遥感技术——人类的千里眼

古代人们幻想观察遥远的目标，曾臆造出“千里眼”的神话。现代，随着空间技术的发展，这种神话已经变为现实。遥感技术给人类装上了“千里眼”，帮助人们更广泛、细致、迅速地认识自然界。

遥感技术是近二十年来迅速发展的一门学科。第一届世界遥感会议1962年在美国召开，此后，世界各国都在争先恐后地发展遥感技术。1970年在火星上软着陆的宇宙探测器“海盗一号”，在距地球七亿三千万公里的火星上拍摄了成千幅地面照片，获得了大量地球信息。目前，使用卫星侦察相机，在一百多公里的高空拍照，能够识别地面上零点几米大小的目标；在几百公里高空拍摄的卫星象片上，可以区分地面上生长的是甜菜还是小麦、可以得知茂密的大森林中是否有火灾、可以帮助人们在汪洋大海中找到可供饮用的淡水；以往用地面测量和航空摄影方法需要几年才能拼凑起来的地图，用现代遥感技术，十几分钟即可完成；还可以更精确地测量地球的形状、大陆漂移、各地海平面差异、进行地震预报等等……。可见，遥感技术在军事、农业、气象、森林、地球资源考察、大地测量及环境污染探测等方面，都展现了无限广阔的应用前景。

“遥感”，顾名思义就是遥远感知的意思。遥感技术是综合了光学、电子学的新成就，根据电磁波的理论来收集远处目标信息的技术。它的物理基础就是电磁波理论。

各种物体都能发射或反射电磁波。我们知道，人们用眼睛观察物体，是由于来自物体的可见光刺激了人眼，从而引起了视觉，而可见光就是波长为0.40μm－0.76μm范围内的电磁波。同样，遥感设备取得目标信息，也是靠目标辐射或反射的电磁波（如微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等）在遥感设备中引起的反应。

不同波段电磁波的性质不相同，物体在不同波长电磁波照射下呈现的特性也不相同。比如“霜”，它在可见光和红外这两个波段所呈现出的特性就不相同。每个人都会说：“霜是白色的”。那么，它为什么是白色的呢？这是因为，任何物质，对于照在它上面的电磁波都有一定的吸收本领，这种本领的大小和物质的温度及照到它上面的电磁波波长有关。可见光是由红橙黄绿青蓝紫七种不同波长的光组成的，当它照射到霜上时，霜对于这七种不同波长的光一概不吸收，却强烈地将它们反射到人眼中，在人眼中引起“白色”的感觉。如果换用红外线这个人眼看不见的电磁波来照射霜，由于霜能强烈吸收红外线，于是，在可见光波段看来是白色的霜，在红外波段却成了全吸收的“黑体”了。我们把物体的辐射和反射随波长而异的这种特性称作物体的波谱特性，它是电磁波理论的一个重要内容。

各种物体具有不同的波谱特性。除了上面谈到的霜，再例如，在近红外光谱区，健康的植物在红外彩色片上呈鲜红色，有病的植物却呈暗紫色；在可见光彩色片上，敌人军事设施上涂的伪装漆和绿色植物相似，而红外彩色片上它却呈红色。不仅如此，温度不同的物体在红外片上也呈现不同的色调，温度高于周围岩石的地下泉出口，由于热辐射，在红外底片上感光强，它在红外正片上就显得比较白……。

总之，在实际遥感探测中，会遇到成百个性质不同的目标，它们的波谱特性到底怎样，还受那些因素影响，这些都要通过大量实验才能掌握。也只有掌握了这些特性，才能正确识别目标，达到遥感预期的目的。

我们所谈的遥感技术，包括四方面的内容：一是遥感设备，用以接收和记录目标信息；二是信息传输，把遥感设备得到的目标信息进行初步处理并以一定方式送到地面站；三是目标波谱特征积累，它是通过一定的设备收集目标的波谱特性，以作为判读的依据；四是信息的处理、判读和分类。这四项内容缺一不可，当然最主要的是遥感设备。

遥感设备按照工作方式可以分为有源遥感和无源遥感。有源遥感设备主动向远距离目标发射探测电磁波，然后接受目标反射回来的信息。如各种雷达就是有源遥感设备。无源遥感设备是被动地接收远距离目标的辐射信息。各种辐射计均属此类。遥感设备也可以按它工作的电磁波波段分为下列六类：微波遥感设备、红外遥感设备、可见光遥感设备、多光谱遥感设备、紫外遥感设备、其它遥感设备。目前应用最广泛的是可见光和红外遥感设备。

工作在不同波段的遥感设备特点不同，各有其优缺点，我们应按照实用条件，选择不同的遥感设备。例如，当要求高分辨率时，可见光遥感设备比较合适；而要求透过大气层全天候工作时，选用微波遥感设备就比较理想；如果是要求分辨地面物体精细的温度之差，或识别伪装，进行昼夜观察，那自然要选择红外遥感设备。应当指出，光电遥感技术的主要弱点是易受大气、云雾、雨、雪、浮尘及大气湍流等的影响。为了取长补短，有时需要把几种遥感设备结合起来使用。

多波段遥感设备。这是六十年代发展起来的综合遥感设备，也称作多波谱遥感设备，工作范围是从紫外线到微波波段。它可以在由几个窄波段合成的一个很宽的频带内，对地面目标进行同步摄影或扫描，从而获得大量目标信息。

多光谱电视就是一种多光谱遥感设备。图1是它的示意图。图中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个摄象机，它们利用运载工具在空中对地面上ABCD构成的面积同时进行同步摄影，同时取得这块目标的信息。我们假设在ABCD这块地面目标中，有山、水和植物。这些山、水和植物对不同波段的电磁波表现出来的特性各不相同。换句话说，就是不同波段的电磁波识别山、水、植物的能力不同。比如，蓝绿光波段宜测水深；黄红光波段宜测地形；而近红外波段宜测植物。因此，如果我们使Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个电视摄象机分别工作在上述三个波段。这样，当我们利用这三部摄象机同时对ABCD这块面积进行同步摄影时，就能获得有关这块探测面积内的山水和植物的各种目标信息。这种多光谱电视虽然设备比较复杂，但它覆盖的光谱波段较宽，测量精度和分辨力较高。在500～1000公里的高空能够区分地面几十米的景象。

合成孔径侧视雷达六十年代后，在遥感设备中发展很快，应用较广的是合成孔径侧视雷达。这是一种工作在微波波段的有源遥感设备，分有机载与星载两种。所谓“侧视”是指当飞机作匀速直线运动时，雷达天线发出的探测电磁波向航线侧面斜下方瞄准，即与航线垂直、与水平有一压低角（如图2所示）。侧视的优点很多，在军事上能造成敌方阻截困难，能够避免由于飞机仰角的变化所造成的信号失真，可以更有效地大面积收集地面图象信息。“合成孔径”指的是天线结构，用合成两字与真实孔径相区别。一般的雷达，当它的工作波长和探测距离选定后，要提高分辨率，只有加大天线的孔径。例如工作波长为3厘米的侧视雷达，在10公里的上空，要想分辨出斜距30公里处相距100米的两个物体，天线的孔径必须为30米。这样大的天线是不能载在飞机上的。在地面上，人们已经能用许多小天线按一定形式排列起来代替一个大孔径的天线，这种等效的小天线群被称为“列阵天线”。根据这一原则人们又设计出了在空中用合成孔径短天线来代替真实孔径大天线。将孔径为2～3米的小天线（这个尺寸的天线可以载在飞机上）随同雷达一起装在飞机上，当飞机匀速直线飞行时，让天线沿飞行航线定时向侧面发出探测脉冲。这实际上是用一个移动的小天线来等效许多静止的小天线。它们的区别在于：列阵天线中的每个小天线是同时发出电磁波，也是同时接收目标的反射波，而合成孔径天线的每个等效小天线不是同·时·而是相·继·发出探测电磁波，也是相继接收目标的反射波。因此，合成孔径侧视雷达的接收设备要复杂得多，它要把移动小天线在每个位置上接收到的回波脉冲的振幅和相位等信息记录下来，存贮到一定时间进行迭加，得到一个合信号。这个合信号与列阵天线所得到的合信号是一致的。这样，用几米的小天线获得了和上百米长孔径天线的等效结果，使雷达方位分辨力提高几十至几百倍。

遥感设备种类很多，近十年才迅速发展起来的激光全息照相，也是遥感技术的一个重要方向。限于篇幅我们不再多举例了。

我国已把遥感技术列入了国家重点科研项目之一，随着现代科学不断发展，遥感技术一定会在各个领域盛开鲜花。（李慧影）