紅外遙感系統(tǒng)

紅外遙感系統(tǒng)測繪科學(xué)術(shù)語01簡介地面初級輻射定標(biāo)紅外遙感應(yīng)用目錄030204基本信息紅外遙感系統(tǒng)將紅外遙測探測器的圖像表征，繼而將視覺模型和遙感成像系統(tǒng)聯(lián)立，建立起包含成像組件、顯示器圖像、人眼觀測等部件的遙感系統(tǒng)。紅外遙感系統(tǒng)性能預(yù)測和圖像分析已成為美國遙感成像領(lǐng)域的研究重點方向之一。簡介簡介紅外遙感系統(tǒng)將紅外遙測探測器的圖像表征，繼而將視覺模型和遙感成像系統(tǒng)聯(lián)立，建立起包含成像組件、顯示器圖像、人眼觀測等部件的遙感系統(tǒng)。紅外遙感系統(tǒng)性能預(yù)測和圖像分析已成為遙感成像領(lǐng)域的研究重點方向之一。紅外遙感紅外遙感紅外遙感（infraredremotesensing）是指傳感器工作波段限于紅外波段范圍之內(nèi)的遙感。電磁波譜中，通常把波長范圍為0.76～1000微米這一波譜區(qū)間稱為紅外波譜區(qū)。其中，又分為近紅外（0.76～3.0微米）、中紅外（3.0～6.0微米）和遠(yuǎn)紅外（6.0～15.0微米）和超遠(yuǎn)紅外（15.0～1000微米）。也可把近紅外和中紅外統(tǒng)稱反射紅外；把遠(yuǎn)紅外稱為熱紅外（8～14微米）或發(fā)射紅外。雖然紅外波譜區(qū)很寬，但由于大氣的吸收，實際上僅有幾個紅外“窗口”可利用。常用的紅外波段有近、中紅外的0.3～1.3微米、1.5～1.8微米、2.0～2.6微米、3.0～3.6微米、4.2～5.0微米和遠(yuǎn)紅外的7.0～15.0微米。近紅外波段主要用于光學(xué)攝影，如紅外或彩色紅外攝影，只能在白天工作；也用于多波段攝影或多波段掃描。遠(yuǎn)紅外（熱紅外）由于是地物自身輻射的，主要用于夜間紅外掃描成像。紅外遙感在軍事偵察，探測火山、地?zé)帷⒌叵滤?、土壤溫度，查明地質(zhì)構(gòu)造和污染監(jiān)測方面應(yīng)用很廣，但不能在云、雨、霧天工作。地面初級輻射定標(biāo)輻射定標(biāo)定義地面初級輻射定標(biāo)定義地面初級輻射定標(biāo)是紅外空間遙感系統(tǒng)研制過程中的一項重要工作。所有的紅外遙感儀器，其測量結(jié)果及其有效性必須嚴(yán)格建立在數(shù)據(jù)定量化的基礎(chǔ)上，在使用之前，都必須經(jīng)過地面定標(biāo)?？臻g紅外遙感系統(tǒng)的輻射定標(biāo)，是一件非常困難和復(fù)雜的工作。涉及的方面有:初級與飛行定標(biāo)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)的建立與傳遞、定標(biāo)理論與概念、各種源的制作和評價、源輻射理論分析、定標(biāo)真空設(shè)備的研制、誤差校正、源溫度的精確控制等。

輻射定標(biāo)這里討論的輻射定標(biāo)，限制在熱波段(8~14km)輻射范圍之內(nèi)、標(biāo)準(zhǔn)和工作黑體大致也限制在中低溫(500K以下)和熱波段范圍之內(nèi)。簡單說來，輻射定標(biāo)是指對輻射測量儀器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)并建立可對照量度的過程。用一個輻射源提供已知的入射通量，測出輻射計探測器對此通量的響應(yīng)信號。在測得響應(yīng)率值后，依據(jù)它對未知源所發(fā)出信號的測量，就能正確地推算未知入射通量之值。圖1輻射通量密度的概念(輻照度)輻射定標(biāo)涉及到二個基本問題:輻射通量的測量與已知輻射源的建立。定標(biāo)測量同樣是在離已知輻射源一定距離上進(jìn)行的，輻射計響應(yīng)的是落在其輸入端(光學(xué)孔徑)上的照度，即輻射通量密度。輻照度是輻射計測量的一個基本量。當(dāng)輻射通量為一平表面截獲時，往往要求知道單位面積所截獲的輻射通量。用所截獲的輻射通量除以平面的面積，就是這一平面上平均的輻射通量密度，如圖1。在描述輻射源的發(fā)射本領(lǐng)時，還要區(qū)分兩種不同的情況:點源和擴展源(面源)。在對紅點源的情況比較簡單，可以用它在某一方向上的單位立體角內(nèi)所發(fā)射的輻射功率來表示源的發(fā)射本領(lǐng)，叫做“輻射強度”。換句話說，點源在某一方向上的輻射強度就是在那個方向上單位立體角內(nèi)源所發(fā)射出去的輻射通量。對于擴展源，則要考慮到源的面積大小和發(fā)射方向。我們用在某方向單位立體角內(nèi)，垂直于該方向平面上的源投影的單位面積所發(fā)射的輻射通量來描述擴展源的發(fā)射特性，量度稱做“輻射率(輻射亮度)”。應(yīng)用陸地和軍事觀測大氣、氣象和海洋觀測資源調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測地球輻射和天文觀測應(yīng)用陸地和軍事觀測80年代初期，美國成功地進(jìn)行了航天飛機多波段紅外輻射計(SMIR)實驗，取得了0.6~2.5協(xié)m區(qū)域的10個波段的近紅外反射輻射數(shù)據(jù)，確定了所測輻射數(shù)據(jù)值與地面測量的反射率數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，用于評價不同大氣吸收對遙感反射輻射值的影響和選擇確定識別巖石單元、地質(zhì)填圖的有效波段。目前除美國外，澳大利亞已研制出實用的4波段的多光譜掃描儀。我國也研制出多種航空多光譜掃描儀和成像光譜儀，已進(jìn)行了成功的飛行試驗。近年，紅外熱像儀、夜視裝置、機載前視裝置、機載紅外掃描成像實時顯示技術(shù)、紅外成像跟蹤制導(dǎo)和紅外輻射特性測量的有關(guān)儀器、地面紅外光譜儀、紅外警戒、紅外測溫和紅外測濕等儀器發(fā)展很快。這次中東戰(zhàn)爭，美國、西歐、蘇聯(lián)發(fā)射幾十顆軍事偵察衛(wèi)星、紅外遙感器是主要偵察手段之一。多國部隊的偵察飛機和相當(dāng)數(shù)量的飛機配備有紅外裝置?？梢赃@樣說，紅外遙感技術(shù)是從軍事應(yīng)用發(fā)展起來的，到目前為止最先進(jìn)的紅外遙感技術(shù)仍在軍事上應(yīng)用。國際上成像光譜儀是一項遙感前沿技術(shù)，它在地學(xué)遙感、天文觀測和軍事偵察等方面有廣闊的應(yīng)用前景，也是未來空間站考慮安裝的遙感器。

大氣、氣象和海洋觀測遙感器的探測波長區(qū)域大多數(shù)是以紅外波段為主，探測波長范圍已擴展到40~50μm，探測器類型有紅外掃描儀、輻射計、自旋掃描輻射計、臨邊掃描儀、剖面輻射計、千涉儀、光譜儀以及它們的組合型式。將這些類型的紅外遙感器裝載在氣象衛(wèi)星和航天飛機上，對水平和縱向大氣層、陸地、海面和氣象進(jìn)行觀測。紅外遙感已成為氣象監(jiān)測和預(yù)報必不可少的較為成熟的手段，還可監(jiān)測臭氧層密度和高度分布以及有害氣體在大氣中的分布。在海洋研究方面有機載和星載多種紅外遙感器，如機載紫外/紅外掃描儀(AUV/IRS)、紅外激光螢光系統(tǒng)、海洋和氣象衛(wèi)星裝載的可見一熱紅外輻射計(VTIR)、海岸帶彩色掃描儀等等，主要用于海洋環(huán)境、海水污染、近海面葉綠素的豐度和濃度的監(jiān)測，水的混濁度、海面溫度、海水范圍的調(diào)查以及海流圖的編制，為海洋生物學(xué)者和漁業(yè)提供信息。海洋遙感多與氣象遙感和陸地遙感相結(jié)合。

資源調(diào)查與環(huán)境監(jiān)測機載成像光譜儀在前述樣機的基礎(chǔ)上，作為第二代遙感器在90年代儀器將趨于定型，向?qū)嵱没?、商業(yè)化方向發(fā)展。隨著面陣探測器和紅外敏感元件工藝的提高，每行像元數(shù)由AVI/RIS的550將提高到數(shù)千個，波段數(shù)和分辨率也將成倍提高。熱紅外成像光譜儀將開始研制。16~32元線陣探測器熱紅外多光譜掃描儀將投人試驗和使用，我國成像光譜儀和熱紅外遙感技術(shù)也將向世界上最先進(jìn)的美國靠近。有源/無源雙工紅外成像系統(tǒng)系一種同時具有有源的紅外激光成像系統(tǒng)和無源的紅外成像系統(tǒng)兩種功能的機載紅外遙感器。有源系統(tǒng)探測景物的反射率差異，無源系統(tǒng)探測溫度和輻射系數(shù)(率)的差異。大多數(shù)自然景物和軍事目標(biāo)的反射率差異多于溫度的差異。有源成像系統(tǒng)對目標(biāo)剩余反射靈敏，而無源系統(tǒng)對燃火和熱輻射靈敏。這臺儀器具有兩種系統(tǒng)探測能力的優(yōu)點，對于識別地面目標(biāo)是很有利的。另外，應(yīng)開展有源紅外激光遙感器研究，它能取得被動系統(tǒng)無法得到的極窄波段的數(shù)據(jù)。

地球輻射和天文觀測為了研究地球輻射平衡，美國設(shè)計出“地球輻射收支實驗裝置(ERBE)”。它是由兩臺儀器組成的8個通道的遙感器。一臺儀器是大、中視場儀器，另一臺儀器是掃描儀。大中視場儀器包含5個通道，其中4個通道主要是觀測星下天底點的大地，它安裝在單軸常平架上，當(dāng)與軌道運動配合使用時，能用于對太陽觀測的純運動進(jìn)行周期校正。航天飛機紅外望遠(yuǎn)鏡裝置(SIRTF)系用于天文觀