的信息都是存放在Tag中，並且規定軟體在讀取TIFF格式圖像時如果遇到非公開或者未定義的Tag，一律作忽略處理，所以對於一般的圖像軟體來說，GEOTIFF和一般的TIFF圖像沒有什麼區別，不會影響到對圖像的識別；對於可以識別GEOTIFF格式的圖像軟體，可以反映出有關圖像的一些地理信息。
輻射定標
為了正確的解讀從遙感衛星上獲取的數據，需要在衛星載荷所獲得的觀測量和真實觀測的地球物理量之間建立對應關係。進行輻射定標的目的就是建立感測器每個探測元輸出的數位訊號與該探測器輸入的(入瞳處)輻射亮度值之間的數量關係。
中國遙感衛星地面站Landsat一5衛星的處理系統是由加拿大MDA公司開發研製的，該數據處理系統使用的是基於星上內部定標燈的輻射定標算法，這種算法從二十世紀八十年代就開始使用。但是隨著設備的不斷老化，Landsat一5衛星內部定標燈已逐漸失效，所以這種基於星上內部定標燈的輻射定標算法變得越來越不準確。
2004年3月中國遙感衛星地面站對Landsat一5處理系統進行了更新，使用新的類似Landsat一7的感測器增益算法來進行輻射定標。在處理系統中仍然保持了原先的使用內部定標燈的算法，即NASA、CCRS兩種算法，更新後處理系統新增了NASA CPF、CCRS CPF兩種算法。這樣，提供的可供選擇的算法有NASA、NASA CPF、CCRS、CCRS CPF四種。CCRS算法使用一個探測器作為基準，所有其他的探測器對它進行匹配；NASA算法則將所有的探測器進行平均來取得基準值。CCRS CPF和NASA CPF的區別也是如此。新的輻射定標算法只適用於1～5波段和7波段，6波段仍然沿用老的基於星上內部定標燈的輻射定標算法，對於該波段的新輻射定標算法數據正在研究中。由於新的輻射定標算法類似於Landsat一7衛星，在進行輻射定標時使用從資料庫中讀出的絕對輻射增益值，這將使得這兩顆衛星的輻射定標數據更具有可比性。
用戶可以根據公式L=Gain×DN+Bias 計算得到感測器孔徑所接受的光譜輻射率L，DN 為產品數據的亮度值，Gain與Bias可以通過Lmax與Lmin計算得到，計算公式如下：
Gain=(Lmax—Lmin)/255 (1)
Bias= Lmin (2)
Lmax與Lmin值如表3所示，該組數據由美國USGS發布，其單位是w / (㎡ ．sr．μm)，我們推薦使用這種方法計算輻射值。
表3 美國USGS發布的Lmax與Lmin值
波段 | Lmin | Lmax |
1 | -1.52 | 193.00 |
2 | -2.84 | 365.00 |
3 | -1.17 | 264.00 |
4 | -1.51 | 221.00 |
5 | -0.37 | 30.20 |
6 | 1.2378 | 15.3032 |
7 | -0.15 | 16.50 |
另外，在Landsat一5TM 數據fast格式產品的頭檔案header．dat中，第281位元組找到以“RAD GAIN/BIASES=”開始的7組數據，它們按波段順序記錄了每一波段的最大與最小輻射值，格式為Lmax/Lmin，具體值如表4所示
表4 Landsat5TM 數據頭檔案中的Lmin與Lmax值
波段 | Lmax | Lmin |
1 | 1.26880 | -0.0100 |
2 | 2.98126 | -0.0232 |
3 | 1.76186 | -0.0078 |
4 | 2.81771 | -0.0193 |
5 | 0.65277 | -0.0080 |
6 | 3.20107 | 0.25994 |
7 | 0.44375 | -0.0040 |
需要注意的是，表4中的最大與最小輻射值的單位是mw/(c㎡ ．sr)(即毫瓦/(平方厘米*球面度))，不含有μm^-1，所以使用時還需考慮波段的波譜寬度，表5給出了各個波段對應的波譜寬度。最後還需轉換到標準單位w / (㎡ ．sr．μm)，w / (㎡ ．sr．μm)與mw / (c㎡ ．sr．μm)的換算關係為1：10。
表5 TM 數據波段對應波譜寬度
波段號 | 頻譜寬度 |
1 | 0.066 |
2 | 0.082 |
3 | 0.067 |
4 | 0.128 |
5 | 0.217 |
7 | 0.252 |
由於這種計算方法誤差較大，我們不推薦使用這種方法對Landsat一5 TM 數據進行輻射定標的計算。
定位精度
在Landsat一5 TM 數據的系統級幾何校正中是使用星曆參數確定產品的絕對地理位置的。Landsat一5的處理系統MPGS採用的是傳統的處理方法，即從衛星的下行數據中提取PCD星曆參數，再將其用於TM 數據的系統級幾何校正。
由於Landsat一5衛星長期運行，致使衛星的軌道定位精度不能保持在一個較好的水平，而且從2002年切換到BUMPER模式工作以後，衛星的姿態控制系統和儀器的坐標系統之間的轉換關係和發射前也有很大的差別，所以按照傳統方法使用PCD星曆參數生成系統級產品時定位誤差就比較大，有些景的定位誤差達到了幾千米。為此，USGS建議使用精確星曆參數確定產品的地理經緯度，提高系統級產品的幾何定位精度。
2004年底，中國遙感衛星地面站的技術人員對Landsat一5 TM 的處理系統MPGS進行了更新，使用精確星曆參數後Landsat一5 TM BUMPER模式數據的系統級產品的幾何定位精度得到了大幅度的提高，沿衛星飛行方向(Along—track)的幾何定位精度大約為300m左右，垂直衛星飛行方向(Across--track)的定位精度大約為250m左右。
後續星
Landsat 6 1993年 發射失敗
Landsat 7 1999年發射，設計壽命5年，目前仍在軌運行，但由於設備異常造成接收影像質量下降。
