遙感平台

遙感是20世紀60年代興起並迅速發展起來的一門綜合性探測技術，攝影測量就是它的前身，它利用非接觸傳感器使人們能離開地球來獲取有關地球的時空信息，不僅着眼於解決傳統目標的幾何定位，更為重要的是對利用外層空間傳感器獲取的影像和非影像信息進行語義和非語義解譯，提取客觀世界中各種目標對象的物理特徵和信息，從而為人們認識自然和改造自然提供科學的技術和方法。此外遙感還具有感測範圍大、信息量大、手段多、技術先進、獲取信息快、更新週期短、動態監測的特點。因此，遙感技術在當代世界有其廣闊的發展前景。而遙感平台和傳感器是構成遙感技術系統的重要空中部分，因此對於它們二者的研究就顯得非常必要。 ^[2] 

遙感是應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特徵、性質及其變化的綜合性探測技術。遙感的主要技術組成系統有遙感平台、傳感器和遙感信息的接收處理部分。 ^[3] 

一切物體都具有反射、發射、透射和吸收電磁波的性能，但是不同的物體這種性能是不一樣的。遙感就是使用傳感器通過成像或非成像技術，獲取從目標物輻射或反射的電磁波信息，從而根據不同物體的波譜特徵對物體進行分析、判定。圖6．1為遙感基本方法的具體流程。 ^[3] 

遙感平台可以按照不同的方式分類，比如按照平台高度、用途、對象進行分類。按照運行高度的不同，可以分為地面遙感平台、航空遙感平台、太空遙感平台、星系(月球)遙感平台等。如表3.1所示為不同類型的遙感平台。

根據遙感目的、對象和技術特點（如觀測的高度或距離、範圍、週期，壽命和運行方式等），大體分為：

①地面遙感平台，如固定的遙感塔、可移動的遙感車、艦船等；

②航空遙感平台(空中平台)，如各種固定翼和旋翼式飛機、繫留氣球、自由氣球、探空火箭等；

③航天遙感平台（空間平台），如各種不同高度的人造地球衞星、載人或不載人的宇宙飛船、航天站和航天飛機等。這些具有不同技術性能、工作方式和技術經濟效益的遙感平台，組成一個多層、立體化的現代化遙感信息獲取系統，為完成專題的或綜合的、區域的或全球的、靜態的或動態的各種遙感活動提供了技術保證。 ^[1] 

遙感平台按不同的用途可以分為以下幾類：

①科學衞星。科學衞星是用於科學探測和研究的衞星，主要包括空間物理探測衞星和天文衞星，用來研究高層大氣、地球輻射帶、地球磁場、宇宙射線、太陽輻射等，並可以觀測其他星體。

②技術衞星。技術衞星進行新材料試驗或為應用衞星進行試驗的衞星。航天技術中有很多新原理、新材料、新儀器，其能否使用，必須在太空進行試驗；一種新衞星的性能如何．也只有把它發射到太空去實際“鍛鍊”。試驗成功後才能應用。

③應用衞星。針對不同的應用採用不同的遙感平台。應用衞星是直接為人類服務的衞星．它的種類最多，數量最大，包括地球資源衞星、氣象衞星、海洋衞星、環境衞星、通信衞星、測繪衞星、高光譜衞星、高空間分辨率衞星、導航衞星、偵察衞星、截擊衞星、小衞星、雷達衞星等。 ^[1] 

對於太空遙感平台，按照其運行軌道高度的不同可以分為三種類型：

①低高度、短壽命的衞星。其高度一般為150～200km，壽命只有1～3周，可以獲得分辨率較高的影像，這類衞星多為軍事目的服務。

②中高度、長壽命的衞星。其高度一般在300～1500km，壽命可達一年以上，如陸地衞星、氣象衞星和海洋衞星等。

③高高度、長壽命的衞星。這類衞星即地球同步衞星或靜止衞星，其高度約為35800km，一般通信衞星、靜止氣象衞星屬於此類。

此外，目前遙感衞星監測的對象已經不只限於人類居住的地球，還開始關注地球以外的星球．比如月球、水星、火星等。 ^[1] 

現代遙感平台有氣球、飛機、人造地球衞星和載人航天器等。對地觀測的遙感平台應能提供穩定的對地定向，並對平台飛行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遙感器對平台更有嚴格的要求，如平台姿態控制和安裝精度的要求等。對於像雷達類型的遙感器，則遙感平台還需提供安裝天線、較大的電源功率等條件。對於像熱紅外光譜段的遙感器，遙感平台還需要提供能滿足遙感器冷到所需工作温度（致冷）的條件，如在衞星上提供安裝輻射致冷器或其他致冷器的條件。此外遙感平台還應提供遙感器合適的環境，如振動和抖動小、電磁干擾小、温度在合適的範圍等。

遙感平台的姿態是指平台座標系相對於地面座標系的傾斜程度，用三軸的旋轉角度來表示。若定義衞星質心為座標原點，沿軌道前進的切線方向為x軸，垂直軌道面的方向為y軸，垂直zy平面的為z軸，則衞星的三軸傾斜為：繞x軸的旋轉角稱滾動或側滾，繞y軸的旋轉角稱俯仰，繞z軸旋轉的姿態角稱偏航，如圖4.1所示。由於搭載傳感器的衞星或飛機的姿態總是變化的，使遙感圖像產生幾何變形，嚴重影響圖像的定位精度，因此必須在獲取圖像的同時測量、記錄遙感平台的姿態數據，以修正其影響。目前．用於平台姿態測量的設備主要有紅外姿態測量儀、星相機、陀螺儀等。 ^[4] 

遙感平台是傳感器的運載工具。按平台距地面的高度大體上可分為三類：地面遙感平台、航空遙感平台、航天遙感平台。

地面遙感平台指用於安置傳感器的三腳架、遙感塔、遙感車等，高度一般在100m以下。在上面放置地物波譜儀、輻射計、分光光度計等，可以測定各種地物的波譜特性。

飛機是航空遙感的主要平台。遙感飛機有專門設計的，也有根據需要進行改裝的。由於航空遙感具有機動靈活、觀測範圍比地面監測寬闊、測量精度高、資料回收較容易等特點，因此得到廣泛應用，特別適合於局部地區的觀測和荒漠化監測。 ^[3] 

衞星是航天遙感的主要平台。目前用於地球觀測的遙感衞星主要有美國的陸地衞星(Landsat)、法國的SPOT衞星、中巴地球資源衞星(CBERS)、美國的NOAA衞星等。航天遙感的突出特點就是高度高、觀測範圍大、監測速度快，而且傳統方法無法觀測的現象還可以用衞星遙感進行觀測，大大開闊了人們的眼界，加深了對某些自然現象的認識，這種方法適用於大範圍的荒漠化監測。它的缺點是：技術複雜，對傳感器要求高，幾何精度不如航空遙感。隨着傳感器分辨率的不斷提高，衞星監測的地位將會更加重要。 ^[3] 

對於遙感平台以及傳感器的發展，主要體現在以下幾個方面：

為保持所獲遙感數據的連續性，已形成系列的遙感系統將繼續發揮其作用，特別是對氣象、海洋和地球資源的觀測。遙感儀器的某些主要技術指標將維持不變，部分技術指標可以分階段加以改進。在此基礎上，高分辨率的全色和(4譜段)多光譜傳感器將進一步得到發展。同時，滿足高地面分辨率和高時間分辨率的要求仍是需要努力解決的問題。除採取組成星座的辦法和利用衞星大角度側擺外，研製靜止軌道的高地面分辨率傳感器也是一個方向。多個遙感系統的綜合利用將是重要發展方向。大型綜合遙感系統如EOS將繼續發展，小型、微小型和納米型遙感衞星的發展也將倍受關注。來自不同遙感衞星遙感信息的綜合利用，以獲得全球範圍所需的各種數據，才能對我們賴以生存的地球更加全面和深入的認識。傳感器的性能將進一步提高。這是需求和技術推動的結果，也是平台技術發展的結果。由於新原理、新技術、新材料、新器件等的應用，不僅使傳感器在空間、譜段、輻射和時間分辨率等方面有進一步提高，在它的智能化、輕小型化、低功耗、高可靠、長壽命、低成本方面也將有很大的發展。總的看來，當前傳感器和平台有了很大的發展。但是平台的性能和傳感器技術還需改進和加強，以跟上遙感及觀測技術的發展步伐。 ^[2]