导航运用了什么遥感技术(航天遥感技术的应用)
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遥感技术
地质遥感(RS:Remote Sensing)方法始于20世纪40年代,当时主要是利用大、中比例尺的航空图片进行目视解译。后来这些方法又应用到星载遥感图像中,如应用到可见光、热红外光和雷达图像中等。
70年代以来,陆地卫星遥感技术的工作波段从可见光-近红外光扩大到可见光-近红外光与热红外光,传感器ETM和ETM+TM增加了P波段(520~900nm),提高了空间分辨能力(从15m到10m再到5m)。
进入80年代,地质遥感方法出现了质的飞跃,主要表现在能够:①以数字记录方式获取空间信息;②利用计算机处理地表图像和③利用地理信息系统将多元数据结合分析,如对遥感、地球物理、地球化学和地质数据进行分析。新一代的工程遥感以数字形式记录,可获取机载或星载遥感电磁波谱中不同波段的信息,分低(1000m)、中(600~30m)、高(10~2m)3种分辨率。被动遥感可获取频段很宽的回波信号;主动遥感尤其是雷达遥感可获取或记录不同极化状态的数据。
20世纪90年代遥感技术研究有2个前沿方向:一是成像光谱遥感技术;二是成像雷达遥感技术,而以后者发展尤为突出。自1991年以来,人们已先后发射入轨6个星载及航天机载合成孔径雷达(SAR:Synthetic Aperture Radar)。
20世纪末的遥感技术在应用上有2个特点:其一是遥感数据的来源不断拓宽、更新以及数据的分辨率和精度的不断提高,因而使人们对图像数据的使用有了选择的余地,可利用的数据除陆地卫星(Landsat)外还有Spot、Radarsat、Moms、ERS-1、JERS-1和中国的资源卫星提供的数据以及航空遥感数据等。1990年,美国对南半球海域的高精度星载雷达测高数据(Geosat/GM)解密。同时,用于提高测量覆盖率和换算精度的多星、多轨道数据加密技术得到解决,使星载雷达测高技术用于海底地形、构造研究与制图达到一定程度实用化。加拿大于1995年发射的Radarsat-1雷达卫星标志着星载微波遥感的突破性进展。该卫星对扫描式成像可分别做500km宽幅带、100m地面分辨率和50km宽幅带、优于10m地面分辨率两种成像模式。1997年底,1m分辨率的Space Imaging EOSAT的先期卫星CARTERRA-1发射升天。1996年日本首次发射了用于全球变化研究的“高级地球观测卫星”(ADEOS),对陆地和海洋进行精确的数据采集和成图。其二是遥感图像数据处理方法的不断完善和应用领域的不断扩大。其应用范围不但有地质资源调查、环境、工程、铁路勘测,还有煤层自燃、森林火灾和洪水灾害监测等。
美国首次发射了磁卫星MAGSAT,用于全球磁力矢量测定,并据此将地球磁场分为核心场、壳源场和外部场3部分。另外,利用卫星轨道参数变化可获得多级大地水准面形态及地球南北半球的非对称关系。
空间技术、信息技术和计算机技术的发展,推动了卫星遥感技术的进步。遥感影像空间分辨率和光谱分辨率的提高扩展了它的应用领域。计算机运算速度和容量成数量级的增加、数据库技术和网络技术的发展以及人工智能的应用为分析处理大数据量的遥感和地理数据创造了条件。而数学模型作为联系遥感、地理信息系统与实际应用之间的纽带则处于十分重要的位置。
未来遥感技术的发展趋势是综合对地观测系统的建立。这一观测系统由航天、航空和地面观测组成,具有提供定位、定性和定量数据的能力。这一系统又是一个全天候、全方位的综合系统,能对地理、生物、地球物理场和化学过程进行全面调查,从而为资源开发、环境保护、区域经济协调和持续发展提供系统的科学数据和信息服务。对地观测空间卫星子系统是由大型极轨组合平台和小卫星系列即多高度、多种轨道卫星组合成的观测体系。从资源与环境监测需要的角度来看,卫星发展的重点包括能连续提供高质量的观测数据、具长寿命的观测技术、以定量化为目标的超多波段成像光谱技术、不受云层影响的微波传感器技术、以海洋和大气为主要对象的探测器技术和能在全球空间、全天候、全时域进行连续、快速和高精度导航定位的全球定位系统技术。
A.V.Perisov(1998)认为21世纪遥感技术有如下两个发展方向:
(1)在遥感数据处理子系统中,多波段雷达系统因其不受气候条件限制,故得到迅速发展;热红外遥感系统的空间分辨率和温度分辨率将得到提高,从而可以探测深层的地下构造。光谱仪和扫描仪的分辨率已达极限,但仍将用于植被覆盖区研究。
(2)在遥感数据解译子系统中,计算机专家系统将逐渐发展起来。高速度、高精度、大容量遥感数据处理系统的建设是21世纪遥感技术发展中的另一重要问题。由于在资源与环境动态监测中要查清的季度和年度变化的数值很小,因而对精度的要求很高,一般应稳定在90%~95%。同时,空间遥感技术的发展将导致传感器空间分辨率和光谱分辨率等的大幅度提高,从而使卫星图像的数据量和计算机处理运算量大幅度增加。在这方面,神经网络计算机和专家系统将对高速度、大容量遥感与地理信息系统数据处理系统的建设提供强有力的支持。采用神经网络,可利用其全并行处理、自适应学习和联想功能等特点,解决计算机视觉、模式识别等特大数据量和信息特别复杂的问题。
此外,作为星载成像雷达的有力支持系统,部分主动式机载微波系统具有更强的资源勘察潜力。美国的机载留米奈克斯系统(紫外光源激发)能检测出与W、Mo、Zn、Au和U等矿床相伴生的荧光性矿物的分布。表5.1列出了部分星载成像雷达系统的相关数据。
表5.1 部分星载成像雷达系统
续表
遥感技术可以应用到哪些领域?
遥感技术应用于武器制导上,可以大幅度提高命中精度。遥感技术应用于探测来袭的战略弹道导弹,能够提供25分钟的预警时间。遥感技术应用于军事侦察和军事测绘,能够减少飞机和舰艇的导航误差,从而提高作战效果。遥感技术应用于地质方面,可以进行全球性地质现象的研究,有利于寻找新的矿物资源,还可以对地震、火山等情况进行预报,还能对沙土移动以及河口演变等提供详细的资料。遥感技术应用于海洋水文方面,能为寻找地下水提供线索,还可以测量海水的深浅,为发展海洋事业提供依据。遥感技术应用于农林方面,可以进行大面积农情调查,掌握灌溉、排涝、施肥、除虫的时机”,以便采取相应的措施,还可以估算森林资源,测量土质和牧草情况,为发展农牧业创造条件。遥感技术应用于环境监测方面,可以观察大气污染情况,帮助寻找污染源,检查植被的损坏情况等,以便更好地采取措施,保护生态环境。
遥感的主要环节、GPS的组成、GRS的应用举 例
(2)GPS
即全球定位系统。简单地说,这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻,地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星,以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度,以便实现导航、定位、授时等功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人,安全、准确地沿着选定的路线,准时到达目的地。
GIS
物质世界中的任何地物都被牢牢地打上了时空的烙印。人们的生产和生活中百分之八十以上的信息和地理空间位置有关。地理信息系统作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技术和学科,近年来得到了广泛关注和迅猛发展。
从技术和应用的角度, GIS 是解决空间问题的工具、方法和技术;从学科的角度, GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科,具有独立的学科体系; 从功能上, GIS 具有空间数据的获取、存储、现示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能;从系统学的角度, GIS 具有一定结构和功能,是一个完整的系统。
简而言之, GIS 是一个基于数据库管理系统( DBMS )的管理空间对象的信息系统,以地理空间数据为操作对象是地理信息系统与其它信息系统的根本区别。
RS
遥感是以航空摄影技术为基础,在本世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感,自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后,标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的发展,目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象,地质地理等领域,成为一门实用的,先进的空间探测技术。
遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的,它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理,识别地面上各类地物,具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料,并从中获取信息,经记录、传送、分析和判读来识别地物。
什么是遥感技术?
在古代神话中,齐天大圣孙悟空能知道遥远地方发生的事。可是,你知道吗?在我们现实生活中也有这种神通广大的家伙,这就是遥感技术。什么是遥感技术呢?它就是不直接与目标物接触而通过利用电磁波信号远距离感知目标及其性质和状态的一项新兴技术。
遥感技术于19世纪问世。早在1839年,人类就利用它获得了第一张照片,1858年法国人首次乘气球在巴黎上空进行了空中摄影实验,到1903年发明了飞机之后,航空摄影迅速地发展起来。1957年第一颗人造卫星升空时,人们把遥感装置装在了卫星上,开始出现了从宇宙空间进行无线电侦察和探测的方法,从此遥感技术进入了实用阶段,成为一种综合性的探测技术。美国战略通信卫星就是通过现代化的无线电仪器设备,来感知远方军事目标真相的。到20世纪60年代以后,遥感技术又应用到了国民经济的各个部门,如农林、水文、地质、海洋、测绘、环境保护、工程建设等许多方面。1972年美国发射了第一颗地球资源卫星,人们通过电磁波手段,首次完整地看清了地球的全貌,获得了极其丰富的地物资料。随着空间技术的发展,人类通过遥感技术从宇宙中得到了很多宝贵的资料。这说明人类通过遥感技术对未知领域的勘测和探索,进入了一个新的阶段。
我们所说的遥感技术的原理是怎么回事呢?大家知道,地球上所有的物体都能辐射电磁波,通过遥感器接收来自物体的电磁波,再通过光学和电子技术处理后,从中了解物体的状态和性质,进而获取有关的信息。
遥感系统是一个团结的集体,成员有:遥感器、遥感平台、信息传输设备和信息处理设备。其中最重要的是遥感器,它的主要任务是感受来自目标的电磁波信息,通常由高分辨率照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪等担任。遥感平台是用来安装遥感器的。信息传输设备是完成遥感平台与地面物体之间信息传递工作的。信息处理设备是对所接收封的信息进行处理的地方,主要有图像处理设备、彩色合成仪和电子计算机等。
遥感系统这个大家庭是可以分类的。按遥感器载体不同可分为:地面遥感、航空遥感、航天遥感;按工作原理不同可分为:主动遥感和被动遥感;按遥感方式不同可分为:可见光遥感、红外遥感、紫外遥感、微波遥感等。无论怎样分类,每一类遥感系统在捕获远方信息方面,都具有很大的威力,特别是航天遥感技术更是占尽风光,很多国家的军事情报都是通过航天遥感技术获取的。到20世纪80年代中期,世界各国共发射了3000多颗人造卫星,其中70%以上直接或间接地应用在军事上,上面装有各种遥感器,能对地面环境进行连续不断地侦察和监视。可见光遥感分辨率很高,可以清楚地了解到地面上的物体;红外遥感可昼夜工作并能识别地面上的伪装物;多光谱遥感更是优越,它同时具有可见光遥感和红外遥感的全部优点;微波遥感分辨率更高,它能穿过云雾、植被和地表,在从侦察卫星上获得的照片中,能够清楚地看出机场跑道、滑行中的飞机、导弹发射架等军事目标,还能区分坦克和车辆的类型。概括起来说,它们的共同优点是:侦察范围广,不受地理条件的限制,发现目标迅速准确等。大家看,遥感的本领是不是很了不起啊!
其实,遥感所能做的工作还有很多。比如,遥感技术应用于武器制导上,可以大幅度提高命中精度。遥感技术应用于探测来袭的战略弹道导弹,能够提供25分钟的预警时间。遥感技术应用于军事侦察和军事测绘,能够减少飞机和舰艇的导航误差,从而提高作战效果。遥感技术应用于地质方面,可以进行全球性地质现象的研究,有利于寻找新的矿物资源,还可以对地震、火山等情况进行预报,还能对沙土移动以及河口演变等提供详细的资料。遥感技术应用于海洋水文方面,能为寻找地下水提供线索,还可以测量海水的深浅,为发展海洋事业提供依据。遥感技术应用于农林方面,可以进行大面积农情调查,掌握灌溉、排涝、施肥、除虫的时机”,以便采取相应的措施,还可以估算森林资源,测量土质和牧草情况,为发展农牧业创造条件。遥感技术应用于环境监测方面,可以观察大气污染情况,帮助寻找污染源,检查植被的损坏情况等,以便更好地采取措施,保护生态环境。
事实上,通过遥感技术所获得的不同信息往往是重叠在一起的。这就必须研究目标的电磁特性,掌握电磁波与地、物作用的一般规律,才能从遥感图像上准确地获得更多有用的资料。
今后,遥感技术的发展趋势是:从被动遥感向被动遥感与主动遥感相结合的方向发展;从单一电磁波遥感向多波种相结合的遥感方向发展;从半天候遥感向全天候遥感方向发展;从定性遥感向定量遥感的方向发展。随着时间的推移,伴随着科学的不断进步和深入发展,遥感技术将变得越来越不同凡响!