空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析

空间光学是利用航天飞机、卫星、飞船、空间实验室、空间站等空间飞行器，利用光学手段对目标进行遥感观测和探测的科学技术领域。主要手段是把光波作为信息的载体收集、储存、传递、处理和辨认目标信息的光学遥感技术。

空间光学的优势有很多，一是对地观测优势，空间光学可以对地球环绕观测地球的每一个角落，可以对地表成非常清晰的像，对于大气观测，灾害预报，环境监测，资源探测等方面有很大的优势。二是太空没有国界的限制，地表100公里以上的区域还是一片各方都可以涉足的无主之地。三是对外观测，过去人们曾经建过很多地面望远镜，但是地面望远镜受到大气扰动的影响，达不到望远镜的衍射极限分辨率。空间望远镜处于真空环境下，受到大气扰动小，更有利于达到望远镜的衍射极限分辨率。

空间光学遥感仪器的主要技术指标有以下几项：

1）空间分辨率

空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或者大小，是用来表征影响分辨地面目标细节的指标。空间分辨率所表示的尺寸、大小，在图像上是离散的、独立的，它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。

目前的空间遥感仪器基本上都是采用CCD或者CMOS作为探测器收集信息的，如果地面分辨率为1m，意味着CCD的一个像元对应地面宽度是1m。

空间分辨率示意图（资料来源：上帝之眼）

2）调制传递函数MTF

从信息角度来看，光学系统作为一个信息系统，输出的信息相对于输入的信息肯定会丢失一部分。我们常常使用对比度来表征这种信息，即MTF=（输出图像的对比度）/（输入图像的对比度），由于输出图像的对比度总是小于输入图像，所以MTF总是处于0-1之间。再根据不同的空间频率，即可获得系统的MTF图。

调制传递函数（MTF）示意图

3）地面覆盖宽度

对于面阵凝视成像CCD相机来说，地面覆盖宽度等于垂直飞行方向的CCD靶面尺寸所对应的地面宽度。对线阵CCD推扫成像相机来说，地面覆盖宽度等于线阵CCD总长度所对应的地面覆盖宽度。对于反射镜摆扫成像的相机来说，地面覆盖宽度等于反射镜摆扫角度所对应的地面覆盖宽度。

通常来说，地面覆盖宽度和地面分辨率是有冲突的，地面覆盖越宽，相机单次成像所得到的信息量越大，但同样的空间分辨率就越差。简单来说，就是看的范围越大，看的越不清楚。因此需要根据要求，来对这些矛盾进行合理的分配和解决。

根据要求大致粗略分级：

a、用于全球普查、全球环境变化研究，观测云层海洋气象等——地面分辨率为几公里——地面覆盖宽度几千公里级别。

b、用于观测海岸线、沿海、资源探测等——地面分辨率几百米——地面覆盖宽度几百公里级别。

c、用于军事探测、城市规划、观测特定区域——地面分辨率几米——地面覆盖宽度数十公里级别

d、用于军事详查、观测特定目标——地面分辨率零点几米——地面覆盖宽度十几公里级别。

4）光谱分辨率

光学遥感仪器收集光信息是具有一定光谱范围的，有些遥感器，如高光谱成像光谱仪，会从光谱的角度分析物体的目标特性。因此，我们需要光学遥感器具有一定的光谱分辨率。光谱分辨率主要体现在光谱成像的最小波长间隔，我们在使用光谱的过程中，不可能提取出单一光谱，总会具有一定的宽度，其中最小的波长区分度就是光谱分辨率。光谱分辨率和空间分辨率也有一定的矛盾，当光谱分辨率分的越细的时候，单个通道的能量就越少，因此需要的总能量越多，也就越需要更大的地面覆盖面积，即需要对空间分辨率进行一定的妥协。

5）辐射分辨率

辐射分辨率（英文名Radiometric Resolution）是指传感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变化量。对于可见光辐射计，辐射分辨率表示能分辨物体的微小反射率差的本领；而对于红外辐射计，辐射分辨率表示能分辨物体的微小温度差的本领。

6）信噪比

信噪比又称讯噪比，是指一个系统中信号与噪声的比例，信号指的是来自设备外部需要通过系统处理的信号，噪声是指该系统后产生的原信号中不存在的无规则额外信号。信噪比是光学遥感器辐射性能的重要指标。信噪比与目标的辐射和反射特性、背景特性、大气的透过率，光学系统的口径、相对空间、透过率，探测器的响应度、量子效率、比探测率等因素有关。

7）时间分辨率

时间分辨率是指对同一个观测目标的重访周期，为了观测目标随时间的变化情况，这个重访周期越短越好。重复观测同一个目标的时间间隔是时间分辨率。

时间分辨率在遥感中意义重大，利用时间分辨率可以进行动态监测和预报，可以监测植被动态、土地利用、城市变迁、沙洲累积等等，为公共事业提供实践服务。

8）定位精度

定位精度是指光学遥感器所获得的影像和目标真实位置之间的对应关系的精确程度。它决定于卫星姿态精度和稳定性，遥感器与卫星的相对位置的标定精度，遥感器内方位元素的标定精度等。

9）体积、重量、功耗

空间遥感器是要搭载航天飞行器的，而航天飞行器如航天飞机、火箭、空间站，其载荷能力都是有限的，所以对遥感器的体积、重量都有严格的要求。但是，另一方面为了实现空间遥感器的各项指标，如空间分辨率、光谱分辨率、地面覆盖范围等等，空间遥感器的体积和重量必然是非常大的，因此如何根据要求在其中取舍，也是一个需要思考的点。

10）寿命

空间遥感器的使用寿命要有严格的规定，在元器件选取、失判依据、故障分析以及备份替换、运转模式控制等方面要进行严格的论证，必须在寿命之内可靠运转。