遙感如今已經成為(wei) 人們(men) 比較熟悉的科學技術，但很多人不太清楚，遙感也分為(wei) 航空遙感和航天遙感。簡單地說，航空遙感是用飛機，航天遙感則是用衛星。它們(men) 是對地觀測係統的兩(liang) 大支柱，兩(liang) 者不可替代、相互補充。其中，航空遙感具有機動靈活、觀測量豐(feng) 富、觀測載荷種類多、響應時間短等優(you) 勢，是區域高分辨率獲取數據的重要來源，也是眾(zhong) 多載荷走向航天的必由之路。

　　航空遙感，方興(xing) 未艾，不可替代

　　航空遙感，不僅(jin) 能“看”到，還能幫助科學家們(men) “透視”——2023年3月至5月期間，作為(wei) 我國第二次青藏高原綜合科學考察研究和民用P波段合成孔徑雷達（SAR）衛星科學論證計劃的重要組成部分，中國科學院等相關(guan) 院所在青海省八一冰川地區組織實施聯合航空遙感科學實驗，對解決(jue) 冰川厚度遙感監測難題、突破冰儲(chu) 量估算瓶頸、引領下一代冰凍圈遙感技術具有重大意義(yi) 。

　　這一實驗即基於(yu) 由中國科學院空天信息創新研究院（空天院）所屬中國科學院航空遙感中心建設與(yu) 運行的國家重大科技基礎設施——航空遙感係統開展。

　　航空遙感係統，就是把多種對地觀測載荷單/同時集成在一架飛機上，通過航空飛行來實現對地觀測。與(yu) 所有的遙感係統相似，航空遙感係統也包括飛行平台、載荷（遙感器）、接收、處理和應用各子係統所組成。其中，航空遙感飛行平台即航空遙感飛機，載荷則包括可搭載於(yu) 航空遙感飛機上的多種類型的光學與(yu) 微波載荷，以及一係列地麵定標設備。此外，航空遙感係統還包括儲(chu) 存、處理多源數據融合的綜合處理和管理係統，可存儲(chu) 、處理和分析海量航空遙感數據。

　　與(yu) 衛星遙感相比，航空遙感具有分辨率高、觀測量豐(feng) 富、載荷配置靈活、響應時間短等獨特優(you) 勢，是區域高分辨率多源遙感數據的最重要來源。例如，航空遙感可以根據特定任務的需求進行靈活配置和定製，可以選擇適當的載荷、平台和飛行參數，以滿足特定區域、時間和任務的需求，這種靈活性使航空遙感在特定研究和應用領域具有較大優(you) 勢。又如，相對於(yu) 衛星遙感，可以根據需要在特定時間段內(nei) 進行多頻次觀測，這對於(yu) 環境監測、災害評估和農(nong) 作物生長監測等應用非常有價(jia) 值。

　　當然，航空遙感也有自身局限性，例如單架次成本高、覆蓋範圍有限、無法實現全球連續監測等。因此，航空遙感和衛星遙感常需搭配使用，需要綜合考慮研究或應用的需求、可用的資源和預算以及目標區域的特點，選擇適合的遙感數據獲取方式。

　　兩(liang) 代係統，從(cong) 引進到自主研發

　　目前，空天院擁有4架遙感飛機，均可適裝不同類型的載荷開展各類對地觀測與(yu) 試驗。它們(men) 也構成了我國兩(liang) 代航空遙感係統的建設典範。

　　其中，我國第一代航空遙感係統的飛行平台為(wei) 獎狀遙感飛機，於(yu) 1986年引進，為(wei) 美國塞斯納公司citation 550 II型小型公務飛機，最大升限13000米，最大航程3300千米，最高航速746千米/小時，可以保障科研人員在萬(wan) 米高空、青藏高原、南海深處、沙漠腹地等環境開展科學試驗。兩(liang) 架獎狀遙感飛機投入運行後，航空遙感中心組織了國內(nei) 20多家科研單位聯合攻關(guan) ，經過多年努力，以遙感飛機為(wei) 高空平台，集成了包括可見光、近紅外、熱紅外和微波波段等在內(nei) 的多套傳(chuan) 感器，從(cong) 而構成中國第一套也是當時最先進和規模最大的航空遙感係統，該係統於(yu) 1993年獲中國科學院科學技術進步獎特等獎。

　　進入新世紀後，隨著我國經濟社會(hui) 高速發展，建設具有多載荷裝載能力和協同作業(ye) 能力的大型航空遙感平台、實現多種類傳(chuan) 感器同時、同一區域的聯合觀測，成為(wei) 國家之急需。2010年，國家發展改革委批複立項、空天院建設和運行的航空遙感係統國家重大科技基礎設施項目開工建設，主要建設內(nei) 容包括新舟60高性能航空遙感飛行平台、先進的信息獲取係統、數據處理與(yu) 管理係統等。2021年7月，基於(yu) 新舟60遙感飛行平台的新一代航空遙感係統建成並通過國家驗收。這是我國第一個(ge) 綜合性的國家航空遙感係統，技術複雜、研製難度大、創新性強，屬國內(nei) 開創性工作，打破了國外對我國遙感設備和飛行平台的技術封鎖，突破了遙感平台、對地觀測載荷、數據綜合處理等關(guan) 鍵技術，實現了我國大型航空遙感平台和係統從(cong) 無到有的跨越，是我國目前綜合能力最強的航空遙感平台和科學實驗平台，其綜合性能與(yu) 美國、德國等先進航空遙感係統相當，整體(ti) 技術居國內(nei) 領先、國際先進水平。

　　“空中變形金剛”，改裝與(yu) 迭代突破

　　航空飛行平台是航空遙感係統的重要組成部分，為(wei) 觀測者提供了宏觀和廣闊的視角。改裝水平則是體(ti) 現其技術水平的關(guan) 鍵之一。

　　改裝後的獎狀遙感飛機能夠同時提供密封、非密封環境，可以分別裝載多/高光譜、激光雷達、熱紅外、微波、大氣等多種傳(chuan) 感器。

　　其中，獎狀遙感飛機1號機開設的是光學窗口，這既要求改裝窗口具有足夠大的尺寸，又要確保窗口玻璃具有優(you) 良、穩定的光波透過率。除對地觀測，還可能同步采集機艙外部空氣，因此需在機身上再開設大氣聯通采樣窗口；另外還有些設備必須安裝在非密封環境。為(wei) 了滿足這些需求，工程人員在1號機機身上開設了包含1處非密封艙在內(nei) 的7處試驗窗口。獎狀遙感飛機2號機除具有與(yu) 1號機基本相同的大部分光學改裝窗口外，同時可在機艙內(nei) 外同時裝載微波遙感設備，包括機腹可掛載不超過100千克的機外設備。在機艙外掛載設備會(hui) 改變飛機的氣動外形，對飛機飛行安全產(chan) 生直接影響，是件非常敏感的重大事件，也體(ti) 現了航空遙感係統建設的工程和關(guan) 鍵技術水平。

　　新建成的新一代國家級航空遙感係統中，新舟60遙感飛機由中航西飛民用飛機有限責任公司研製、生產(chan) ，具有中國自主知識產(chan) 權，也是在國內(nei) 外航線上唯一批量投入商業(ye) 運行的國產(chan) 渦槳支線客機。該機型裝載能力強、綜合性能優(you) 、可改裝條件好，是大型航空遙感係統的理想飛行平台。

　　針對項目要求，研究人員提出了“一機七種適航構型”技術方案，並突破了飛機多外掛物氣動布局、艙外多掛點和機體(ti) 連續大開口飛機結構設計、複雜任務設備集成試飛與(yu) 適航審定等關(guan) 鍵技術，於(yu) 2016年12月實現首飛，2018年12月、2019年12月先後完成2架飛機的交付。經過試運行，最終支持全係統完成了綜合集成、指標驗證、驗收測試等，建成了具有7種適航構型、18個(ge) 對地觀測窗口的先進遙感飛機，填補了國內(nei) 具有長航程、多功能、多觀測窗口的中大型航空遙感飛機研製空白以及一係列國內(nei) 民機研製的技術空白，成為(wei) 國內(nei) 綜合能力最強的航空遙感平台和科學實驗平台。新舟60遙感飛機也因“一機七構型”的改造被稱為(wei) “空中變形金剛”，可以滿足光學、微波、激光、紅外等多達5-6種載荷同時安裝，數據協同獲取、記錄、處理、傳(chuan) 輸等環節同步工作及多名操作人員同時工作的空間要求。

　　空中實驗室，深度應用，未來可期

　　無論是基於(yu) 獎狀遙感飛機的第一代航空遙感係統，還是基於(yu) 新舟60的新一代國家航空遙感係統，在不同時期均發揮了重要作用，並在科學研究、農(nong) 業(ye) 農(nong) 村、生態環境、自然資源、國土測繪和應急減災等行業(ye) 和領域得到了深入廣泛的應用。

　　已運行近40年、基於(yu) 獎狀遙感飛機的航空遙感係統，充分發揮其平台高空、高原飛行上的性能優(you) 勢，完成了國家交付的資源探測、對地科學試驗、應急救援等各類型重大任務，飛行足跡西抵帕米爾高原、東(dong) 到黑河流域、北至阿爾泰山和漠河、南達南海三沙，除台灣、澳門外，遍布全國各省市自治區。應急救援方麵，多次衝(chong) 在應急救援第一線，曾連續對1989年湖北荊江洪水、1990年淮河洪水、1991年太湖地區洪災、1998年長江流域特大洪水、2003年淮河流域特大洪水等進行應急飛行，並深度參與(yu) 了2008年汶川地震、2010年玉樹地震、2013年蘆山地震的應急監測。在科學研究方麵，曾先後8次進入西藏高原飛行作業(ye) ，完成珠穆朗瑪峰、唐古拉山地區、雅魯藏布江、拉薩河、年楚河流域及拉薩市等遙感飛行，為(wei) 全球氣候變化研究提供了大批寶貴的科學數據。它們(men) 也是我國空間科學研究的主力平台之一，對研製新型航空、航天儀(yi) 器的各項性能指標進行逐項驗證與(yu) 試驗，為(wei) 空間信息技術發展作出了重要貢獻。

　　基於(yu) 新舟60遙感飛機的新一代航空遙感係統投入運行兩(liang) 年以來，促進了我國遙感設備的技術創新、遙感應用的領域拓展，以及遙感產(chan) 業(ye) 的轉型升級，取得了多個(ge) “國內(nei) 首次”的應用成效。其中，在農(nong) 業(ye) 方麵，為(wei) “高標準基本農(nong) 田建設”“黑土地保護性耕作行動計劃”等國家重要工程提供了高分辨率航空遙感數據，這也是國內(nei) 首次基於(yu) 遙感手段實現秸稈覆蓋保護性耕種監測，首次實現了對機井、林網等高標準農(nong) 田骨幹設施監測。應急減災方麵，首次綜合利用同區域光學和SAR數據實現了房屋等承災體(ti) 高精度識別，實現了水體(ti) 與(yu) 洪澇災害隱患高精度提取和調查。國土資源方麵，2021年開展自然資源全要素監測，基於(yu) 多維度SAR數據形成了區域自然資源全要素監測應用技術流程，麵積精度和最小監測圖斑實現了數量級提升。在基礎研究方麵，通過共享應用航空遙感數據集，有效提升了基於(yu) 航空遙感數據算法模型的精度和魯棒性，有力地支撐了遙感先進算法模型的重構和優(you) 化。

　　未來，空天院將基於(yu) 航空遙感係統國家級空中實驗室，進一步麵向國家重大需求和遙感科技基礎前沿重大科學觀測需求，突破有人機和無人機等多航空平台組網、多種類新型探測載荷分布式協同探測等重大關(guan) 鍵技術，實現立體(ti) 、透視、精準和智能觀測與(yu) 應用能力，積極推動航空遙感技術發展和體(ti) 係化建設，不斷引領我國航空遙感技術與(yu) 應用的階躍發展。（作者：潘潔、朱金彪、楊宏，分別係空天院正高級工程師，正高級工程師、高級工程師；李儒、趙海濤對此文亦有貢獻）