目录第4章遥感技术系统 (1)§4.1遥感平台 (1)4.1.1 地面平台 (1)4.1.2 航空平台 (2)4.1.3 航天平台 (2)§4.2遥感传感器 (4)4.2.1 传感器组成 (4)4.2.2 传感器的分类 (7)4.2.3 传感器的性能 (8)§4.3遥感数据的接收记录与处理系统 (10)4.3.1 地面接收站 (10)4.3.2 遥感数据处理中心 (11)4.3.3 遥感基础研究与应用中心 (12)第4章遥感技术系统遥感技术系统主要由遥感平台、传感器和遥感数据的接收、记录与处理系统组成。

§4.1 遥感平台遥感平台(Platform)是指装载遥感传感器的运载工具。

遥感平台的种类很多，按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台、航空平台和航天平台。

在不同高度的遥感平台上，可以获得不同面积、不同分辨率、不同特点、不同用途的遥感图像数据。

在遥感应用中，不同高度的遥感平台可以单独使用，也可相互配合使用组成立体遥感观察网。

常见遥感平台见表4-1。

表4-1可应用的遥感平台4.1.1 地面平台置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三角架、遥感塔、遥感车等，高度一般在100m以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取供试验研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。

通常三角架的放置高度在0.75m～2.0m之间，在三角架上放置地物波谱仪、辐射计、分光光度计等地物光谱测试仪器，用以测定各类地物的野外波谱曲线；遥感车、遥感塔上的悬臂常安置在6～10m甚至更高的高度上，在这样的高度上对各类地物进行波谱测试，可测出地物的综合波谱特性。

为了便于研究波谱特性与遥感影像之间的关系，也可将成像传感器置于同高度的平台上，在测定地物波谱特性的同时获取地物的影像。

4.1.2 航空平台悬浮在海拔80km以下的大气（平流层、对流层）中的遥感平台叫做航空平台。

它包括飞机和气球两种。

航空平台具有飞行高度较低、地面分辨力较好、机动灵活、不受地面条件限制、调查周期短、资料回收方便等优点，应用非常广泛。

1 气球早在1858年，法国人就开始用气球进行航空摄影了。

气球是一种廉价的、操作简单的平台。

气球上可携带摄影机、摄像机、红外辐射计等简单传感器。

气球按其在空中的高度分为低空气球和高空气球两类：发送到对流层及其以下高度的气球称为低空气球，大多数可用人工控制在空中固定位置上进行遥感，其中用绳子拴在地面上的气球叫做系留气球，最高可升至地面上空5000m处；发送到平流层以上的气球称为高空气球，大多是自由漂移的，可升至12000～40000m高空。

2 飞机飞机是航空遥感的主要遥感平台，用于遥感的飞机有专门设计的，也有将普通飞机根据需要改装的。

航空遥感对飞机性能和飞行过程有特殊的要求：如航速不宜过快，稳定性能要好；续航能力强，有较大的实用升限；有足够宽敞的机舱容积；具备在简易机场起飞的能力及先进的导航设备等。

飞机遥感具有分辨率高、不受地面条件限制、调查周期短、测量精度高、携带传感器类型样式多、信息回收方便等特点，特别适用于局部地区的资源探测和环境监测。

按照飞机飞行高度不同，可分为低空飞机、中空飞机和高空飞机。

①低空飞机：飞机的飞行高度在距离地面2000m以下，利用它能够取得大比例尺、中等比例尺航空遥感图像。

直升飞机可以进行离地面10m以下的低空遥感；侦察飞机可以进行300m~500m的低空遥感；通常遥感试验在1000m～1500m的高度范围内进行。

②中空飞机：飞机的飞行高度在2000m～6000m之间，通常使用这类平台取得中小比例尺的航空遥感图像。

目前，大部分的航空遥感都在这一高度范围成像。

③高空飞机：飞机的飞行高度在12000m～30000m之间，部分用于航空遥感的有人驾驶飞机(如美国的呼唤Ⅱ)的飞行高度在12000m左右，一般用于航空遥感的飞机达不到这个高度，军用高空侦察飞机一般在此高度上飞行，无人驾驶飞机的飞行高度一般在20000～30000m之间。

4.1.3 航天平台位于海拔80km高度以上的遥感平台称为航天平台，航天平台上进行的遥感是航天遥感。

航天遥感可以对地球进行宏观的、综合的、动态和快速的观察。

航天平台主要有高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、空间轨道站和航天飞机等。

1 高空探测火箭探测火箭飞行高度一般可达300～400km，介于飞机和人造地球卫星之间。

火箭可在短时间内发射并回收，可以利用好天气快速遥感，不受轨道限制，应用灵活，可对小范围地区遥感。

但由于火箭上升时冲击强烈，易损坏仪器，而且付出的代价大，取得的资料不多，所以火箭不是理想的遥感平台。

2人造地球卫星人造地球卫星目前在地球资源调查和环境监测中起着主要作用，是航天遥感中应用最广泛的遥感平台。

按人造地球卫星运行轨道高度和寿命，可分为三种类型：①低高度、短寿命卫星：轨道高度为150km～350km，寿命只有几天到几十天。

可获得较高地面分辨力的图像，多数用于军事侦察，最近发展的高空间分辨率小卫星遥感多采用此类卫星。

②中高度、长寿命卫星：轨道高度为350～1800km，寿命在1年以上，一般在3～5年。

属于这类的有陆地卫星、海洋卫星、气象卫星等，是目前遥感卫星的主体。

③高高度、长寿命卫星也称为地球同步卫星或静止卫星，高度约为36000km，寿命更长。

这类卫星已大量用作通讯卫星、气象卫星，也用于地面动态监测，如监测火山、地震、林火及预报洪水等。

这三种类型的卫星，各有不同的优缺点。

其中高高度长寿命卫星的突出特点是在一定周期内，对地面的同一地区可以进行重复探测。

在这类卫星中，气像卫星是以研究全球大气要素为目的；海洋卫星是以研究海洋资源和环境为目的；陆地卫星是以研究地球资源和环境动态监测为目的。

这三者构成了地球环境卫星系列，它们在实际应用中互相补充，使人们对大气、陆地和海洋等能从不同角度以及它们之间的相互联系，来研究地球或某一个区域各地理要素之间的内在联系和变化规律。

3 宇宙飞船（包括航天站）载人宇宙飞船有“双子星座”飞船系列、“阿波罗”飞船系列、天空实验室、“礼炮”号轨道站及“和平”号空间站等。

它们较卫星优越之处是：有较大负载容量，可带多种仪器，可及时维修，在飞行中可进行多种试验，资料回收方便。

缺点是：一般飞船飞行时间短（7d～30d），飞越同一地区上空的重复率小。

但航天站可在太空运行数年甚至更长时间。

4航天飞机（Space Shuttle）航天飞机是一种新式大型空间运载工具，是由3部分组成的3级火箭。

其主体——轨道飞行器可以回收，两个助推器也可回收，重复使用，这是它的优点之一，如图4-1。

仪器装置箱液体推进剂箱轨道飞行器空间实验室固体推进剂火箭(a) (b)图4-1 航天飞机（a）起飞时的航天飞机；（b）进入轨道后的航天飞机航天飞机有两种类型。

一种不带遥感器，仅作为宇宙交通工具，将卫星或飞船带到一定高度的轨道上，在轨道上对卫星、飞船检修和补给，在轨道上回收卫星或飞船等。

另一种携带遥感仪器进行遥感。

航天飞机是火箭、载人飞船和航空技术综合发展的产物。

它像火箭那样垂直向上发射，像卫星和飞船那样在空间轨道上运行，还像飞机那样滑翔降落到地面，具有三者的优点。

它是一种灵活、经济的航天平台。

自1981年 4月以来，美国已经发射过“哥伦比亚”号、“发现”号、“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号等航天飞机。

前苏联也曾成功地进行了无人驾驶航天飞机的飞行试验。

§4.2 遥感传感器传感器(Sensor)也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器，是遥感技术系统的核心部分，它的性能制约着整个遥感技术的能力。

遥感的能力包括传感器探测电磁波波段的响应能力，传感器的空间分辨率和物理分辨率，传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度，以及遥感成像方式等。

4.2.1 传感器组成传感器的种类很多，但从其结构上看，基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器等器件组成（见图4-2），只有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完成，无需在传感器内进行信号处理。

1 收集器地物辐射的电磁波，无论是反射、发射还是回反射，在空间是向各个方向传播的，传感器在空间特定的平台位置上，要接收地物的电磁波必须要有一个收集器。

该系统的功能在于负责收集或接收目标物发射或反射的电磁辐射能，并把它们进行聚焦，然后送往探测系统。

传感器的类型不同，收集器的设备元件不一样，最基本的收集元件是透镜(组)，反射镜(组)或天线。

摄影机的收集元件是凸透镜；扫描仪用各种形式的反射镜以扫描方式收集电磁波，雷达的收集元件是天线，二者都采用抛物面聚光，物理学上称抛物面聚光系统为卡塞格伦系统。

如果进行多波段遥感，那么收集系统中还包含按波段分波束的元件，一图4-2 遥感传感器的一般构成透镜反射镜天线 胶卷 光电器件 热电器件光电倍增管 电子倍增管胶片 磁带收集器 探测器 处理器 输出器般采用各种色散元件和分光元件，例如：滤色镜、棱镜、光栅、分光镜、滤光片等光学元器件和工具。

2 探测器传感器中最重要的部分就是探测元件(系统)，探测元件是真正接收地物电磁辐射的器件，它的功能就是负责能量转换，测量和记录接收到的电磁辐射能。

根据光物作用的不同效应，常用的探测元件有感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导。

不同探测元件有不同的最佳使用波段和不同的响应特性曲线波段。

探测元件之所以能探测到电磁波的强弱，是因为探测器在电磁波作用下发生了某些物理或化学变化，这些变化被记录下来并经过一系列处理，便成为人眼能看到的像片。

(1)感光胶片感光胶片通过光化学作用探测近紫外至近红外的电磁辐射，它的响应波段约为0.3～1.4μm 之间，这一波段的电磁辐射能使感光胶片上的卤化银颗粒分解，析出银粒的多少反映了光照的强弱并构成地面物像的潜影，胶片经过显影、定影处理，就能得到稳定的可见影像。

各种不同的感光胶片有不同的胶片特性曲线(见第五章)，即不同的胶片有不同的响应波段及响应度。

(2)光电敏感元件光电敏感元件是利用某些特殊材料的光电效应把电磁波信息转换为电信号来探测电磁辐射的，其工作波段涵盖紫外至红外波段。

光电敏感元件按其探测电磁辐射机理的不同，又分为光电子发射器件、光电导器件和光伏器件等。

光电子发射器件在入射光子的作用下，表面电子能逸出成为自由电子；相应地，光电导器件在光子的作用下自由载流子增加，导电率变大；光伏器件在光子作用下产生的光生载流子聚集在二极管的两侧形成电位差，这样，自由光子的多少、导电率的大小、电位差的高低，就反映了入射光能量的强弱。

电信号经过放大、电光转换等过程，便成为人眼可见的影像。

各种不同的光电敏感元件有不同的响应特性曲线(图4-3、4)。