Capítulo 5 2014_pos

1

A órbita é

definida como

tendo uma

direção cross-

track e uma

along-track.

Direção Along-TrackDireção ao longo da trajetória do satélite

Direção Cross-TrackDireção transversal à trajetória do satélite

Direção do Movimento do Satélite

Sensores e Varreduras

Existem dois principais métodos ou maneiras de

sistemas de varredura para adquirir uma imagem:

• Cross-Track Scanning (Varredura transversal à

trajetória) – Whiskbroom Scanners

• Along-Track Scanning (Varredura ao longo da

trajaetória) - Pushbroom Scanners

Sensores e Varreduras

Cross-Track Scanners – Whiskbroom

Scanners:

Sistema de varredura que varre a Terra numa série

de linhas. As linhas são orientadas

perpendicularmente à direção de movimento

(trajetória) da plataforma. Cada linha é varrida de

um lado do sensor ao outro, utilizando um espelho

rotor.

Sensores e Varreduras

Único detector – Cross-Track

Sensores e Varreduras

Varredura transversal à trajetória do satélite

Direção Movimento do Satélite

Único detector – Cross-Track

Sensores e Varreduras

A – espelho rotor;

B – detectores sensíveis para cada λ;

C – IFOV (Instantaneous Field of View) – ângulocônico de visibilidade de um sensor;

D – GIFOV (Ground IFOV) – Célula de resoluçãodo terreno determinada por C e pela altura;

E – FOV (Field of View)– varredura/oscilação doespelho medido em graus que determina alargura da facha de terreno imageada;

F – GFOV (Ground FOV)– Cobertura do satélite,largura da imagem, que é determinada por E epela altura;

O período de tempo que o IFOV observa umacélula de resolução do terreno a medida que oespelho roda é chamado de tempo depermanecia e é em geral bastante curto.

Único detector – Cross-Track

Sensores e Varreduras

Sensores e Varreduras - FOV

Satélite

Considerando 16 órbitas por dia,qual deve ser a largura (GFOV)para cobrir toda a Terra em um dia?

Sensores e Varreduras - FOV

H = 800 km

Satélite

Largura = exercício anterior km

Qual deve ser então ovalor do FOVconsiderando um satélitenesta altura, para queele cubra toda a Terraem um dia?FOV= ?

Sensores e Varreduras - FOV

H = 800 km

Satellite

Largura = ?

FOV/2 = 6.1°

Quanto temo levaria para cobrir a Terra com este sistema?

16 órbitas/dia *2* ? km = ? km/dia imageado (largura)

Circunferência da Terra = 2*pi*Rt (km)

2*pi*Rt/? km/dia= ? dias

Cross-Track Scanners – Whiskbroom Scanners:

Único Detector

Tempo de Permanência: Tempo que um sistema de

varredura tem para coletar a energia

eletromagnética de um elemento da imagem (pixel):

(Tempo para varrer uma linha/Número de pixels numa linha)

Depende de:

• Velocidade do satélite;

• Largura da linha;

• Tempo por linha;

• Número de pixels numa linha.

Sensores e Varreduras

Cross-Track Scanners – Whiskbroom Scanners:

Único Detector

Tempo de Permanência: Tempo que um sistema de

varredura tem para coletar a energia

eletromagnética de um elemento da imagem (pixel):

Tempo para observar uma linha inteira =

___________________________________ =

Número de pixels numa linha =

(comprimento do pixel / velocidade orbital)

= _________________________________________

(largura da imagem/largura do pixel)

Sensores e Varreduras

Componentes dos Sensores Imageadores

Sistema óptico: Constituído de espelhos e lentes, possui afunção de focar uma área na superfície terrestre e coletar a REMrefletida ou emitida por ela.

Sistema de dispersão e de detecção: Grades de dispersão eprismas são utilizados como filtros para dividir a REM em váriosintervalos de comprimento de onda ou bandas espectrais, quesão direcionados para incidirem sobre um conjunto dedetectores, que geram sinais elétricos proporcionais àsintensidades das radiações neles incidentes.

Sistema eletrônico: Constitui-se de componentes eletrônicosque ampliam os sinais elétricos de saída dos detectores e ostransformam em valores digitais que são gravados;

Espelho rotativo para varredura doterreno;

A radiação que chega ao espelho érefletida em direção à um sistema delentes que a foca no sistema dedispersão e depois aos detectores;

A REM é separada em intervalosespectrais pela grade de difração ouprisma antes que ela atinja osdetectores, definindo-se assim, asbandas espectrais do sensor;

Para medir a intensidade de cadaintervalo espectral, ou banda, umarranjo de detectores é colocado atrásda grade de difração ou do prisma;

A energia da radiaçãoeletromagnética incidente nosdetectores provoca-lhes umaexcitação, proporcional àintensidade da energia incidente,gerando um sinal elétrico de saídaque é registrado pelo sistemaeletrônico do sensor;

Este sistema eletrônico é umconversor analógico/digital quetransforma os sinais elétricos desaída dos detectores emcorrespondentes valores digitais

Detectores lineares – Cross-Track

Sensores e Varreduras

Varredura transversal à trajetória do satélite

Direção Movimento do Satélite

Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners

Sensores e Varreduras

Varredura ao longo da trajetória do satélite

Direção Movimento do Satélite

Não há movimento mecânico

Sensores e VarredurasDetectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners

Sensores e Varreduras

Em vez de um espelho rotativo elesutilizam um vetor linear de detectores(A) localizado no plano focal daimagem (B) formada pelos sistemasde lentes (C), os quais sãoempurrados ao longo da trajetória dosatélite.

Cada detector individual mede aenergia de uma única célula doterreno com resolução (D) e, assim, oIFOV dos detectores e a alturadeterminam a resolução espacial dosistema. Neste caso temos umdetector para cada pixel numa linha;

Detectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners

Tempo de Permanência: Tempo que um sistema de

varredura tem para coletar a energia

eletromagnética de um elemento da imagem (pixel):

Tempo para observar uma linha inteira =

= (comprimento do pixel / velocidade orbital)

Sensores e VarredurasDetectores lineares – Along-Track - Pushbroom Scanners

Vantagens e desvantagens

Sensores e Varreduras

Nesse sistema de varredura linha a linha, tem-se a vantagem demaior tempo de permanência para a medida da radiância quedeixa cada pixel, isto permite que mais energia seja detectada emelhora a resolução radiométrica. O maior tempo depermanência também facilita GIFOVs menores e larguras debanda mais estreitas para cada detector. Assim, uma melhorresolução espacial e espectral podem ser conseguidas semimpactar a resolução radiométrica.

É uma tecnologia mais avançada do que os sensores mecânicos,exatamente porque dispensa o movimento de varreduraoscilatório de um espelho, que é um problema. Portanto são maisduráveis e confiáveis;

Vantagens e desvantagens

Sensores e Varreduras

Uma das desvantagens desses sistemas é queum calibração entre os milhares de detectores,para conseguir uma sensibilidade uniforme emtodo os detectores, é necessário e complicado

Sensores e Varreduras

Sensores de área – 2D

Sensores e Varreduras

Matriz de detectoresem ambas asdimensões lineares.Cada observaçãoresulta numa imagemcomo uma fotografiaaérea

Direção Movimento do Satélite

Cobertura Orbital

Sensor com um FOV pequeno oualtura muito baixa resultando numswath estreito (200 km).

Sensor com um FOV grande oualtura muito alta resultando numswath extenso (2000km).

25

Cobertura OrbitalÓrbita do Landsat Multispectral Scanning SystemÓrbita do Landsat Multispectral Scanning System

26

Cobertura Orbital

Caminho das órbitas do Landsat durante

um único dia de cobertura

Caminho das órbitas do Landsat durante

um único dia de cobertura

27

Cobertura Orbital

Caminho das órbitas do NOAA17

em 17 de outubro de 2003

Caminho das órbitas do NOAA17

em 17 de outubro de 2003

28

Nimbus-7 TOMS altitude orbital: 955 km

EarthProbe TOMS altitude orbital: 500 km

Se a órbita é muito

baixa e/ou o FOV é

muito pequeno, uma

cobertura global não

pode ser obtida com

somente 16 órbitas

num único dia.

Cobertura Orbital

29

Coberturas diárias incompletas resultam em mapas compostos de bandas

da dados com falhas entre os swaths nas regiões equatoriais. Para

satélites com uma inclinação alta existe uma sobreposição significante

nos pólos mesmo quando a cobertura equatorial é incompleta.

29 de Setembro de 1997

Pólo Sul Pólo Norte

Visão Global

Cobertura Orbital

30

“Mapas sem falhas,” é o

que a maioria dos

modeladores requerem

como entrada para as suas

simulações

computacionais. Pode ser

obtido fazendo-se a média

sobre 2-3 dias (ou mais).

29 Setembro 1997

28-29 Setembro 1997

28-30 Setembro 1997

Um Dia Dois Dias Três Dias

29-30 Setembro 1997

Fazendo-se a média por

diferentes dias completa as

falhas orbitais e resulta

numa cobertura global, isto

também resulta numa

resolução temporal mais

baixa.

pequenas gaps sem gaps

Cobertura Orbital