基本介紹
- 中文名：太空飛行器遙感
- 外文名：space remote sensing
航天遙感簡史,航天遙感系統,數據信息,採集基本形式,數據蒐集,常用波段組合,特點,套用,現狀發展方向,
航天遙感簡史
早在19世紀中葉，就有人試驗從氣球上拍攝地面照片。
在兩次世界大戰期間，空中攝影被廣泛用於軍事偵察。
20世紀50年代，彩色、彩紅外和多譜段攝影技術開始獲得套用；
60年代，實用紅外和多譜段掃瞄器問世，成為軍事偵察新手段。
70年代，高解析度合成孔徑雷達研製成功，並從軍用擴展到民用。人造地球衛星的發射成功，出現了航天遙感技術（衛星遙感技術）。
1959年2月，美國開始發射以回收照片為主要手段的第一代遙感偵察衛星-“發現者”號，到80年代遙感偵察衛星已發展五代。
航天遙感系統
遙感器—核心 如照相機、多譜段掃瞄器、微波輻射計或合成孔徑雷達等。
信息傳輸設備—工具。
圖像處理設備—對遙感圖像信息進行處理（幾何校正、輻射校正、濾波等）
數據信息
採集基本形式
1、太空人操作：
2、衛星艙體回收；
3、通過掃描將圖像轉換為數字編碼，傳輸到地面接收站，記錄於高密度磁帶並回放為圖像。
4、衛星數據採集系統收集地球或其他行星、衛星上定位觀測站傳送的觀測信號，中繼傳輸到地面接收站。
數據蒐集
航天遙感套用中使用的數據基本有兩種類型：遙感影像和數字圖像
meris數據
landsat8數據
sar數據
Hyperion 數據源
STER
數據
常用波段組合
地球資源衛星數據：MSS.TM.SPOT
321：真彩色合成，即3、2、1波段分別賦予紅、綠、藍色，則獲得自然彩色合成圖像，圖像的色彩與原地區或景物的實際色彩一致，適合於非遙感套用專業人員使用。
432：標準假彩色合成，即4、3、2波段分別賦予紅、綠、藍色，獲得圖像植被成紅色，由於突出表現了植被的特徵，套用十分的廣泛，而被稱為標準假彩色。
451：信息量最豐富組合，TM圖像的光波信息具有3~4維結構，其物理含義相當於亮度、綠度、熱度和濕度
741：波段組合圖像具有兼容中紅外、近紅外及可見光波段信息的優勢，圖面色彩豐富，層次感好，具有極為豐富的地質信息和地表環境信息；而且清晰度高，干擾信息少，地質可解譯程度高，各種構造形跡(褶皺及斷裂)顯示清楚，不同類型的岩石區邊界清晰，岩石地層單元的邊界、特殊岩性的展布以及火山機構也顯示清楚。
742：1992年，完成了桂東南金銀礦成礦區遙感地質綜合解譯，利用1：10萬TM7、4、2假彩色合成片進行解譯，共解譯出線性構造1615條，環形影像481處，並在總結了構造蝕變岩型、石英脈型、火山岩型典型礦床的遙感影像特徵及成礦模式的基礎上，對全區進廳成礦預測，圈定金銀A類成礦遠景區2處，B類4處，C類5處。為該區優選找礦靶區提供遙感依據。
743：我國利用美國的陸地衛星專題製圖儀圖像成功地監測了大興安嶺林火及災後變化。這是因為TM7波段(2.08-2.35微米)對溫度變化敏感；TM4、TM3波段則分別屬於紅外光、紅光區，能反映植被的最佳波段，並有減少煙霧影響的功能；同時TM7、TM4、TM3(分別賦予紅、綠、藍色)的彩色合成圖的色調接近自然彩色，故可通過TM743彩色合成圖的分析來指揮林火蔓延與控制和災後林木的恢復狀況。
754：對不同時期湖泊水位的變化，也可採用不同波段，如用陸地衛星MSS7，MSS5，MSS4合成的標準假彩色圖像中的藍色、深藍色等不同層次的顏色得以區別。從而可用作分析湖泊水位變化的地理規律。
541：XX開發區砂石礦遙感調查是通過對陸地衛星TM最佳波段組fefee7合的選擇(TM5、TM4、TM1)以及航空、航天多種遙感資料的解譯分析進行的，在初步解譯查明調查區第四系地貌。例如把4、5兩波段的賦色對調一下，即5、4、3分別賦予紅、綠、藍色，則獲得近似自然彩色合成圖像，適合於非遙感套用專業人員使用。
特點
與航空遙感相比，航天遙感具有以下特點：
視野較為開闊
航天遙感的視野比航空遙感開闊得多，觀察的地面範圍大得多，可以發現地面大面積內巨觀的、整體的特徵；
效率較高
在同樣長的時間內，航天遙感的觀察範圍遠遠大於航空遙感。因此，航天遙感的效率比航空遙感高得多；
費用較為低廉
人造地球衛星是最常用的航天平台，它發射上天后，可在空間軌道上自動運轉數年，不需供給燃料和其它物資，因此，對於取得同樣面積的地面資料而言，航天遙感的費用比航空遙感低廉的多；
可以進行周期性、重複性觀測
航天遙感可以對地球進行周期性的、重複的觀察，這極有利於對地球的資源、環境、災害實行動態監測；
地面解析度較小
由於航天平台遠遠大於航空平台的航高，航天遙感的地面解析度遜於航空遙感的地面解析度，航天遙感數據對地面細部的表現力差，但對整體的、巨觀的表現較好。
小貼士：遙感，按照遙感平台高度的不同，分為：航天遙感，航空遙感，近地面遙感。
套用
航天遙感已用於軍事領域。
1、偵察、預警、測地、氣象等。
2、如利用太空飛行器上的遙感器獲取偵察情報，是現代戰略偵察的主要手段。
3、通過衛星上的紅外遙感器感測洲際或潛地彈道飛彈噴出火焰中的紅外輻射，以探測和跟蹤
飛彈的發射和飛行，爭取到比遠程預警雷達系統長得多的預警時間等。
例如遙感衛星
也稱地球觀測衛星，是航天遙感平台的一種主要類型，目前我們所套用的航天遙感資料多數是遙感衛星搭載的感測器獲取
遙感衛星的姿態
遙感衛星在太空中飛行時由於受多種因素的影響，其姿態是不斷變化的，這使得它所搭載的感測器在獲取地表資料時不能始終保持設定的理想狀態，這對圖像數據有很大的影響。為了修正這些影響，在獲取遙感數據的同時，必須測量、記錄遙感衛星的姿態數據。一般來說，遙感衛星的姿態變化可以分為以下兩種：
1、三軸傾斜 三軸傾斜是指遙感衛星在飛行的過程中發生的滾動、俯仰與偏航現象。滾動是一種橫向搖擺，俯仰是一種縱向搖擺，偏航則是指遙感衛星在飛行過程中偏移運行軌道。
2、振動 振動是指遙感衛星運行過程中除滾動、俯仰與偏航以外的非系統性的不穩定振動，一般變化很快。 遙感衛星運行中的姿態對其所獲取的數據有很大影響。在使用攝影機的情況下，因為拍攝的是瞬時圖像，在一張圖像內上述原因引起的失真並不是很大的問題，但在掃描成圖的情況下，位置、傾斜的 時間性變化對掃描圖像有很大的影響。為此必須在平台上姿態測量感測器和記錄儀。在遙感衛星上，由於位置及三軸傾斜等的時間變化緩慢，可以表示成時間的函式，在提高測量精度的同時可以取得用於幾何校正的足夠數據。為了保證掃描圖像的精度，需要衛星姿態相對穩定，衛星採用X、Y、Z三軸自動定向控制衛星姿態。
現狀發展方向
太空飛行器遙感技術為了獲取目標/景物更多信息，需要遙感系統探測更寬譜段範圍、更高譜解析度、更高/多種空間解析度、更高輻射解析度，進行多極化/多視角/多方向/多時相/多模式觀測等。
1）更寬譜段範圍：目前，航天遙感器的工作譜段幾乎覆蓋從微波至γ射線的整個電磁波譜段範圍。
2）更高譜解析度
3）更高/多種空間解析度：航天遙感系統提供的空間解析度越來越高，同一顆遙感衛星同時提供多種空間解析度數據的情況也在增加。
4）更高輻射解析度：輻射解析度用於表示遙感系統對輻射量變化的能辨力，其表征量為NE△
約為0.1%，NE△T約為0.1K，△
約為0.3dB。系統SNR是決定輻射解析度的重要因素，為保證在需要的動態範圍內，輻射解析度不受的損失，需要有足夠的A/D量化位數。
5）多極化/多視角/多方向/多時間/多模式觀測：目前，許多航天微波遙感器，不僅是SAR，還包括微波輻射計都採用了多極化工作方式，前者如先進SAR、Cosmo-Skymed-1、X-SAR和TerraSAR，後者如氣象衛星（NPOESS）的CMIS。對於多視角觀測，一般來說，SAR都可以實現多視角觀測，彈不是同事完成，而EOS-Terra衛星的多視角成像光譜儀（Multi-an-gle Imaging SpectroRadiometer，MISR）可同時實現9個視角觀測。多方向/多時相觀測與衛星軌道和平台特性密切相關，現在許多航天任務中都可以實現。多模式包括多頻段、多解析度、多極化、多視角等，同時還包括干涉成像和動目標檢測等。近年來，SAR的干涉成像和動目標檢測也有發展
6）發展方向：今後各種解析度將進一步提高；工作模式更多樣化；遙感器工作進一步智慧型化。其關鍵技術涉及光學系統、探測器、製冷、微波系統、器件、天線，及軟體設計。
7）快速機動
8）測量精度更加準確
9）遙感數據壓縮/解壓縮性能：傳輸系統的碼速率和頻帶利用率不斷提高，儲存空間增大
10）航天遙感數據處理：地面系統的遙感數據處理設備主要負責遙感數據的幾何校正和輻射校正，同時可以實現遙感數據（圖像）質量的提升。
11)MTF補償：即MTFC，是航天遙感圖像數據處理的重要內容，利於提高遙感圖像質量，國外於20世紀90年代已廣泛採用。
12）面向任務的圖像質量評價：屬於直接評價。美國標準（Nation-al Imagery Interpretability Rating Scales，NIIRS）
基於成像系統性能的圖像質量評價：間接評價。主要沿用地面系統距離（GSD）、MTF和信噪比（SNR）、MTF×SNR表征圖像質量的方法。
基於圖像統計特徵質量評價：有均值、方差、灰度共生矩陣、角二階矩、信息熵、功率譜等。這些參數是將圖像作為二階矩陣，對各個元素進行不同統計計算的結果。
遙感圖像質量差異評價：
13）進一步開發各種仿真工具（設計仿真、套用仿真、頂層設計）
14）遙感機理研究：電磁波與問題相互作用研究
15）定量遙感相關：方向性/尺度效應與尺度轉換/反演模型與套用模型連線/同物異譜與同譜異物/混合像元等
16）壓縮感知理論研究/Shannon採樣定理擴展研究
