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1、2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集对地观测与遥感技术王卫民南京电子技术研究所，南京2 1 0 0 1 3本文介绍对地观测与遥感技术的发展以及雷达和通信技术在遥感中的应用，对地面 遥感站的组成及工作原理给予了细详说明。对地观测，遥感技术，地面遥感站1 前言我国8 6 3 计划信息领域信息获取与处理技术主题( 8 6 3 3 0 8 ) 自1 9 8 6 年主题伊始即明确战略目标：发展各种信息获取与处理技术，重点是掌握高速、高精度的新型信息获取和实时图像处理技术，促进信息技术在各个领域的应用。进入9 0 年代以后，随着“信息高速公路”、“知识经济”、“数字地球”的提出，3 0 8 主题科学地
2、调整了战略目标，把对地观测逐渐作为了这一主题的主体内容。对地观察是指远距离获取地球信息的能力，通常是通过敏感电磁辐射的方法来获取地球地貌的信息。辐射传感仪器接收来自目标物体的特定辐射，将其转变为代表目标特性的电气形式的辐射数据，并对数据进行处理，实时传送回地面。遥感技术就是这种以对地观测为目的对军对民都极为有用的信息应用技术。众所周知，信息技术包括信息获取与处理，信息传输与传递，信息存储与显示，以及信息应用技术四个组成部分。信息获取与处理技术，是指利用电磁辐射媒介获取目标或自然物体信息的技术，在信息技术中属于上游的源头技术。遥感技术包含了信息技术这四个部分的全部内容。搭载在空间平台的辐射传感仪
3、器设备主要完成信息的获取、暂存( 以便对特定地点传送) 和部分信息处理工作；若干遥感地面站配合空间设备( 星地联网) 完成对所获取信息的传输传递工作；遥感地面站的记录与快视设备则完成对信息的存储、计算机图像处理及显示工作；而遥感技术的整个流程都是信息应用技术的体现。所获取的对地观察信息构成国家G I S 信息库，提供人们使用，为国民经济服务。随着可持续发展战略和环保意识的加强，随着遥感技术的蓬勃发展，重新认识地球环境和地球资源是全世界各个国家发展所面临的共同问题。广大发展中国家，人口增长过快，工业化过程不仅需要资源，而且还污染了自然环境。发达国家的能源和资源过度消耗，不再生资源迅速减少，世界的
4、环境与资源问题面临十分严峻的状况。准确地获取地球环境和资源的信息，是解决资源与环境问题的首要步骤。因此，必须建立可以随时监测整个地球的观测系统，掌握地球环境与资源的状况及变化，必须解决获取地球环境信息所必须使用的信息获取与处理技术。为此，要大力应用遥感技术，以中国数字地球战略空问信息资源重大需要为导向，研究发展遥感技术应用，形成具有我国自主产权的实用化遥感技术应用系统，开展数字图像处理及信息挖掘方法研究为我国数字地球战略铺垫基础，为国家可持续发展，国家安全战略服务。遥感技术获取信息的方法有三种：可见光照像技术，红外技术，微波雷达技术。由于雷达有不依赖光照和天气条件成像的特点，使其具有不同于光学
5、传感器的独特优势。雷达技术特别是具有相控阵的高分辨率合成孔径雷达( S A R ) 在遥感技术中得以广泛应用。遥感技术信息的传送是通过空问信道、地面信道组网协同完成，因此，现代通信理1 5 8 52 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集论也得到广泛的应用。遥感技术体现了雷达技术与通信技术的结合。2 雷达和通信技术在遥感技术中的应用雷达，是一种利用无线电波测定目标位置和有关参数的电子设备。R a d a r 原意是“无 线电检测和测距”，是R a d i oD e t e c t i o na n dR a n g i n g 的缩写。它利用对电磁波的反射，转发和自身辐射发现目标，并从接收信号中
6、提取位置、速度、形状和旋转等参数。为此，在系统组成上应具备电磁波信号的产生，发射，接收和测量及方向标定等功能。如图l 所示为脉冲雷达组成框图图1 脉冲雷达组成框图雷达信号有一个特点，即它在被目标反射之前，不含有任何所需要的信息，只有当被 所观察的目标反射后，雷达信号受到所观察目标的调制( 幅度，相位，频率等等) 之后，才包含所需要的目标信息，这是雷达信号与通信信号的最大区别。通常情形之下，雷达接收到的目标回波信号强度与作用距离的4 次方成反比例关系，因此，大多数情形之下，雷达技术都是与极小信噪比信号相伴。雷达为了提高其威力范围，不断地与噪声抗争，雷达通过对信号形式的设计，对信号的特殊处理( 脉
7、压、积累) ，提高雷达的分辨率、扩大其威力范围。雷达最初主要被用于观测各种飞行的空间目标，随后，地面和海面慢速运动，及一些特殊的重点目标也成了雷达观察的对象。对地侦察探测树丛中隐蔽的军事目标和地下工事的 需要导致了今天也在遥感技术中大显神威的合成孔径雷达( S A R ) 的诞生。可见光照相技术是一项古老而有效的信息获取技术，但它存在只能一次性使用和信息传输不方便等固有缺欠。雷达是一种主动探测设备，从信息学的角度来看，雷达技术属信息获取与处理技术部分，具有全天时，全天候的成像能力。特定频段对地物还有一定的穿透性，其成像的立体效应增强了地貌信息，这些优势使得雷达遥感技术越来越受到了广泛应用和深入
8、发展。通信技术主要目的是完成高速实时、有效可靠的信息传输。从信息学角度来看，通信技术属信息传输与传递部分，主要完成将已知信息在事先确定的信道上有效可靠传输和传递。为此目的，常常需对所要传输的信息进行特殊的处理与加工，比如调制，编码等等，图2是一般通信系统的原理框图：1 5 8 62 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集图2 通信系统模型组成框图与雷达信号不同的是，通信信号从传输的发送端开始就始终含有所需要的信息。由于传输的接收端通常是事先确定的，因此，通信信号的强度与传输距离 的2 次方成反比例。尽管在传输的信道上不可避免地要加入噪声，使传输信号带有某种不确定性，但为使接收端正常地解调出所需信
9、息，链路的设计需要保证传输信号的信 噪比高于门限值。因此，通信技术常常与大信噪比信号相伴。随着数字技术的发展，信息高速公路的建设，高速实时传递大量的遥感信息已成为可能，各地面接收站将接收到的大量的遥感数据信息实时传送到图像处理中心，从而实现对地观察的连续性。同时，随着计算机发展水平的提高，数字图像处理技术日新月异，这些都为遥感技术的商业化、产业化奠定了坚实的基础。蓬勃发展的遥感技术遥感技术的发展可以追溯到2 0 世纪的6 0 年代，它以气象卫星的应用开始，但真正进入实用阶段是2 0 世纪的8 0 年代到今天。经过2 0 多年的发展，已经成为一种产业，同时遥感技术的商业化发展又促进了它本身技术的
10、发展完善。遥感技术的发展既依赖于空间技术的发展，又离不开地面技术的发展，是典型的空地技术结合的产物。空间设备主要完成信息的获取和特定时间特定地区的遥感数据下传。地面设备主要完成对卫星的跟踪，对卫星下传的遥感数据接收，解调，记录，提供原始遥感数据以供进一步处理，从而获得遥感图像产品，图3 是地面接收站的组成方框图：J l 轨黼l 黼Jl 快视I 燃图3 遥感地面接收站组成框图1 5 8 7Ul 时统l 燃2 0 0 5 全国微波毫米波会议论文集遥感地面接收站通常：】：作流程为：首先根据卫星的轨道根数，计算卫星的星历表，获得卫星的运行轨道数据。当：卫星进入视区后，接收站天线系统开始实时跟踪卫星。卫
11、星的下传图像数据信息经过数据通道下变频送入解调设备。解调设备完成遥感图像数据的实时、高速解调处理( 1 6 0 M b p s ) ，还原出原始数据。原始数据分为二路，一路进入记录设备完成零级图像数据产品，另一路进行数据图像预处理，完成实时快速显示。当卫星过境后，将记录的遥感图像数据慢速回放，转存至其它媒体上，供以后进一步处理。也可将图像数据通过专线实时传输到处理中心，将若干地面接收站接收的遥感数据统一处理，将地面接收站联成网，完成卫星回放数据的接力接收。从遥感地面接收站的许多分系统应用中，都可以看到雷达和通信技术的应用。伺服及跟踪接收系统完全可从雷达系统移植。因为遥感卫星大多数是低轨道卫星(
12、 L E O ) ，通常以一定的速度飞行，雷达技术中成熟的具有高跟踪精度的单脉冲跟踪技术和具有快速响应及极小滞后的直流驱动伺服系统，正好符合上述特点。遥感地面接收站的数据通道高速解调技术，数据处理所用的记录，快视技术则更多地依赖于通信技术的发展。对图像数据的深加工处理以及站间数据交换和高自动化全站监控管理设备都离不开计算机的迅速发展。遥感卫星位置的确定，则须依靠所掌握的天文资料来预报，对卫星的捕获也依赖于整个系统的跟踪与测角精度。总之，遥感技术是一门多种技术综合一体的技术，可以预计在不远的将来，中国的遥感技术一定能将更好的、更高分瓣的图像产品，呈现在我们面前。4 结论本文重点介绍以对地视测为目的的遥感技术，对雷达技术、通信技术、遥感技术三者的区别与联系给予了说明。对地面遥感站的组成及工作原理作了详尽叙述。5 参考文献张钧屏等著，对地观测与对空监视，科学出版社，2 0 0 1郭华东等著，雷达对地观测理论与应用，科学出版社，2 0 0 0 ，王小谟等编，雷达与探测一现代战争的火眼金睛，国际工业出版社，2 0 0 0沈振元等编，通信系统原理，西安电子科技大学出版社，1 9 9 3魏钟铨等著，合成孔径雷达卫星，科学出版社，2 0 0 1周心铁等著，对地观测技术与数字城市，科学出版社，2 0 0 11 5 8 8
