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●備課資料 2019-2020年高二物理 （人教大綱版）第二冊(cè) 第十八章 電磁和電磁波 六、電視、雷達(dá)(備課資料) 一、遙感的基本原理 遙感（Remote Sensing)的含義是遠(yuǎn)距離“敏感”的意思，直觀(guān)的意義是遠(yuǎn)距離的“感光”或“拍照”.照相是日常生活中為大家所熟識(shí)的一種遙感技術(shù).將此距離移至更遠(yuǎn)，移至空間，就是航空拍照和衛(wèi)星拍照.但是衛(wèi)星拍照有回收問(wèn)題，將拍下來(lái)的膠卷返回地面.有時(shí)拍下來(lái)的地面物體并非所需要的；有時(shí)因云層的覆蓋根本就拍不到地面物體，從而造成很大的浪費(fèi).后來(lái)發(fā)展了傳輸型的衛(wèi)星拍照，將衛(wèi)星拍攝的地物景像調(diào)制成數(shù)字信號(hào)，實(shí)時(shí)地從衛(wèi)星向地面發(fā)送下來(lái)，稱(chēng)為衛(wèi)星遙感. 由于遙感器特點(diǎn)不同，遙感技術(shù)可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種.利用物體本身具有電磁波輻射性能對(duì)物體進(jìn)行拍照，稱(chēng)為被動(dòng)式遙感技術(shù).光學(xué)拍照是被動(dòng)式的一種.遙感器主動(dòng)發(fā)射一系列波長(zhǎng)長(zhǎng)于光波的電磁波，并不斷檢測(cè)該電磁波碰到地面物體后反射電磁波的能量，經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理后成像，稱(chēng)為主動(dòng)式遙感技術(shù).其原理與雷達(dá)原理相似，所以也稱(chēng)雷達(dá)遙感技術(shù). 攜帶遙感器的工具有氣球、飛機(jī)、衛(wèi)星和空間站，分別稱(chēng)為航空遙感和衛(wèi)星遙感. 二、資源衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展 以研究地球資源和環(huán)境特征為目的的遙感衛(wèi)星稱(chēng)為資源衛(wèi)星.資源衛(wèi)星技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展綜合了現(xiàn)代航空技術(shù)，包括材料結(jié)構(gòu)、動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、化學(xué)燃料、控制技術(shù)、電子和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)等高科技的發(fā)展. 資源衛(wèi)星由于它的應(yīng)用特點(diǎn)，需要對(duì)準(zhǔn)地面照相、需要向地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)，因此它需要相當(dāng)復(fù)雜的電子系統(tǒng)、姿態(tài)控制和軌道控制系統(tǒng)，跟蹤和遙測(cè)系統(tǒng).資源衛(wèi)星的誕生只有在近20年來(lái)現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的誕生和發(fā)展的基礎(chǔ)上方能成為可能.美國(guó)1984年發(fā)射成功具有應(yīng)用價(jià)值的陸地衛(wèi)星Landsat-4，載有分辨率為30 m的稱(chēng)為主題制圖儀（TM）.法國(guó)于1986年發(fā)射成功的資源衛(wèi)星SPOT-1，分辨率為20 m和10 m.加拿大于1995年雷達(dá)衛(wèi)星（Radarsat)上天.我國(guó)于xx年與巴西合作發(fā)射成功我國(guó)的資源1號(hào)衛(wèi)星，這些都是中國(guó)科學(xué)院遙感衛(wèi)星接收站的主要資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)源. 資源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)： 1.數(shù)據(jù)容量大，要求衛(wèi)星和地面站具有足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力. 2.數(shù)據(jù)流速度高，要求衛(wèi)星發(fā)射和地面接收數(shù)據(jù)具有高速度能力. 3.重量輕，體積小的超大規(guī)模集成電路的采用. 4.衛(wèi)星上必須采用低能耗，高速度、大容量的微型計(jì)算機(jī). 5.地面站必須配備大型接收天線(xiàn)，以便精密跟蹤和及時(shí)地接收衛(wèi)星發(fā)送下來(lái)的數(shù)據(jù)，同時(shí)還必須及時(shí)地將衛(wèi)星過(guò)境時(shí)的全部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存下來(lái). 6.地面站必須配備大容量高速度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以便存儲(chǔ)大量的遙感數(shù)據(jù). 三、遙感傳感器的基本類(lèi)型和原理. 圖像SPOT-1衛(wèi)星和我國(guó)資源1號(hào)衛(wèi)星采用CCD（微型高精度固體光學(xué)圖像傳感器）行排列方式，稱(chēng)為推掃式. 每一片CCD在地面分辨率為20 m.每一波段由3000片CCD拼揍成一行.行的方向與衛(wèi)星飛行方向垂直.當(dāng)衛(wèi)星飛行時(shí)，一行的CCD同時(shí)成像，所以一行的寬度相當(dāng)于地面的60 km，如此一行一行往前推，稱(chēng)為推掃方式.SPOT-1除了分辨率為20 m的綠光、紅光這幾個(gè)波段，還有一個(gè)分辨率為10 m的黑白波段，由6000片CCD拼接為一行. 美國(guó)陸地衛(wèi)星（Landsat-5)有7個(gè)波段，分辨率為30 m的6個(gè)波段中，每個(gè)波段有16個(gè)檢測(cè)器.分辨率為120 m的熱紅外波段有4個(gè)檢測(cè)器，共有100個(gè)檢測(cè)器.排列在同一掃描平面上，當(dāng)衛(wèi)星向前飛行時(shí)掃描鏡向與飛行方向相垂直的方向做掃描運(yùn)動(dòng)，100個(gè)檢測(cè)器同時(shí)感光成像，因此每一次掃描成像為100波段行，行寬對(duì)應(yīng)地面為185 km. 加拿大雷達(dá)衛(wèi)星Radarsat與上面兩種衛(wèi)星的原理不同，它是從衛(wèi)星上主動(dòng)地向地面發(fā)射雷達(dá)波束，并接收該波束從地面反射回來(lái)的波束，測(cè)量這兩波束的時(shí)間差從而測(cè)得地面兩物體間的距離，因此稱(chēng)為主動(dòng)式遙感器.雷達(dá)的基本原理是測(cè)量距離，所以還需將它轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào).雷達(dá)圖像的地面分辨率與雷達(dá)天線(xiàn)孔徑有關(guān)，而且在衛(wèi)星的前進(jìn)方向的分辨率與垂直于此方向上的分辨率是不同的.在衛(wèi)星前進(jìn)方向上.雷達(dá)電磁波的頻率因前進(jìn)速度而發(fā)生變化，其結(jié)果相當(dāng)于使天線(xiàn)孔徑變化，稱(chēng)為合成孔徑.由于衛(wèi)星前進(jìn)速度很高，從而大大地提高了合成孔徑雷達(dá)的前進(jìn)方向地面分辨率.目前Radarsat衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)的分辨率為10 m~100 m.它的優(yōu)點(diǎn)是不受空氣介質(zhì)和云層的影響，也不受太陽(yáng)光照的影響，因此夜間也能成像. 四、地面站接收系統(tǒng) 1.天線(xiàn)系統(tǒng) 當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過(guò)地面站天空時(shí)，程控指令使衛(wèi)星遙感器工作，衛(wèi)星上的發(fā)送裝置和天線(xiàn)設(shè)備將遙感數(shù)據(jù)調(diào)制成x波段的頻率（8025~8400 MHz）向地面站串行發(fā)送.同時(shí)地面站10 m直徑拋物形巨型天線(xiàn)將自動(dòng)地對(duì)準(zhǔn)和跟蹤衛(wèi)星，實(shí)時(shí)地接收衛(wèi)星發(fā)送下來(lái)的遙感數(shù)據(jù)，經(jīng)實(shí)時(shí)地解調(diào)、分路，儲(chǔ)存在地面的儲(chǔ)存裝置里. 2.遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng) 地面接收系統(tǒng)將衛(wèi)星過(guò)境時(shí)發(fā)下來(lái)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并記錄在高密度磁帶上以后，首先在處理站進(jìn)行預(yù)處理. 預(yù)處理系統(tǒng)有如下功能： （1）快視功能：由于遙感數(shù)據(jù)流速度很高，在接收時(shí)經(jīng)解調(diào)后并行地記錄在高密度磁帶上.此時(shí)須將高密度磁帶慢速回放，以便將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，經(jīng)格式同步器還原成分幅圖像.在此過(guò)程中同時(shí)將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣，送入監(jiān)視器上顯示，稱(chēng)為快視，以便監(jiān)察圖像質(zhì)量和云層覆蓋程度. （2）輻射校正：由于不同衛(wèi)星上遙感器對(duì)地面物體輻射能量敏感程度存在差異，圖像會(huì)出現(xiàn)明顯條紋，因此每一檢測(cè)單元都必須按一定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校正. （3）系統(tǒng)校正：根據(jù)遙感數(shù)據(jù)中的輔助參數(shù)（如地球自轉(zhuǎn)，成像儀器在地球投影點(diǎn)的經(jīng)度和緯度參數(shù)）計(jì)算每一成像單元的幾何位置，生成整幅圖像的柵格網(wǎng)點(diǎn)，以便對(duì)圖像的幾何形狀進(jìn)行校正. （4）幾何校正：由于衛(wèi)星姿態(tài)變化引起的拍攝過(guò)程中像元之間內(nèi)部幾何位置變化，從而造成圖像內(nèi)部變形. （5）大地校正：根據(jù)衛(wèi)星軌道及姿態(tài)參數(shù)計(jì)算圖像在地面上的經(jīng)度和緯度. （6）重采樣處理：將經(jīng)過(guò)校正計(jì)算的結(jié)果得出的以像元為單位的整幅圖像的柵格網(wǎng)點(diǎn)逐行將逐個(gè)像元按正方格網(wǎng)點(diǎn)重新排列，形成預(yù)處理產(chǎn)品，提供用戶(hù)使用. 遙感影像精處理功能： 預(yù)處理產(chǎn)品可滿(mǎn)足大部分應(yīng)用要求.只有對(duì)那些特殊用途和涉及到大地定位精度較高的用途，對(duì)預(yù)處理產(chǎn)品還需要進(jìn)行精處理. 精處理包括： （1）基準(zhǔn)點(diǎn)（又稱(chēng)控制點(diǎn)）校正 在一幅影像范圍內(nèi)找出若干與地物目標(biāo)相應(yīng)的點(diǎn)稱(chēng)為基準(zhǔn)點(diǎn)，地面的基準(zhǔn)點(diǎn)地理位置是已知的.它們與影像匹配后產(chǎn)生新的整幅影像柵格網(wǎng)點(diǎn)，然后按重采樣處理產(chǎn)生精處理產(chǎn)品.這些基準(zhǔn)點(diǎn)約6~8個(gè). （2）大地坐標(biāo)（或稱(chēng)地圖投影坐標(biāo)）校正 根據(jù)用戶(hù)對(duì)地圖投影的要求計(jì)算地圖坐標(biāo)的柵格網(wǎng)點(diǎn)，然后重采樣處理. （3）SPOT影像主體像處理 法國(guó)SPOT衛(wèi)星上，在衛(wèi)星前進(jìn)方向的左右兩側(cè)裝有左右成像儀，同時(shí)拍攝到左右影像.這種處理需要特殊的算法，根據(jù)用戶(hù)要求產(chǎn)生主體影像或主體信息，例如等高線(xiàn)等等. （4）其他精處理 根據(jù)用戶(hù)要求還有許多方面的處理，例如地物信息的分類(lèi)、輪廓增強(qiáng)、不同波段數(shù)據(jù)或不同分辨率的數(shù)據(jù)合成、面積計(jì)算等等. 精處理產(chǎn)品精度較高，其位置誤差可達(dá)1~2個(gè)像元. 摘自《物理教學(xué)》第8期第24卷