| 单词 | 红外技术的空间应用 |
| 释义 | 【红外技术的空间应用】 红外技术是一种新型的信息获取技术。它根据光电探测原理，利用探测器敏感远距离目标的辐射，将其转变成电信号，从而获得目标的信息。电磁辐射特性是一切物质的基本属性，电磁波以每秒3×108m的速度不停传播。因此，光电探测技术不仅具有普遍适用性，而且也具有实时传递信息的巨大潜力。 利用目标辐射获取信息的遥感仪有3大类：辐射计、成像仪和分光计。辐射计测量目标辐射总量，利用收集光具将辐射聚焦在探测器上，根据探测器输出的电信号来推知目标的相关信息。不仅能得到目标的存在、位置，而且还可推出温度或湿度等内在信息。空间成象仪是根据光－机行扫描成象原理制成的。卫星运动实现一维扫描，仪器内反射镜在垂直于卫星运动方向将一行地面的辐射顺次送进光学系统。两者配合，卫星飞过，探测器便输出地面的辐射图象数据。将它们传回地面，既可以制成图象，也可以进行计算机处理，从中提取信息。分光计是为获取辐射光谱数据而发展的遥感仪。原理上，它是在辐射计内加入一个分光部件(滤光片、光栅、或棱镜)，将目标辐射按特定光谱宽度分开，依次或分别进入探测器，实现光谱扫描。光谱数据经处理和分析可推得物质内在信息。自从卫星出现之后，人们就考虑采用什么手段从卫星获取地球的信息。20世纪60年代进行了气象和预警应用实验。美国发射了20颗气象卫星对电视、红外扫描和微波等遥感仪进行了广泛的试验。实践表明，根据行扫描成象仪在太阳同步轨道上连续获取的可见光和红外辐射数据，不仅得到云层的图象，而且还有地表温度图象，它们是现代天气预报的最基本数据。此外，在地球同步卫星上，利用星体自旋和反射镜步进摆动，也制成了扫描成象仪。每隔半小时左右摄取1／3地球表面的可见光和红外图象，为预报象台风这样的紧急天气现象提供及时信息。因此，光学－机械扫描成象技术已成为现代气象观测的基本工具。现在，实用化气象卫星已经历了3代历程。1978年美国发射泰罗斯－N(Tiros-n)卫星，每天向世界广播地表和大气的光学图象数据，为天气预报服务。在实用的气象卫星上，最重要的遥感仪是高级甚高分辨率辐射计(AVHRR)。它摄取可见光和红外的5个波段(0．58～0．68，0．725～1．10，3．55～3．93，1030～11．30，11．5～12．5μm)的图象，刈幅宽度1780km，地面分辨率1km，基本满足天气预报日常数据的需求。此外，还有一种称为竖温分布辐射计(VTPR)的红外分光仪。它利用滤光片轮旋顺次接收14～16μm地面向上辐射的光谱数据，通过反演计算得到各层大气的温度信息。这种第3维信息是实现数值天气预报的基本条件。VTPR设有行扫描机构，一次扫描得到32个大气柱的数据。滤光片轮上有8只滤光片，光谱带宽约10cm－1。最新发展的高分辨率红外探测仪(H1RS)，分辨率17．4km，有20个光谱通道，除得到大气竖温分布外，还可得到大气成份数据。预警卫星是红外技术重要的空间应用。为预防洲际弹道导弹的攻击，必须首先确定敌方的发射时间和地点。经过多年反复实验发现，导弹发射时会产生巨大的尾焰。利用地球同步卫星上的红外望远镜摄取1／3地球表面红外图象，便可以获得其准确数据。这为战略防御提供了宝贵的信息。预警卫星总体以6rad／min自旋，星体上倒挂一个口径为90cm的红外望远镜。焦面上有2000元线列探测器。每转一周便得到一张地球圆盘图象。3颗卫星构成监视全球的预警网。该卫星自1971年投入使用以来，获得了巨大成功。美国利用它准确地测出了前苏联核导弹实力，并实现了日常监视。特别是在海湾战争中，它准确预报伊拉克飞毛腿导弹发射，为美国爱国者拦截弹提供5分钟准备和准确信息。现在他们正继续提高预警能力，采用6000元探测器，分辨率达1．2km，可监视战术导弹的发射。人们从空间照相片发现地面的详尽图象非常有用。1972年发射陆地卫星(Landsat)，星上装载光－机扫描和电视摄象两种遥感仪。结果多光谱扫描仪(MSS)得到意想不到的成功，而返束光导摄象管因空间高压电源失效屡遭失败。不到两年时间，MSS图象在几十个国家得到推广，为地学、水文、海洋、农林、环境和工程等各种部门提供了大量信息，受到全世界普遍重视。多光谱扫描仪属光－机行扫描成象仪。采用铍制摆动反射镜，在185km刈幅内来回扫描。地面分辨率79m。由滤光片分光，多列探测器列阵接收，同时得到5个波段(4个可见和近红外，1个热红外)的图象数据。下行传输数据速率15Mbit／s，每18天覆盖全球表面一次。MSS数据具有广泛的应用价值，直到现在卫星还提供它的数据。遥感应用的发展，要求更为精细的图象，于是沿着两条技术路径提高扫描仪的分辨能力。在MSS原型结构中加大通光口径、采用多元线列探测器、以及引入扫描校正机构提高扫描效率等，结果制成主题测绘仪(TM)。TM有7个光谱波段，可见光地面分辨率可达30m，现已实用化。即将发射的陆地卫星6号和7号装有TM增强型仪器，最好分辨率15m。另一条提高分辨率性能的技术途径是在行扫描仪里采用大型线列探测器按推帚式扫描成象。这种机械扫描和电子学自描相结合的成象技术已在法国SPOT卫星上使用。它采用大型硅CCD列阵探测器，可将地面分辨率提高到10m，已基本满足陆地遥感应用的需求。自60年代以来，光电探测和扫描成象技术作为获取空间信息的手段，取得了很大的成功。它不仅为空间技术提供了光学摄象的基本方法，形成了多种应用卫星系列；而且也为地球资源遥感这一宏大的应用领域提供了宝贵的信息，创造了巨大的社会和经济效益。从技术上看，下一步发展主要在两个方面：首先是精细光谱能力。目前光学遥感图象数据的空间分辨率水平足以满足绝大多数遥感应用的需求，而其光谱分辨能力却相差甚远。于是人们提出成象光谱技术的新概念。它在原扫描成象仪的基本构型下，保持图象分辨能力的优势，大量增加获取光谱图象数目。既可得到高分辨率图象数据，又可得到精细光谱数据，现在已经完成机载试验，正在研制空间载样机。大气和海洋观测的中分辨率成象光谱仪(MODIS)，采用线列探测器和摇扫扫描成象，分辨率1km，光谱波段64个。陆地遥感的高分辨率成象光谱仪(HIRIS)采用面列阵探测器。在飞行方向列阵元实行光谱扫描，在穿轨迹方向列阵元按推帚式扫描成象。地面分辨率30m，光谱波段192个，最窄光谱间隔为10nm。获取立体信息是照相测量的重要内容，未来的光学遥感技术还将着重发展立体观测能力。固体自扫描推帚扫描仪实用化，从技术上为遥感仪增加立体能力创造了条件。在未来的空间遥感仪中，通过侧视、前视和后视等光学机械装置，将普遍地具备这种能力。例如SPOT后续星，MODIS以及多角度成象辐射计(MISR)等。为了扩大应用，遥感技术与照相测量将紧密结合。【参考文献】：1 李佩珍译．红外，1984，1∶462 Esptien E S．IEEE Tran，1984(7)，20(4)∶3253 徐申生译．红外，1980，3∶354 Miller B，AW ST，1974，11(2)∶185 Velocci A L，AW ST，1991，11(2)∶466 高国龙译．红外，1981，1∶197 汪忆桦译．红外，1982，4∶218 信息获取与处理技术交流中心出版．先进红外系统，1989，12∶123～1499 DinerD J．IEEE tran on Geo．and remete sensing，1989(3)，27(2)∶200(张钧屏撰) |
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