遥感传感器

遥感传感器是测量和记录被探测物体的电磁波特性的工具，是遥感技术系统的重要组成部分。遥感器通常由收集器、探测器、信号处理和输出设备四部分组成。收集器由透射镜、反射镜或天线等构成；探测器指测量电磁波性质和强度的元器件；典型的信号处理器是负荷电阻和放大器；输出包括影像胶片、扫描图、磁带记录和波谱曲线等。根据不同工作的波段，适用的传感器是不一样的。

遥感传感器根据不同工作的波段，适用的传感器是不一样的。摄影机主要用于可见光波段范围。红外扫描器、多谱段扫描器除了可见光波段外，还可记录近紫外、红外波段的信息。雷达则用于微波波段。

遥感器(Remote Sensor)也称传感器、探测器，是远距离感测地物环境辐射或反射电磁波的磁仪器，通常安装在不同类型和不同高度的遥感平台上。

按遥感器本身是否带有电磁波发射源可分为主动式(有源)遥感器和被动式(无源)遥感器两类。主动式的遥感器向目标物发射电子微波，然后收集目标物反射回来的电磁波的遥感器，目前，在主动式遥感器中，主要使用激光和微波做为辐射源；被动式的是一种收集日太阳光的反射及目标，自身辐射的电磁波的遥感器，它们工作在紫外，可见光，红外，微波等波段，目前，这种传感器占太空遥感器的绝大多数。按遥感器记录数据的不同形式，它又可分成像遥感器和非成像遥感器，前者可以获得地表的二维图像；后者不产生二维图像。在成像传感器中又可分细分为摄影式成像遥感器(相机)和扫描式成像遥感器，相机是最古老和常用的遥感器，具有信息贮存量大，空间分辩率高、几何保真度好和易于进行纠正处理。空间扫描方式和物空间扫描方式两种。前一种方式的代表是电视报像机,后一种方式的代表是光机扫描仪。推帚式扫描仪(固体扫描仪,也叫CCD摄影机)是两种方式的混合，即在行进的重直方向上是图像平面扫描,在行进方向上是目标平面扫描。从可见光到红外区的光学领域的遥感器统称光学遥感器，微波领域的传感器统称微波遥感器。

地表物质的组成及为复杂多样，要充分探测它的各方面特性，最理想的办法无疑是全波段探测，因为单一波段的探测只能反映某几个方面特性，常常遗失掉可能是主要的信息内容，不能反映出目标的全貌，对以后的目标识别造成困难等等，但全波段探测需要的设备太多太复杂在实践中未必可能，也不一定必要，目前的做法是采用若干个典型的波段，对同一个目标同时进行探测的信息量可以充分了解它的特性，而又不表示设备太庞大太复杂，这就是所谓多光谱遥感技术，这是当前遥感器的主要工作方式之一,多波段摄影相机或扫描仪,无论是装在遥感飞机上或是人造卫星上，都能获的光谱分辩率较高，信息量丰安全检查的图像和数据。

传感器的组成无论哪一种传感器，它们基本是由收集系统、探测系统,信息转化系统和记录系统四部分组成。

(1)收集系统：遥感应用技术是建立在地物的电微波谱特性基础之上的，要收集地物的电磁波必须要有一种收集系统，该系统的功能在于把接收到的电磁波进行聚集，然后关往探测系统。不同的遥感器使用的收集元件不同，最基本的收集元件是透镜、反射镜或天线。对于多波段遥感，收信系统还包括按波段分波束的元件，一般采用各种散元个成分光之件，例如：滤光片、棱镜、光栅等。

(2)探测系统：遥感器中最重要的部分就是探测元件，它是真正接收地物电磁辐射的器件，常用的探测元件有感光胶片，光电敏感元件，固体敏感元件和波导等。

(3)信号转化系统：除了摄影照相机中的感胶片，电广从光辐射输入到光信号记录，无须信号转化之外，其它遥感器都有信号转化问题，光电敏感元件，固体敏感元件和波导等输出的都是电信号，从电信号转换到光信号必须有一个信号转化系统，这个转换系统可以直接进行电光转化，也可进行间接转换，先记录在磁带上，再经磁带加放，仍需经电光转换，输出光信号

(4)记录系统：遥感器的最终目的是要把接收到的各种电磁波信息，用适当的方式输出，输出必须有一定的记录系统，遥感影像可以直接记录在摄影胶片等上，也可记录在磁带上等。

光学遥感器的特性光学遥感器所获取的信息中最重要的特性有三个，即光谱特性，辐射度量特性和几何特性，这些特性确定了光学遥感器的性能。

(1)光谱特性主要包括遥感器能够观测的电磁波的波长范围，各通道的中心波长等。在照相胶片型的遥感器中，其光谱特性主要由所用的胶片的感光特性和能用滤光片的透射特性率决定；而在扫描型的遥感器中，则主要由所用的探测元件及分光元件的特性来决定。

(2)光学遥感器的辐射度量特性主要包括遥感器的探测精度（包括所测亮度的绝对精度和相对精度)、动态范围(可测量的最大信号与遥感器的可检测的最小信号之比)，信噪比(有意义的信号功率与噪声功率之比)等等，除些之外，还有把模拟信号转换为数字量时所产生的量化等级，量化噪声等。

(3)几何特性是用光学遥感器的获取的图像的一些几何学特征的物理量的描述的，主要指标有视场角，瞬时视场，波段间的配准等，视场角(FieldOf View-FOV)指遥感器能够感光的空间范围，也叫立体角，它与摄影机的视角扫描仪的扫描宽度意义相同；瞬时视场(IntantaneousField OfView-IFOV)是指探测系统在某一瞬时视场辐射列成像仪的总的辐射通量，而不管这个瞬时视场内有多少性质不同的目标。也就是说，遥感器不能分辩出小于瞬时视场的目标。因此，通常也把遥感器的瞬时视场称为它

的“空间分辩率”，即遥感器所能分辨的最小目标的尺寸；波段面的配准用来衡量基准波段与其它波段的位置偏差。

典型传感器当前，航天遥感中扫描式主流传感器有两大类：光机扫描仪和扫帚式扫描仪。

(1)光机扫描仪：光机扫描仪是对地表的辐射分光后进行观测的机械扫描型辐射计，它把卫星的飞行方向与利用旋转镜式摆动镜对垂直飞行方向的扫描结合起来，从而收到二维信息。这种遥感器基本由采光、分光、扫描、探测元件,参照信号等部分构成。光机发描仪所搭载的平台有极轨卫星及飞机陆地卫星Landsat上的多光谱扫描仪(MSS)，专题成像仪(TM)及气象卫星上的甚高分辨率辐射计(AVHRR)都属这类遥感器。这种机械扫描型辐射计与推帚式扫描仪相比具有扫描条带较宽，采光部分的视角小，波长间的位置偏差小，分辨率高等特点，但在信噪比方面劣于像面扫描方式的扫帚式扫描仪。

(2)扫帚式扫描仪：扫帚式扫描仪也叫刷式扫描仪，它采用线列或面阵探测器作为敏感元件，线列探测器在光学焦面上垂直于飞行方向作横向排列，当飞行器向前飞行完成纵向扫描时，排列的探测器就好象刷子扫地一样扫出一条带状轨迹，从而得到目标物的二维信息，光机扫描仪是利用旋转镜扫描，一个像元一个像元地进行采光，而扫帚式扫描仪是通过光学系统一次获得一条线的图像，然后由多个固体光电转换元件进行电扫描。推帚式扫描仪代表了新一代遥感器的扫描方式，人造卫星上携带的推帚式扫描仪由于没有光机扫描那样的机械运动部分，所以结构上可靠性高，因此在各种先进的遥感器中均获得应用，但是由于使用了多个感光元件把光同时转换成电信号，所以当感光元件之间存在灵敏度差时,往往产生带状噪声，线性阵列遥感器多使用电荷偶合器件CCD，它被用于SPOT卫星上的高分辨率遥感器HRV,日本的MOS-1卫星上的可见光－红外辐射计MESSR等上。基于CMOS图像传感器的纳型卫星遥感系统设计

时间：2009-09-15 09:50:32 来源：电子设计信息网作者：尤政于世洁林杨纳型卫星是指质量在1～10kg 之间的卫星。与微型卫星相比, 纳型卫星对遥感系统在质量、体积、功耗等方面的要求更加苛刻。目前广泛用于微型卫星遥感系统的电荷耦合器件CCD很难满足纳型卫星的使用要求。CMOS图像传感器采用标准的CMOS 技术, 继承了CMOS 技术的优点, 如静态功耗低、动态功耗与工作频率成比例、噪声容限大、抗干扰能力强、特别适合于噪声环境恶劣条件下工作、工作速度较快、只需要单一工作电源等。虽然CMOS 器件的研究还未完全成熟, 如电离环境下暗电流稍大等问题还没有很好地解决,还不能完全取代CCD, 但不可否认CMOS 器件将是未来遥感传感器的发展方向。本文设计了一套纳型卫星CMOS 遥感系统, 并对其进行了热循环实验研究。

1纳型卫星遥感系统的设计

1. 1遥感系统总体设计