来源: 科技日报  作者: 孙明源

　　科技日报实习记者 孙明源

　　9月7日11时01分，我国在太原卫星发射中心用长征四号丙遥四十运载火箭成功发射高光谱观测卫星。该卫星的使命是对我国大气、水体、陆地环境进行高光谱观测。

　　作为遥感技术的前沿领域，高光谱遥感对于很多人来说仍然是个比较“遥远”的专业名词。其实，高光谱的含义并不神秘。在接受科技日报记者专访时，高光谱观测卫星副总设计师李云端和江苏省农业科学院信息中心遥感大数据方向负责人毛星做出了相关的科普。

　　原来，高光谱遥感就像一只“眼睛”，只是它探测的光谱范围比人眼宽得多，也精细得多。而地面上的每种物体都有自己独特的光谱特征，就像“指纹”一样，专家通过高光谱遥感卫星获得的光谱信息就能识别出地物成分。

　　可以识别“指纹”的“天眼”

　　在高光谱观测卫星上，一共装载着七台遥感仪器，包含两台陆表成像仪与五台大气成分探测仪，探测谱段覆盖了从紫外到长波红外谱段，采用高光谱及高精度偏振等多种手段，获取大气和地表的空间几何、辐射、光谱和偏振等多种信息。

　　之所以说高光谱观测卫星就像“眼睛”，是因为卫星和人眼一样，都是通过获取光谱来采集信息的。但是，人眼的观测范围十分有限，仅限于对可见光频率范围内的观测，而高光谱观测卫星的“可见”范围要广得多。毛星介绍说，遥感仪器除了探测可见光到短波红外，还可以探测紫外、中红外和热红外等波段。如果把高光谱设备比作一台相机，它的功能就是可以在每个光谱波段拍一张照片，比如有的传感器在400—2500纳米范围内有330个光谱通道，就意味着，它一次能拍摄同一个区域的330张照片。

　　李云端以卫星上搭载的七台遥感仪器为例进行了深入解读：“卫星上搭载的可见短波红外高光谱相机可以在可见光到短波红外范围内连续光谱成像，它探测的光谱范围比人眼宽得多，也精细得多。它可精细识别各种地物，可以应用于生态环境监测、水体环境监测、地质找矿等领域。卫星上的另外六台载荷也很有特点，如全谱段光谱成像仪能获取中长波红外谱段的地物辐射信息，精确探测地物温度和干旱等情况。大气痕量气体差分吸收光谱仪可以获取紫外到可见光的高光谱信息，探测大气中二氧化氮等污染气体，这种大气中二氧化氮的浓度大概为10ppb量级(ppb为十亿分之一)，探测精度必须要求很高。多角度偏振成像仪和高精度偏振成像仪两台仪器对大气联合探测，可以监测全球大气细颗粒物污染(PM2.5/PM10)情况。温室气体监测仪可以同时探测大气中的二氧化碳和甲烷。吸收性气溶胶探测仪可以在有薄云的情况下高分辨率探测雾霾分布。”

　　卫星收集到大气和地表的光谱信息，包含了各种目标地物的光谱特征，这些地物都有自己独特的光谱特征，就像人的指纹一样，而科学家就可以利用这些光谱信息识别出地物成分。

　　先进技术解决遮挡、混叠问题

　　我们可以将地物的光谱特征比作指纹，但现实当中的指纹识别是存在模糊、混淆等问题的，高光谱观测卫星会不会遇到这个问题呢?毛星表示，在高光谱观测的实际应用中很容易存在异物同谱和同物异谱的现象，例如树和草地的光谱曲线有时看起来就是差不多的，同一棵树从两个位置观测得出的光谱曲线也可能存在差异。实际应用当中，为避免以上这两种情况，科学家不仅会利用物体的光谱信息，还要结合物体的空间位置信息来进行区分。

　　除了异物同谱和同物异谱等问题，李云端介绍说，当高光谱仪器的一个像元中观测到多种物质时，会出现光谱混叠的现象。科学家依靠成熟的算法解开混叠，该算法可以根据不同成分对光谱的影响程度，计算出不同成分的含量。此外，科学家们还在研发新一代高光谱成像仪，以进一步提高成像仪的空间分辨率，使获取的光谱“更纯”，一定程度上减少光谱混叠。