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遥感传感器

/remote sensing sensor/
最后更新 2022-01-20
浏览 213
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用于远距离检测地物和环境各种电磁波特征的传感器。又称遥感器。

英文名称
remote sensing sensor
又称
遥感器
所属学科
信息与通信工程

遥感传感器的组成如图所示,由收集系统、探测系统、信号转化系统和记录系统组成。

遥感传感器的一般组成遥感传感器的一般组成

①收集系统。遥感应用技术是建立在地物的电磁波谱特性基础之上的,要收集地物的电磁波需要有收集系统,此系统的功能在于把接收到的电磁波进行聚集,然后送往探测系统。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,如滤光片、棱镜和光栅等。

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,无须信号转化之外,其他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须有一个信号转化系统,这个转化系统可以直接进行电光转化,也可间接进行光电转化。间接转化是指先记录在磁带上,然后经磁带加放,再经电光转化,输出光信号。

④记录系统。将探测系统或信号转化系统输出的电磁波信息(光信号)记录、存储到遥感信息载体,以影像或数字形式输出。模拟形式的遥感信息载体有感光胶片和磁带等;数字形式的遥感信息载体有磁带、磁盘和光盘等。  

遥感传感器是获取遥感数据的关键设备,由于设计和获取数据的特点不同,传感器的种类繁多,遥感传感器大致有以下分类。

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、红外遥感器和微波遥感器。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扫描仪等。此外,还包括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,3~14微米波长称为热红外波段。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,主要工作在微波波段(0.8~100厘米)。

按基本结构原理划分,遥感器大体上可分为摄影类型遥感器、扫描成像类型遥感器、雷达成像类型遥感器和非图像类型遥感器。①摄影类型遥感器经过透镜(组),按几何光学的原理聚焦构像,用感光材料,通过光化学反应直接感测和记录目标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能,在胶片或相纸上形成目标物固化影像的遥感器。这类遥感器主要是各类摄影机。②扫描成像类型遥感器是逐点逐行地以时序方式获取二维图像。有两种主要的形式,一是对物面扫描的成像仪,特点是对地面直接扫描成像。这类仪器有红外扫描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪以及多频段频谱仪。二是瞬间在像面上先形成一条线图像,甚至是一幅二维影像,然后对影像进行扫描成像,这类仪器有线阵列电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)推扫式成像仪和电视摄像机等。③雷达成像类型遥感器。用雷达一点一点地测量来自地球的回波信号,并以模拟形式记录成图像或以数字形式记录在磁带上的雷达系统。它须相对于地面(探测目标)运动,即须搭载在飞机、卫星或航天飞机上。主要有两类,即真实孔径雷达和合成孔径雷达。真实孔径雷达的原理是天线装在飞机的侧面,发射机向侧向面内发射一束窄脉冲,由天线收集后,被接收机接收。合成孔径雷达是用一个小天线作为单个辐射单元,将此单元沿一直线不断移动,在移动中选择若干个位置,在每个位置上发射一个信号,接收相应发射位置的回波信号存储记录下来。④非图像类型遥感器探测到的地物辐射强度按照数字或者曲线图形表示,如辐射计、雷达高度计、散射计和激光高度计等。 

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。①主动式遥感器。人工辐射源向目标地物发射电磁波然后接收从目标地物反射回来的能量,如侧视雷达、激光雷达和微波散射计等。②被动式遥感器。接收自然界地物所辐射的能量,如摄影机、多波段扫描仪和红外辐射计等。

描述遥感器特性的主要参数有空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。

①空间分辨率。表示按地物几何特征(尺寸和形状)和空间分布中,即在形态学基础上识别目标的能力。

②光谱分辨率。遥感器在接收目标辐射的波谱时,能分辨的最小波长间隔,即为光谱的探测能力。它包括遥感器总的探测波段的宽度、工作波段数目、波长范围及波长间隔 。

③辐射分辨率。遥感器探测元件在接收波谱辐射信号时,能分辨的最小辐射度差。遥感器测量的是地物的波谱辐射度。

④时间分辨率。遥感器成像间隔的性能指标。遥感器须对目标的运动(变化)进行连续均匀、不间断地探测,时间分辨率为分析、识别目标所须具有的最小时间间隔。时间分辨率与所需探测目标的动态变化有关系。各种传感器的时间分辨率,与卫星的重复周期及传感器在轨道间的立体观察能力有关。

随着新原理、新技术、新材料和新器件等的应用,不仅使遥感器在空间、谱段、辐射和时间分辨率等方面有进一步提高,而且结合多遥感平台传感器,其智能化、轻小型化、低功耗、高可靠、长寿命和低成本方面也有很大的发展。

  • 孙家抦.遥感原理与应用.3版.武汉:武汉大学出版社,2013.
  • 郭伟.遥感平台和传感器在遥感测绘应用中的重要性.山西建筑,2012,38(5):232-233.

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