为什么人造卫星能够看清地面上的人和汽车

在古代神话故事《封神演义》中，“千里眼”和“顺风耳”是最让神机妙算的姜子牙感到头疼的对手。如今，人们常把各种遥感卫星比喻成“千里眼”。遥感卫星远在距离地球几百甚至上千千米上空，为什么能看清地面上的人和汽车？

因为卫星上也装备了各种“千里眼”——高分辨率相机和各种遥感设备。

卫星上的可见光学遥感相机，其原理和我们日常生活中使用的照相机没有本质区别，只是焦距长达几米到十几米，通光口径很大，1米粗的主镜头就像大炮筒子。但是一味加大镜头会受到材料和制造工艺的限制，科学家研制出了用电荷耦合器件模拟合成孔径的相机（常称CCD相机），并用计算机处理数据，将多张数码照片叠加得到高清晰图像。

拍出好照片的另一重要因素是光照条件。光学遥感卫星要在有最佳日照时拍照，最佳轨道是高度在300千米到900千米之间的圆形太阳同步轨道。因为在这样的轨道上，卫星距离地面的高度不变，而且卫星经过的所有地域都是白天最佳光照时刻。

卫星图像传回地面后，还要经过光学校正、地形匹配等后期处理，才能生成我们能看懂的照片。比如，谷歌地球就是通过虚拟地球仪软件，把卫星影像、航空照片和地图布置在一个地球的三维模型上。用户可以通过一个下载到自己电脑上的客户端软件，免费浏览全球各地的高分辨率卫星图片。

地面分辨率是指在卫星遥感图像中能够将两个物体分开的最小距离。如果一幅卫星图片的分辨率为1米，就表示地面平面尺寸为1米见方的区域，在遥感图像上是一个像点，不管把这个图像放大多少倍，它都只是一个点。一般说来，地面上可识别的物体和尺寸，应为卫星地面分辨率的3～5倍。目前，在轨运行的美国“快鸟”等成像卫星，分辨率小于1米，可以发现天安门广场上垂直投影小于1米的游人，光照和天气条件良好时，甚至可以看见细细的高压线。在它们拍摄的上海东方明珠区域遥感照片上，可以分辨出马路上的分道线。目前，民用遥感卫星的最高分辨率是“地球之眼1号”卫星的0.41米，这个分辨率可以区分出马路上行驶的是卡车、大巴还是小轿车，但是要想区别是奔驰还是宝马，就得靠世界上最先进的成像卫星——美国“高级锁眼”侦察卫星，其最高分辨率可达到0.1米。

北京紫禁城的卫星图片

美国“地球之眼1号”卫星拍摄的迪拜

这些光学成像卫星虽是“千里眼”，但还有看不到的“盲区”。比如说，被观测目标处在阴暗处，被云、雾、伪装物遮挡，由于没有光照或光照不足，卫星上的可见光相机就看不到。其实，真正能够像神话人物“千里眼”一样，站在空中就能看到“姜子牙案头”的，是多光谱遥感和微波遥感技术，那才是入木三分的“千里眼”。一台多光谱探测器能够对几个、几十个甚至数百个感兴趣的单独谱段或连续谱段进行成像探测，以获取更丰富的物体信息。在处理这些信息时，可以针对某项特殊用途，单独提取一个谱段的信息，也可以把多个波段的信息叠合起来综合分析或成像。根据需要，多光谱遥感既可以用来对汽车进行精细探测，也可监测全球气候变化。（周武）