法国的SPOT卫星上携带2台高分辨率可见光(HRV)成像仪,采用推扫式线性阵列扫描成像。其结构如图1所示。仪器中有一个平面反射镜,将地面辐射来的电磁波反射到反射镜组,然后聚焦在电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)线阵列元件上,CCD的输出端以一路时序视频信号输出。由于使用线阵列的CCD元件作探测器,在瞬间能同时得到垂直航线的一条图像线,不需要用摆动的扫描镜,像缝隙摄影机那样,以推扫方式获取沿轨道的连续图像条带。
CCD是一种由硅等半导体材料制成的固体器件,受光或电激发产生的电荷靠电子或空穴运载,在固体内移动,达到一路时序输出信号。由于CCD的光谱灵敏度的限制,只能在可见光和近红外(1.2微米以内)区直接响应地物辐射来的电磁波。对于热红外区没有反应。但如果与多元列阵热红外探测器结合使用,则可使多路输出信号变成一路时序信号,因为它对电能的强度有响应。
SPOT卫星上的HRV成像仪分成两种形式,一种是多光谱型的HRV成像仪,共分3个谱段,分别为:波段1,0.5~0.59微米;波段2,0.61~0.68微米;波段3,0.79~0.89微米。每个波段的线阵列探测器组,由3000个CCD元件组成。每个元件形成的像元,相对地面上为20米×20米。因此一行CCD探测器形成的图像线,相对地面上为20米×60千米。每个像元用8比特对亮度进行编码。
SPOT卫星上的另一种是全色的HRV成像仪,它由6000个CCD元件组成一行。地面上总的视场宽度仍为60千米,因此每个像元地面的大小为10米×10米。编码采用相邻像元亮度差进行,以压缩数据量,由于相邻像元亮度差值很小,因此只需要6比特的二进制数进行编码。波段范围0.5~0.73微米。
为了在26天内达到全球覆盖一遍,SPOT卫星上平排安装2台HRV成像仪。每台仪器视场宽都为60千米,两者之间有3千米重叠,因此总的视场宽度为117千米。相邻轨道间的间隔约为108千米(赤道处),垂直地面观测时,相邻轨道间的影像约有9千米重叠。这样共观测369圈,全球在北纬81.3°和南纬81.3°之间的地表面全部覆盖一遍。
HRV成像仪的平面反射镜可绕指向卫星前进方向的滚动轴(x)轴旋转,如图2所示。从而在不同的轨道间实现立体观测。平面镜向左右两侧偏离垂直方向最大可达27o,从天底点向轨道任意一侧可观测到450千米附近的景物。这样在邻近的许多轨道间都可以获取立体影像。在赤道附近,分别在7条轨道间可进行立体观测。由于轨道的偏移系数为5,所以相邻轨道差5天,也就是说,如果第一天垂直地面观测,则第一次立体观测要待到第6天实现。纬度45°处轨道间距变小,因此重复观测的机会增多,这时可在11条轨道间进行立体观测。
立体图像的基线高度比在0.5~1.0。不同轨道间,对同一地区进行重复观测,除了建立立体模型,进行立体量测外,主要用来获取多时相图像,分析图像信息的时间特性,监视地表的动态变化。