遥感传感器

1　原理

　　通常安装在各种不同类型和不同高度的(如飞机、高空气球和航天器)上一切物体都在不断地发射和吸收电磁波。向外发射电磁波的现象通常称为热辐射。辐射强度与物体的温度和其他物理性质有关，并且是按波长分布的。一切物体都能反射外界来的、照射在它表面上的电磁波，反射强度与物体的性质有关。利用各种波段的不同的遥感器可以接收这种辐射的或反射的电磁波，经过处理和分析,有可能反应出物体的某些特征,借以识别物体。

2　种类

　　种类按设计时选用的频率或波段来划分，常用的遥感器有紫外遥感器、可见光遥感器、和红外遥感器等。①紫外遥感器：使用近紫外波段，波长选在0.3～0.4微米范围内。常用的紫外遥感器有紫外摄影机和紫外扫描仪两种。近紫外波段的多光谱照相机也属于这一类。②可见光遥感器:接收地物反射的可见光,波长选在0.38～0.76微米范围内。这类遥感器包括各种常规照相机，以及可见光波段的多光谱照相机、多光谱扫描仪和电荷耦合器件(CCD)扫描仪等;此外，还包括以及可见光波段的激光高度计和激光扫描仪等。③红外遥感器：接收地物和环境辐射的或反射的红外波段的电磁波已使用的波段约在0.7～14微米范围内。其中0.7～2.5微米波长称为反射红外波段，如红外摄影机采用的波段（0.7～0.9微米），多光谱照相机中的近红外波段,“陆地卫星”上多光谱扫描仪(MSS)中的第6波段（0.7～0.8微米）和第7波段（0.8～1.1微米），专题制图仪(TM)中的第4波段（0.76～0.9微米）、第5波段（1.55～1.75微米）和第7波段(2.08～2.35微米)等3～14微米波长称为热红外波段。机载红外辐射计和红外行扫描仪，“陆地卫星”4号和5号上多光谱扫描仪中第8波段（10.2～12.6微米）和专题制图仪的第6波段（10.4～12.5微米）等部分，都属热红外波段。④微波遥感器：通常有微波辐射计、散射计、高度计、真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达等。

　　按记录数据的不同形式划分，遥感器又可分为成像遥感器和非成像遥感器两类。成像遥感器又细分为摄影式成像遥感器和扫描式成像遥感器两种。

　　按遥感器本身是否带有探测用的电磁波发射源来划分，遥感器分为有源（主动式）遥感器和无源(被动式)遥感器两类。

　　还有更多的检测环境信息的仪器也可称为遥感器，如声纳、大气遥感中常用的安装在地面的微波辐射计和气象雷达，以及正在研制中的超短脉冲地下探测器等。

3　组成

　　遥感器的组成无论哪一种传感器，它们基本是由收集系统、探测系统,信息转化系统和记录系统四部分组成。

　　(1)收集系统：遥感应用技术是建立在地物的电微波谱特性基础之上的，要收集地物的电磁波必须要有一种收集系统，该系统的功能在于把接收到的电磁波进行聚集，然后关往探测系统。不同的遥感器使用的收集元件不同，最基本的收集元件是透镜、反射镜或天线。对于多波段遥感，收信系统还包括按波段分波束的元件，一般采用各种散元个成分光之件，例如：滤光片、棱镜、光栅等。

　　(2)探测系统：遥感器中最重要的部分就是探测元件，它是真正接收地物电磁辐射的器件，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等。

　　(3)信号转化系统：除了摄影照相机中的感胶片，电广从光辐射输入到光信号记录，无须信号转化之外，其它遥感器都有信号转化问题，光电敏感元件，固体敏感元件和波导等输出的都是电信号，从电信号转换到光信号必须有一个信号转化系统，这个转换系统可以直接进行电光转化，也可进行间接转换，先记录在磁带上，再经磁带加放，仍需经电光转换，输出光信号

　　(4)记录系统：遥感器的最终目的是要把接收到的各种电磁波信息，用适当的方式输出，输出必须有一定的记录系统，遥感影像可以直接记录在摄影胶片等上，也可记录在磁带上等。

4　光学遥感器的特性

　　光学遥感器所获取的信息中最重要的特性有三个，即光谱特性，辐射度量特性和几何特性，这些特性确定了光学遥感器的性能。

　　(1)光谱特性主要包括遥感器能够观测的电磁波的波长范围，各通道的中心波长等。在照相胶片型的遥感器中，其光谱特性主要由所用的胶片的感光特性和能用滤光片的透射特性率决定；而在扫描型的遥感器中，则主要由所用的探测元件及分光元件的特性来决定。

　　(2)光学遥感器的辐射度量特性主要包括遥感器的探测精度（包括所测亮度的绝对精度和相对精度)、动态范围(可测量的最大信号与遥感器的可检测的最小信号之比)，信噪比(有意义的信号功率与噪声功率之比)等等，除些之外，还有把模拟信号转换为数字量时所产生的量化等级，量化噪声等。

　　(3)几何特性是用光学遥感器的获取的图像的一些几何学特征的物理量的描述的，主要指标有视场角，瞬时视场，波段间的配准等，视场角(FieldOfView-FOV)指遥感器能够感光的空间范围，也叫立体角，它与摄影机的视角扫描仪的扫描宽度意义相同；瞬时视场(IntantaneousFieldOfView-IFOV)是指探测系统在某一瞬时视场辐射列成像仪的总的辐射通量，而不管这个瞬时视场内有多少性质不同的目标。也就是说，遥感器不能分辩出小于瞬时视场的目标。因此，通常也把遥感器的瞬时视场称为它的“空间分辨率”，即遥感器所能分辨的最小目标的尺寸；波段面的配准用来衡量基准波段与其它波段的位置偏差。

5　典型遥感器

　　当前，航天遥感中扫描式主流传感器有两大类：光机扫描仪和扫帚式扫描仪。

　　(1)光机扫描仪：光机扫描仪是对地表的辐射分光后进行观测的机械扫描型辐射计，它把卫星的飞行方向与利用旋转镜式摆动镜对垂直飞行方向的扫描结合起来，从而收到二维信息。这种遥感器基本由采光、分光、扫描、探测元件,参照信号等部分构成。光机发描仪所搭载的平台有极轨卫星及飞机陆地卫星Landsat上的多光谱扫描仪(MSS)，专题成像仪(TM)及气象卫星上的甚高分辨率辐射计(AVHRR)都属这类遥感器。这种机械扫描型辐射计与推帚式扫描仪相比具有扫描条带较宽，采光部分的视角小，波长间的位置偏差小，分辨率高等特点，但在信噪比方面劣于像面扫描方式的扫帚式扫描仪。

　　(2)扫帚式扫描仪：扫帚式扫描仪也叫刷式扫描仪，它采用线列或面阵探测器作为敏感元件，线列探测器在光学焦面上垂直于飞行方向作横向排列，当飞行器向前飞行完成纵向扫描时，排列的探测器就好像刷子扫地一样扫出一条带状轨迹，从而得到目标物的二维信息，光机扫描仪是利用旋转镜扫描，一个像元一个像元地进行采光，而扫帚式扫描仪是通过光学系统一次获得一条线的图像，然后由多个固体光电转换元件进行电扫描。推帚式扫描仪代表了新一代遥感器的扫描方式，人造卫星上携带的推帚式扫描仪由于没有光机扫描那样的机械运动部分，所以结构上可靠性高，因此在各种先进的遥感器中均获得应用，但是由于使用了多个感光元件把光同时转换成电信号，所以当感光元件之间存在灵敏度差时,往往产生带状噪声，线性阵列遥感器多使用电荷偶合器件CCD，它被用于SPOT卫星上的高分辨率遥感器HRV,日本的MOS-1卫星上的可见光－红外辐射计MESSR等上。

6　特点

　　各类遥感器的特点各种遥感器都有各自的特点和应用范围，可以互相补充。例如，光学照相机的特点是空间几何分辨力高,解译较易,但它只能在有光照和晴朗的天气条件下使用，在黑夜和云雾雨天时不能使用。多光谱扫描仪的特点是工作波段宽，光谱信息丰富，各波段图像容易配准，但它也只能在有日照和晴朗天气条件下使用。热红外遥感器和微波辐射计的特点是能昼夜使用,温度分辨力高,但也常受气候条件的影响，特别是微波辐射计的空间分辨力低更使它在应用上受到限制。侧视雷达一类有源微波遥感器的特点是能昼夜使用，基本上能适应各种气候条件(特别恶劣的天气除外)。在使用波长较长的微波时，它还能检测植被掩盖下的地理和地质特征。在干燥地区，它能穿透地表层到一定深度。合成孔径侧视雷达的空间分辨力很高，分辨力不会因遥感平台飞行高度增加而降低，在国防和国民经济中都有许多重要用途。