主動式遙感

主動式遙感(active remotesensing)又稱“有源遙感”。遙感儀器在遙感平台上對被探測目標發射一定波長的電磁波，並接收物體的回波信號。通過分析回波的性質、特徵及其變化來識別物體。這種遙感方式稱為主動式遙感。主動式遙感器有熒光掃描儀、微波散射計、激光雷達、側視雷達等。資料的表現形式有圖像式和非圖像式兩種。 ^[2] 

主動式遙感是遙感按照傳感器工作原理不同分類的一種，另外為被動式遙感。被動式遙感是利用傳感器，接收被探測物體的電磁波，以獲取物體的信息。

現代遙感技術在航空攝影和像片判讀技術基礎上，結合航天、信息、半導體、計算機等技術逐漸形成綜合性探測技術，能從遙遠的天空對地球及其周圍環境進行大範圍、高速度和不間斷的探測，不受任何政治和地理條件限制，在軍事上具有重要作用，已廣泛應用於軍事偵察、導彈預警、海洋監視、武器制導、軍事測繪和氣象探測等方面。遙感技術現已從單純被動式向被動、主動相結合；從單一電磁波向多波種相結合；從半天候向全天候；從定性向定量遙感發展。 ^[3] 

人們在氣象觀測中早就採用了向大氣發射各種波信號，然後從接收到的大氣回波中提取氣象信息的遙感技術。隨着現代科技尤其是物理學中聲、光、電技術的發展，可以利用的信號越來越多，探測的內容也不斷擴大。與被動式遙感相比，主動式遙感探測裝置雖然體積、功耗增大許多，但它具有不擾動被測環境(這是直接探測儀不可避免的誤差來源)、不受大氣自身信息微弱的限制、信號種類和強弱的可調可控性強等特點，提高了探測精度，也擴大了探測領域，目前已成為地面和機載探測的重要手段，廣泛應用於大氣湍流、中小尺度天氣系統結構、大氣邊界層物理過翟和環境監測等研究。

主動式探測器大多在信號源的聲、光后冠以雷達兩字，“達”(dar)字是“detection and ranging”的詞首縮寫，其意義不言而喻，都是利用空間分佈的散射體為目標所產生的回波進行“探測”與“測距”。散射體可以是整個連續具有均勻散射的介質，也可以是一些散射中心的集合體，每個中心都具有特定的散射強度和角分佈形式。一般來説，與探測儀信號相互作用最強的大氣結構的尺度，約為波長的二分之一。比這更小的目標被稱為“瑞利粒子”，它們的散射與波長關係密切，隨波長的負四次方而衰減，因此，可以據此來評估不同目標的最佳探測方式。

例如，對5~50μm的雲滴，光雷達可得到很強的回波，但穿透距離較短；而短波長的微波雷達散射要弱些，對雲的穿透性也要好一些；長波長的雷達和聲雷達可不考慮雲的散射，而給出雨滴與大氣折射率起伏的信息。一般來説，可見光雷達適用於小於1μm的粒子以及水汽、臭氧等氣體成分的探測，紅外光雷達適用於1~10μm的大粒子，短波長(0.3～30cm)雷達適用於雲滴，一般雷達適用於雨滴、温濕變化，聲雷達適用於温度和速度變化等。而多普勒雷達還可用於目標物速度與風速的遙感。在主動探測中，探測儀的發射波長與天線結構(如孔徑直徑)對系統的角分辨率(波束寬度)影響很大。分辨率以光雷達最高，聲雷達最低。 ^[4] 

雷達屬於主動式傳感器，在主動微波遙感中，輻射源是觀測目標對雷達發生的微波信號的散射強度，即後向散射係數。

側視雷達成像與航空攝影不同：航空攝影利用太陽光作為照明源，而側視雷達利用發射的電磁波作為照射源；雷達是根據回波時間記錄數據，而攝影機或光學-機械掃描系統是根據系統視角記錄數據的。它與普通脈衝式雷達的結構大體上相近。圖1為脈衝式雷達的一般組成格式，它由一個發射機、一個接收機，一個轉換開關和一根天線等構成。

發射機產生脈衝信號，由轉換開關控制，經天線向觀測地區發射。地物反射脈衝信號，也由轉換開關控制進入接收機，接收的信號在顯示器上顯示或記錄在磁帶上。

雷達接收到的回波中，含有多種信息，如雷達到目標的距離和方位、雷達與目標的相對速度(即作相對運動時產生的多普勒頻移)以及目標的反射特性等。其中距離信息由脈衝返回的時間和電磁波的傳播速度決定。雷達接收到的回波強度是系統參數和地面目標參數的複雜函數。系統參數包括雷達波的波長、發射功率、照射面積和方向和極化等，地面目標參數與地物的復介電常數、地面粗糙度等有關。 ^[5] 

激光是具有大功率、高度方向性的光束，在空間上是高度相干的。

機載激光雷達系統(Light Detection And Ranging，LiDAR)是一種新型的綜合應用激光測距儀、GPS和慣性導航系統(Inertial Navigation System，INS)的快速測量系統，可以直接聯測地面物體各個點的三維座標。該系統還可以集成高分辨率數碼相機。用於同時獲取目標影像，具有數據密度高、數據精度高、植被穿透能力強、不受陰影和太陽高度角影響、人工野外作業量少等特點，已被廣泛應用於地面三維數據獲取和模型恢復、重建等，顯示出巨大的應用前景，成為三維數據模型獲取的一種重要手段。LiDAR與傳統航攝技術相比，具有以下特點，如表1所示。 ^[5]