[科普中国]-遥感平台

发展背景

遥感是20世纪60年代兴起并迅速发展起来的一门综合性探测技术，摄影测量就是它的前身，它利用非接触传感器使人们能离开地球来获取有关地球的时空信息，不仅着眼于解决传统目标的几何定位，更为重要的是对利用外层空间传感器获取的影像和非影像信息进行语义和非语义解译，提取客观世界中各种目标对象的物理特征和信息，从而为人们认识自然和改造自然提供科学的技术和方法。此外遥感还具有感测范围大、信息量大、手段多、技术先进、获取信息快、更新周期短、动态监测的特点。因此，遥感技术在当代世界有其广阔的发展前景。而遥感平台和传感器是构成遥感技术系统的重要空中部分，因此对于它们二者的研究就显得非常必要。2

遥感及原理遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征、性质及其变化的综合性探测技术。遥感的主要技术组成系统有遥感平台、传感器和遥感信息的接收处理部分。3

一切物体都具有反射、发射、透射和吸收电磁波的性能，但是不同的物体这种性能是不一样的。遥感就是使用传感器通过成像或非成像技术，获取从目标物辐射或反射的电磁波信息，从而根据不同物体的波谱特征对物体进行分析、判定。图6．1为遥感基本方法的具体流程。3

分类遥感平台可以按照不同的方式分类，比如按照平台高度、用途、对象进行分类。按照运行高度的不同，可以分为地面遥感平台、航空遥感平台、太空遥感平台、星系(月球)遥感平台等。如表3.1所示为不同类型的遥感平台。

根据遥感目的、对象和技术特点（如观测的高度或距离、范围、周期，寿命和运行方式等），大体分为：

①地面遥感平台，如固定的遥感塔、可移动的遥感车、舰船等；

②航空遥感平台(空中平台)，如各种固定翼和旋翼式飞机、系留气球、自由气球、探空火箭等；

③航天遥感平台（空间平台），如各种不同高度的人造地球卫星、载人或不载人的宇宙飞船、航天站和航天飞机等。这些具有不同技术性能、工作方式和技术经济效益的遥感平台，组成一个多层、立体化的现代化遥感信息获取系统，为完成专题的或综合的、区域的或全球的、静态的或动态的各种遥感活动提供了技术保证。1

遥感平台按不同的用途可以分为以下几类：

①科学卫星。科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气、地球辐射带、地球磁场、宇宙射线、太阳辐射等，并可以观测其他星体。

②技术卫星。技术卫星进行新材料试验或为应用卫星进行试验的卫星。航天技术中有很多新原理、新材料、新仪器，其能否使用，必须在太空进行试验；一种新卫星的性能如何．也只有把它发射到太空去实际“锻炼”。试验成功后才能应用。

③应用卫星。针对不同的应用采用不同的遥感平台。应用卫星是直接为人类服务的卫星．它的种类最多，数量最大，包括地球资源卫星、气象卫星、海洋卫星、环境卫星、通信卫星、测绘卫星、高光谱卫星、高空间分辨率卫星、导航卫星、侦察卫星、截击卫星、小卫星、雷达卫星等。1

对于太空遥感平台，按照其运行轨道高度的不同可以分为三种类型：

①低高度、短寿命的卫星。其高度一般为150～200km，寿命只有1～3周，可以获得分辨率较高的影像，这类卫星多为军事目的服务。

②中高度、长寿命的卫星。其高度一般在300～1500km，寿命可达一年以上，如陆地卫星、气象卫星和海洋卫星等。

③高高度、长寿命的卫星。这类卫星即地球同步卫星或静止卫星，其高度约为35800km，一般通信卫星、静止气象卫星属于此类。

此外，目前遥感卫星监测的对象已经不只限于人类居住的地球，还开始关注地球以外的星球．比如月球、水星、火星等。1

优势现代遥感平台有气球、飞机、人造地球卫星和载人航天器等。对地观测的遥感平台应能提供稳定的对地定向，并对平台飞行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遥感器对平台更有严格的要求，如平台姿态控制和安装精度的要求等。对于像雷达类型的遥感器，则遥感平台还需提供安装天线、较大的电源功率等条件。对于像热红外光谱段的遥感器，遥感平台还需要提供能满足遥感器冷到所需工作温度（致冷）的条件，如在卫星上提供安装辐射致冷器或其他致冷器的条件。此外遥感平台还应提供遥感器合适的环境，如振动和抖动小、电磁干扰小、温度在合适的范围等。

姿态遥感平台的姿态是指平台坐标系相对于地面坐标系的倾斜程度，用三轴的旋转角度来表示。若定义卫星质心为坐标原点，沿轨道前进的切线方向为x轴，垂直轨道面的方向为y轴，垂直zy平面的为z轴，则卫星的三轴倾斜为：绕x轴的旋转角称滚动或侧滚，绕y轴的旋转角称俯仰，绕z轴旋转的姿态角称偏航，如图4.1所示。由于搭载传感器的卫星或飞机的姿态总是变化的，使遥感图像产生几何变形，严重影响图像的定位精度，因此必须在获取图像的同时测量、记录遥感平台的姿态数据，以修正其影响。目前．用于平台姿态测量的设备主要有红外姿态测量仪、星相机、陀螺仪等。4

应用遥感平台是传感器的运载工具。按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面遥感平台、航空遥感平台、航天遥感平台。

地面遥感平台指用于安置传感器的三脚架、遥感塔、遥感车等，高度一般在100m以下。在上面放置地物波谱仪、辐射计、分光光度计等，可以测定各种地物的波谱特性。

飞机是航空遥感的主要平台。遥感飞机有专门设计的，也有根据需要进行改装的。由于航空遥感具有机动灵活、观测范围比地面监测宽阔、测量精度高、资料回收较容易等特点，因此得到广泛应用，特别适合于局部地区的观测和荒漠化监测。3

卫星是航天遥感的主要平台。目前用于地球观测的遥感卫星主要有美国的陆地卫星(Landsat)、法国的SPOT卫星、中巴地球资源卫星(CBERS)、美国的NOAA卫星等。航天遥感的突出特点就是高度高、观测范围大、监测速度快，而且传统方法无法观测的现象还可以用卫星遥感进行观测，大大开阔了人们的眼界，加深了对某些自然现象的认识，这种方法适用于大范围的荒漠化监测。它的缺点是：技术复杂，对传感器要求高，几何精度不如航空遥感。随着传感器分辨率的不断提高，卫星监测的地位将会更加重要。3

发展趋势对于遥感平台以及传感器的发展，主要体现在以下几个方面：

为保持所获遥感数据的连续性，已形成系列的遥感系统将继续发挥其作用，特别是对气象、海洋和地球资源的观测。遥感仪器的某些主要技术指标将维持不变，部分技术指标可以分阶段加以改进。在此基础上，高分辨率的全色和(4谱段)多光谱传感器将进一步得到发展。同时，满足高地面分辨率和高时间分辨率的要求仍是需要努力解决的问题。除采取组成星座的办法和利用卫星大角度侧摆外，研制静止轨道的高地面分辨率传感器也是一个方向。多个遥感系统的综合利用将是重要发展方向。大型综合遥感系统如EOS将继续发展，小型、微小型和纳米型遥感卫星的发展也将倍受关注。来自不同遥感卫星遥感信息的综合利用，以获得全球范围所需的各种数据，才能对我们赖以生存的地球更加全面和深入的认识。传感器的性能将进一步提高。这是需求和技术推动的结果，也是平台技术发展的结果。由于新原理、新技术、新材料、新器件等的应用，不仅使传感器在空间、谱段、辐射和时间分辨率等方面有进一步提高，在它的智能化、轻小型化、低功耗、高可靠、长寿命、低成本方面也将有很大的发展。总的看来，当前传感器和平台有了很大的发展。但是平台的性能和传感器技术还需改进和加强，以跟上遥感及观测技术的发展步伐。2