2013年2月12日, 美国从加利福尼亚州的范登堡空军基地(Vandenberg AIR Force Base, California)成功发射了Landsat 8陆地卫星。Landsat 8是为了纪念陆地卫星系列发射40周年(1972~2012, 图1)而制订的陆地卫星数据连续性发射LDCM(Landsat DATA Continuity Mission)产物。其运载工具为宇宙神-5火箭(Atlas-Vrocket)。Landsat 8或称LDCM携带2个主要载荷: 运行陆地成像仪(Operational Land Imager, OLI) 和热红外传感器(Thermal Infrared Sensor, TIRS)。与之前的Landsat系列星相比, 这2个载荷都有了重大改进。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 历次陆地卫星发射时间展示

Landsat 8每天至少可以获得400幅图像。此前这个系列的卫星每天只能获得250幅图像。这是因为, 该卫星可以监测区域有更大的灵活性, 过去的陆地卫星在轨道上只能收集卫星直接下面航迹线两边一定宽度的地带, 而Landsat 8上的遥感器具有指向偏离航迹一个角度获取信息的能力, 可以收集到本来要后面的轨道圈才处于卫星下面的地面信息。这有助于及时获取需多时相(如灾害)对比研究的图像。

• LDCM主要性能

* 世界广角参照系统-2(Worldwide Reference System-2, WRS-2)航迹/行系统。

* 太阳同步轨道高度705 km。

* 16天全球覆盖周期(除两极最高纬度区), 每周期233轨。

* 轨道倾角98.2° (轻微右倾)。

* 周期长度98.9分。

* 过赤道时间: 10.00 am± 15分。

* 图幅大小: 170 km × 185 km, 图幅目录编排与Landsat 4, 5, 7相同。

* 支持主图像和有限偏离天底点的获取能力(± 1航迹/行)。

* 设计寿命: 至少5年, 但所携带燃料足够10年运行。

* 传感器电源由一组9× 0.4 m的太阳能电池阵列和一 个125安培小时的镍氢电池组提供。

* 观测后24小时提供标准的正射矫正数据(从网上可免费获得)。

* 数据标定与以前发射的Landsat系列相同。 OLI上装有定标子系统(Calibration Subassembly)。

* OLI设计用了宽推扫(push-broom) 结构, 这比ETM⁺仪器上的窄推扫(whish-broom)结构具有更好的几何稳定性。

• 运行陆地成像仪(OLI)

OLI的各道数据均为12位, 与ETM⁺(Landsat 7)的波段设置对比见表1。从表1可见, OLI增加了2个波段: 深蓝波段(波段1, 观测海岸带的气溶胶)和短波波段(波段9, 观测卷云)。其他7个波段的波长边界也均有调整。ETM⁺原热红外波段在OLI中取消, 取而代之的为热红外传感器(TIRS)的2个热红外波段。图2为OLI与ETM⁺波段设置分布对比。

表1

表1

表1 OLI 与ETM+的波段设置对比 OLI ETM+ 波段No 波长/μ m GSD①/m 波段No 波长/μ m GSD/m 8(PAN) 0.500~0.680 15 8(PAN) 0.52~0.90 15 1 0.433~0.453 30 2 0.450~0.515 30 1 0.45~0.52 30 3 0.525~0.600 30 2 0.53~0.61 30 4 0.630~0.680 30 3 0.63~0.69 30 4 0.78~0.90 30 5 0.845~0.885 30 9 1.360~1.390 30 6 1.560~1.660 30 5 1.55~1.75 30 7 2.100~2.300 30 7 2.09~2.35 30 OLI无热红外 6(TIR) 10.40~12.50 60 ①GSD: Ground Sample Distance地面采样距离。

表1 OLI 与ETM+的波段设置对比

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 OLI与ETM+波段设置分布对比

• 热红外传感器(TIRS)

TIRS使用量子穴红外光子检测器(Quantum Well Infrared Photo-detectors, QWIPs)检测地球的长波光发射, 其强度随地表温度而变。QWIPs是一种可替代常规热红外技术且花费较低的新技术, 由美国宇航局在Greenbelt Md的Goddard太空飞行中心研制。

TIRS 所用QWIPs对2个热红外波长灵敏波段, 有助于将地表温度从大气温度中分离出来。其设计基于复杂的量子力学。砷酸镓半导体片在一个能态穴中不断俘获电子, 直至借助具一定波长的热红外光提升到一个更高的能态。提升能态的电子引起一个电子信号, 它可被读出并记录为数字形式的图像。

报道认为, Landsat 8计划将为资源、水、森林、环境和城市规划提供可靠数据, 其各波段的名称与用途见表2。

表2

表2

表2 Landsat 8各波段的名称与用途 波段No 波段名称 波长范围/nm 数据用途 GSD地面 采样距离/m 辐射率/(W· m-2sr-1μ m-1) 典型 SNR(典型) 1 New Deep Blue 433~453 海岸区气溶胶 30 40 130 2 Blue 450~515 基色/散射/海岸 40 130 3 Green 525~600 基色/海岸 30 100 4 Red 630~680 基色/海岸 30(TM传统波段) 22 90 5 NIR 845~885 植物/海岸 14 90 6 SWIR2 1 560~1 660 植物 4.0 100 7 SWIR3 2 100~2 300 矿物/干草/无散射 1.7 100 8 PAN 500~680 图像锐化 15 23 80 9 SWIR 1 360~1 390 卷云测定 30 6.0 130 10 TIR 10 300~11 300 地表温度 100 11 TIR 11 500~12 500 地表温度 100

表2 Landsat 8各波段的名称与用途

除表2中已标明的Landsat 8各波段用途方向外, 还可以看出, SWIR3(波段7)较ETM⁺窄了, 这将有助于减少提取找矿信息时碳酸盐岩对羟基的干扰。新Landsat 8数据的实际效果有待应用研究证实。

张玉君根据美国宇航局(NASA)报道摘要整理

(http://Idcm.Nasa.gov/spacecraft_instrument.html)