卫星怎么给地球“拍照片”？

说到拍照，我们自然会想到相机和快门把相机对准需要观察的地方，按下快门，我们就可以得到一个由二维像素上填充了三原色坐标的数据组成的图像

但对于地球的卫星观测，具体成像原理会稍微复杂一些。

扫描方式

卫星按轨道可分为静止卫星和极轨卫星我们知道，地球自转的角速度是固定的如果用一颗卫星不断地监视地球，那么卫星轨道的高度是固定的这是地球同步卫星卫星静态高度36000km，地球半径约6371km可想而知，从卫星上看地球的角度只有18°，那么直接摄影的效果怎么可能好呢我们需要用高分辨率扫描图像

具体来说，扫描就是通过调整观测仪器的角度来获取数据，针对地球的不同位置比如风云二号气象卫星，卫星本身绕主轴旋转，让传感器扫描地球上的带状观测数据，通过调整卫星的姿态，上下倾斜，就可以扫描出地球上的平行观测数据

当然，不同的卫星可以通过采取不同的姿态调整方式来提高观测利用率就风云二号气象卫星而言，卫星自身自转360°只有几十度正对着地球，利用率显然不高，至于风云四号卫星，它采用三轴稳定的方式，主动控制卫星的方位，使探测器在旋转过程中始终面向地球，从而明显提高观测效率

那么有人不禁要问，为什么不早点采用三轴稳定来控制卫星方位呢。

因为三轴稳定没那么简单。

自旋稳定可以很容易地稳定卫星绕地球运动时的姿态关键是卫星本身是关于主轴对称的三轴稳定法要想让探测器一直对着地球，如何稳定卫星的姿态是个大问题

其次，自旋稳定的卫星是均匀暴露在太阳辐射下的，而三轴稳定的卫星始终面向地球，卫星两侧太阳辐射量的差异会导致卫星变形材料的开发和使用以及卫星仪器的安排都需要仔细考虑

而地球静止卫星距离地球较远，观测精度必然会受到限制为了获得更精确的观测数据，我们需要极地轨道卫星极地卫星的轨道比静止卫星低，约840km，围绕地球南北极运行

它的观测模式可以想象成做CT的时候扫描，仪器/卫星扫到哪里，哪里的数据就能得到，所以卫星的轨道和观测数据的经纬度是可以直接匹配的，所以经常能听到一轨数据这个说法例如，2007年7月22日，CloudSat卫星在一天内掠过地球

可见其覆盖面还是比较小的当然，也有卫星在行进过程中垂直于轨道方向摆动探测仪器，从而探测一个表面的数据比如左图是GPM卫星测得的地面降水量

存在问题

很明显，每个轨道的观测数据是有时间差的根据卫星飞近地球的情况，粗略估计卫星绕地球一周的周期约为84分钟我们挑了一个数据分析的轨道，但是很难说84分钟的数据是同时观测到的在对某一部分数据进行分析时，还应该考虑时差

如果我们需要分析全球/区域数据，我们需要考虑从许多天的数据集合成一个图来表示长期的平均状态实际上，我们得到的平均状态中的任何一点，都不是长时间连续观察后将该点平均得到的状态，而是长时间后再次观察该点，而正因为我们无法观测到同时发生的数据，所以地图上不同点的平均值其实就是不同时刻的平均值有点绕了反正我想表达的是，除了空间分辨率，时间精度的提升也是很重要的一件事