“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机提升我国遥感技术

2018年5月9日，北京时间2时28分，我国在山西太原卫星发射中心成功发射“高分五号”高光谱卫星。中国科学院上海技术物理研究所承担研制卫星红外地平仪（已在入轨初期成功捕获地球）和可见短波红外高光谱相机。

作为“高分五号”卫星六大主载荷之一，可见短波红外高光谱相机是一种先进的遥感摄像技术设备，主要用于获取地球表面的高分辨率、多波段的遥感图像，具有高精度、高灵敏度、高分辨率等特点。该相机系统包括短波红外成像光谱仪和高光谱漫反射偏振相机，可以覆盖0.4-2.5微米范围内的12个波段，能够获取高质量的遥感图像和光谱信息。这种遥感技术广泛应用于环境监测、资源勘探、农业生产等领域，也可以为气候变化、自然灾害等提供关键数据支持。

可见短波红外高光谱相机以高光谱的方式实现是因为它可以同时获取地表的多个波段的光谱信息，这些波段是通过对地表反射的电磁波进行多角度、多波段的扫描获取的。相机会捕获不同波段的光谱信息，然后通过对这些数据进行分析和处理，提取出地表的不同特征和信息，包括地表的植被、土壤、岩石、水体等物质的光谱特征，从而实现对地表的快速、准确地检测和分析。 通过这种方式，可见短波红外高光谱相机可以用于地球科学、环境科学、气象学、农业等领域的数据采集和分析。

可见短波红外高光谱相机对地优于30米空间分辨率的连续成像，它具有330个光谱通道，比一般成像相机多了近百倍；其光谱覆盖可见光至短波红外的2100纳米范围宽度，比一般相机宽了近9倍；特别是同时实现的60公里高光谱成像幅宽，将极大提高对全球陆地环境生态资源的探测能力。与国际上经典的高光谱相机相比，该载荷幅宽提高8倍，光谱数增加近百个，信噪比提升近4倍；与美国、德国、日本、加拿大等国际上当前发展的高光谱相机比较，其综合性能和主要技术指标可保持5年以上的国际领先水平。

上海技物所提出的基于视场倍增远心成像和凸面光栅大平场度低畸变分光的高光谱成像方案，具有以下创新性特点：

1. 视场倍增远心成像：该技术通过将传感器与物镜的距离缩短，有效地减小了光学像差，提高了成像质量，同时利用远心成像方式使得成像系统具有大视场和高分辨率的优势。视场倍增技术可以有效缩短像差纠正需要的光学路程和结构，降低了光学系统的成本和复杂度。

2. 凸面光栅大平场度低畸变分光：该技术采用凸面光栅作为分光元件，在保持光谱分辨率的前提下，实现了大平场度和低畸变的特点。凸面光栅结构相比平面光栅更加简单，适用于高精度的光学系统，而且可以大幅度地提高分光元件的效率。

上海技物所的高光谱成像方案结合了视场倍增远心成像和凸面光栅大平场度低畸变分光技术，具有高分辨率、大视场、低畸变、高光谱跨度等优势，能够有效地提高遥感图像的质量和精度，为遥感技术的应用提供了更加可靠的技术支持。

短波红外高光谱相机能够捕捉地球表面反射出的短波红外辐射，通过对辐射光谱和能量的分析，可以获取地表物质的化学、物理信息，包括土壤、植被、水体、矿物等等。这对于环境监测、资源勘探、农业生产等领域都具有重要意义。此外，“高分五号”卫星还搭载了多普勒合成孔径雷达、高光度相机等多种遥感技术，可以实现高精度图像获取、三维地图绘制等功能。这将进一步提升我国在遥感领域的技术水平和应用能力。