空间制冷技术在星载红外遥感器中的应用与发展

空间制冷技术在星载红外遥感器中的应用与发展

朱建炳,潘雁频

(兰州物理研究所,甘肃兰州　730000)

摘　要:介绍了星载红外遥感器对空间低温制冷技术的要求,综述了长寿命空间低温制冷技术在星载红外光

学遥感器中的应用,分析了空间红外遥感器低温制冷技术的现状和发展趋势,指出我国的空间低温制冷技术正向大冷量、长寿命、高可靠性方向发展,并在此基础上讨论了中国空间低温制冷技术的发展方向和应用前景。

关键词:空间制冷;制冷器;红外遥感器

中图分类号:TB 66文献标识码:A 文章编号:100627086(2003)0120006207

APPL I CAT I ON AND D EVELOP M ENT OF SPACEB ORNE COOL ING

TECHNOLOG Y F OR AER OSPACE INFRARED RE MOTE SENS OR

ZHU J i an -bi ng ,PAN Yan -p i n (Lanzhou I n stitute of Physics ,Lanzhou 730000,Ch i na )

Abstract :T he dem ands of spacebo rne coo ling techno logy fo r aero space infrared remo te senso rs are

introduced .T he app licati ons of long lifeti m e spacebo rne coo ling techno logy usd in aero space infrared remo te senso rs are summ arized .Its status and trend are analyzed :they are m uch mo re coo ling capacity ,m uch long lifeti m e and h igher reliability .T he develop ing directi on and app licati on p ro spects of spacebo rne coo ling techno logy in dom estic are discussed .

Key words :spacebo rne coo ling ;cryocoo ler ;infrared remo te senso r

1　引　言

空间低温制冷技术是为卫星、飞船等空间飞行器提供所需低温条件的获得技术及其制冷设备长期稳定工作的控制技术和制冷设备与被冷却对象耦合技术,是空间技术和低温制冷技术相结合的产物,它既是原来低温制冷技术的一部分,又包含了空间环境应用的独特内容。

人类为了探索宇宙,开发地球资源,充分利用卫星遥感技术完成地球资源普查、环境监测、海洋资源调查、气象分析、天文观测等工作。遥感卫星在信息获取和传送方面有着其他载体无法比拟的优势。在世界各国发射上天的数千颗航天器中,大部分是对地观测遥感卫星,其中相当一部分卫星上安装了红外遥感设备。空间红外光学遥感器是遥感卫星为完成其信息的收集任务而必须装备的关键仪器。制冷技术在遥感卫星上的应用主要是冷却红外光学遥感器中的核心部件即红外探测元件,为红外探测器和其他光电器件提供可靠冷源,降低红外遥感器的温度,既可减少本底热噪声,也可屏蔽和排除视场外的热干扰,提高探测精度和灵敏度,使其获得稳定、可靠的探测性能。因此,为红外遥感器提供冷源的低温制冷设备性能的优劣将直接影响红外探测或信号处理质量,甚至影响卫星整体飞行任务的圆满完成,空间制冷技术已成为制约我国遥感卫星发展的一项关键技术。

收稿日期:2002207230.

作者简介:朱建炳(1966-),男,甘肃省平凉市人,高级工程师,从事空间低温制冷技术研究。

6　真空与低温V acuum &C ryogenics 第9卷第1期2003年03月

2　星载红外遥感器对空间制冷技术的要求

由于受空间环境条件的限制及制冷设备本身尺寸小、质量轻,功耗低和无维修工作寿命等特殊要求,地面大量使用的制冷设备并不能直接应用于空间。航天器所处的空间环境不仅具有超高真空、微重力、高能粒子辐照、背景温度极低(3～4K )等特点,还要经历发射加速、剧烈振动、冲击等恶劣力学环境考验,星载制冷设备要在空间仪器上获得应用,必须能够适应空间环境的特殊要求。因此,星载红外遥感器对空间制冷技术的主要要求是:

(1)必须能够在卫星平台和有效载荷的约束条件下适应空间环境的特殊要求,经受住发射、振动和冲击的考验,这是空间制冷技术首先要考虑的问题。

(2)工作寿命长、可靠性高。低温制冷设备的工作寿命和可靠性是制约其在空间应用的关键因素,制冷设备必须在轨工作期间以给定温度提供足够有效的制冷量。

(3)制冷效率高,功耗低。在轨工作期间因受能源的限制,功耗是严格控制的指标之一,应尽可能地提高制冷效率,降低功耗。

(4)体积小、质量轻、结构紧凑,这是对空间制冷设备的基本要求。

(5)自身产生的振动、噪声和电磁干扰小,不污染光学系统。制冷设备的振动和电磁干扰是遥感卫星的2个主要噪声源。

(6)制冷设备工作期间温度的稳定性要高,降温速度要快。

随着现代热成像技术、红外探测、跟踪、搜索系统的发展,对空间制冷技术提出了更高的要求,最典型的要求是工作寿命更长、可靠性更高、制冷量更大,不断追求低能耗、低振动、轻型化等高指标。

3　空间遥感器制冷技术的发展现状

可在星载红外遥感器中应用的长寿命制冷方法主要有以微型斯特林制冷机为代表的机械制冷技术、辐射制冷技术和杜瓦贮存的低温工质,其中杜瓦贮存的低温工质因制冷器的体积、质量及工作寿命存在着明显的不足,在空间已经受到限制使用;目前在轨航天器上所使用的长寿命(2年以上)应用型制冷设备主要有空间辐射制冷器、微小型斯特林制冷机和脉冲管制冷机等。

3.1　辐射制冷技术

辐射制冷技术是空间应用最早、较为成熟的空间制冷技术,它是通过高效辐射板将来自红外遥感器的热量以辐射换热的形式辐射到高真空的冷黑空间,同时尽可能多地屏蔽外热流影响以达到被动制冷的目的,因工作期间无任何运动部件,具有无振动、无噪声干扰、工作寿命长、可靠性高、极少消耗航天器能源等优点,所以被应用于各种长寿命遥感系列卫星。国外从20世纪60年代初开始研究空间辐射制冷技术,并随着空间遥感技术的发展而迅速发展起来。目前已有美国、日本、欧空局、俄罗斯等在先后发射的各种遥感卫星中成功地应用了各种结构形式的辐射制冷器。不同的卫星轨道要有不同结构类型的辐射制冷器相适应,在太阳同步轨道卫星中主要有W 型、L 型、抛物面G 型、V 型等结构形式;在地球静止轨道卫星中主要有圆锥型和方锥型等结构形式。在相同的卫星轨道中也可以通过改进辐射制冷器的结构形式和辐射换热面形结构,提高辐射制冷器的性能。美国是目前辐射制冷技术发展和应用较完善的国家,已完成多种形式辐射制冷器,制冷性能不断得到提高,相继应用于雨云(N i m bu s )系列卫星、泰罗斯(T I RO S )系列气象卫星、陆地(L andsat )系列地球资源卫星和国防支援计划的导弹预警卫星(D SP )等多种卫星型号。最具代表性的有美国圣?巴巴拉研究中心(SBRC )为陆地卫星(4号、5号)的主题绘图仪(TM )研制的两级抛物面G 型辐射制冷器[1],其特点是级间支撑采用高强度、低热导的玻璃钢纤维带拉伸件,电铸圆抛物锥反射屏,最低制冷温度达8414K ,在9010K 可获得26mW 的制冷量,工作寿命2年。后来不断对其热性能和机械性能进行改进,又应用在“陆地7号”卫星的增强型主题绘图仪(ETM )、火星探测器[2]及地球观测系统上,其中EO S 2PM 上平流层气体红外分光计(S W I RL S )辐射制冷器最低制冷温度可达60K ,在80K 可获得130mW 的冷量。美国加州理工大学的喷气推进实验室(JPL )引入多层V 型高效隔热屏的概念,研制成功了高性能V 型辐射制冷器[3],使单位体积的制冷能力显著提高,样机的制冷能力达到200mW 78K 。Rockw ell 公司一直致力于大型热管辐射制冷器的研7

朱建炳等:空间制冷技术在星载红外遥感器中的应用与发展

8真空与低温第9卷第1期　

究工作[4],其样机在70K可获得5W的制冷量,最低制冷温度45K,可以为星载的大面积红外探测器列阵提供冷源。欧空局委托荷兰FO KKER公司为环境卫星系统(ENV ISA T21)研制的大气制图扫描成像吸收分光计(SC I AM A CH Y)辐射制冷器在123K获得0175W的冷量[5],在175K获得0196W的有效制冷量。

我国虽然在辐射制冷技术的研究方面起步较晚,但经过20多年努力,已经具备了一定的研究基础和研究经验,在太阳同步轨道遥感卫星中完成了平面W型辐射制冷器的研制,并成功地应用于“风云一号”和“资源一号”卫星,两级圆锥型辐射制冷器也成功地应用于“风云二号”卫星,这说明我国的辐射制冷技术已经达到空间实用的水平。但这些辐射制冷器因受到本身结构、在卫星上安装位置和体积的限制,冷块面积和对冷空间的视场均较小,工作温度一般在95～105K,制冷功率不大,在105K只有50mW的制冷量。“九五”期间,兰州物理研究所和上海技术物理研究所均研制成功了两级抛物面G型辐射制冷器。其中兰州物理研究所研制的样机主要采用了热屏蔽性能更好的高反射率抛物面型薄壳镜面反射器,加大了二级冷块的面积和对冷空间的视场,采用两级支撑带技术降低了级间漏热,采用低温热管实现了辐射制冷器与红外冷焦面的分离,辐射制冷器在卫星上的安装位置更加灵活,冷焦面的配准精度易于得到保证,以及采用可开启 关闭的地球屏兼防污门等新技术,使辐射制冷器在9611K可获得8915mW的制冷量,在10415K可获得19512mW 的制冷量[6]。上海技术物理研究所的样机也达到了8616mW 9614K、10616mW 9817K的良好效果[7]。从这些辐射制冷器的工作性能来看,我国的辐射制冷技术已经取得了长足的发展,但与欧、美等相比仍然有很大的差距,特别是新一代的气象卫星和地球资源卫星所采用的红外遥感器,探测器的元数更多,对制冷要求温度更低,制冷量更大,现已成熟的辐射制冷器不能完全满足这些要求,因此需要继续研究开发长寿命、大冷量空间辐射制冷技术,降低制冷工作温度,提高辐射制冷器的性能,以适应不同遥感探测卫星发展的需求。

辐射制冷器的缺点是体积和质量较大,加工制造比较复杂,安装位置和对卫星轨道及姿态控制的要求较为苛刻,在较低的工作温度下的制冷量有限,所以不能完全满足航天任务的需求。

3.2　斯特林制冷技术

斯特林制冷机一直是星载红外遥感器用机械制冷技术的研究热点,它具有结构紧凑、工作温度范围宽、制冷量大、启动快、安装灵活、受空间环境的影响较小、体积小、质量轻、操作简便等优点,是空间制冷技术的主要发展方向。自1954年第一台斯特林制冷机问世以来,经过了40多年的发展历程,经历了从整体式到分置式、从旋转电机到线性电机驱动等变革,长寿命星载斯特林制冷技术日趋成熟。以荷兰Ph ili p s公司为代表的低温研究机构对斯特林制冷机的多项关键技术进行了深入研究,在传统的整体式、曲柄旋转电机驱动、接触密封、自由型等结构形式上,先后发展了分置式、线性谐振电机驱动、间隙密封、电磁轴承支撑等新型斯特林制冷技术,使制冷机的寿命和可靠性等得到很大提高,同时制冷机的振动和噪声也大大降低,其性能基本适合空间应用要求。在此基础上,国外宇航部门对斯特林制冷技术高度重视,将其作为卫星遥感任务的主要制冷手段。英国牛津大学在20世纪70年代末开始开发板弹簧支撑的线性谐振式星载长寿命斯特林制冷机,首次将板弹簧支撑技术应用于微型斯特林制冷机,保证了活塞和回热器运动组件的完全非接触运动,使斯特林制冷机的可靠性和寿命大幅度提高,从而开创了星载斯特林制冷机的新时代,进入20世纪90年代以来,长寿命(5～10年)的牛津型分置式斯特林制冷机已成为空间应用的主力[8,9]。1991年80K 018W的单级斯特林制冷机已成功应用于美国高层大气研究卫星(UA R S)和欧空局地球遥感卫星(ER S21),在轨累积运行寿命超过10600h。美国德克萨斯仪器公司生产的直线电机驱动斯特林制冷机质量仅为113kg,它的制冷量0135W 77K,功耗18W;1999年美国B a11宇航技术公司与空军实验室联合研制的星载斯特林制冷机总质量15kg(含控制器及电源),制冷量0176W 80K,功耗为80W。目前国外星载斯特林制冷机的研究主要以“牛津型”为主,单级(80K)和多级(20K或4K)制冷机研究并举。研究重点主要在减振降噪。冷头耦合接口、自适应控制和系统实验等技术,进一步提高制冷机寿命(5年以上)、可靠性(大于95%)和制冷效率,减小体积质量,降低功耗,将其微小型化、产品化、多样化,以满足不同的任务需求。欧、美、日等已列入卫星发射计划的30K至80K、0125W至2100W制冷量的长寿命星载斯特林制冷机已有数台。

我国在斯特林制冷技术方面已开展了多年研究工作,并已积累了大量的技术和经验。但由于受基础工业和工艺水平的限制,目前能满足空间应用的星载斯特林制冷机还不成熟。星载斯特林制冷机一般要求长寿命、高可靠性、低功耗、冷头振动和电磁干扰小,因此要采用对置式压缩机、间隙密封结构、线性电机驱动、柔

性支撑等新技术。同时需在冷头采取减振措施以降低冷头振动,采用全金属化活塞,降低制冷机内工质气体污染。国内从事星载斯特林制冷机研制的单位主要有兰州物理研究所和上海技术物理研究所。上海技术物理研究所在“九五”期间研制成功了77K 015W 的星载斯特林制冷机样机,其输入功率2210W (压缩机2110W ,冷头012W ),质量413kg ,到2002年初的运行工作寿命10300h ,设计工作寿命为17000h 。它采用单压缩机驱动,制冷机的振动问题没有解决,抗电磁干扰措施是在冷头加高磁性屏蔽罩。兰州物理研究所也研制成功了分置式斯特林制冷机样机,压缩机活塞对置安装,制冷机总质量619kg (含控制器215kg ),它的制冷量015W 80K ,功耗4218W ,降温时间5m in ,制冷机的振动较小,设计工作寿命为17000h ,整机工作寿命的考核正在进行之中,最关键的板弹簧支撑疲劳加速寿命实验,已连续考核达到15000h 。

3.3　脉冲管制冷技术

脉冲管制冷机是近年迅速发展起来的一种新型的机械制冷技术,它与传统的斯特林制冷机相比,取消了机械式的低温排出器,代之以气体在管内往复运动。因此在低温下没有运动部件,不存在摩擦、磨损问题,也不再需要与之相配的驱动装置、相位匹配、支撑和间隙密封等,使制冷机的结构大大简化,可靠性和工作寿命得到了显著提高,电子控制系统也更为简单,减少了电磁干扰,冷头振动对红外遥感器的影响也大大减小,具有十分明显的优越性,在制冷性能和功耗等方面已达到现有的斯特林制冷机水平,是未来斯特林制冷机的主要竞争方,在空间领域同样具有非常广阔的应用前景。

脉冲管制冷机在近年经过了基本型、谐振型、小孔型、双向进气型、多路旁通型及其他改进型等多种结构形式的发展,使制冷温度逐步降低,制冷效率不断提高。由于脉冲管制冷机具有独特的优势,非常适合于空间应用,因此在国际上掀起了脉冲管制冷机研究热潮,目前正在向实用化和微小型化方向发展,美国航天部门将其列为“第二代空间制冷机”加以研制并应用于空间计划。TRW 公司已研制成功了多种型号的微型长寿命空间脉冲管制冷机,1991年研制成功了由1cc 线性压缩机驱动、输入功率2010W 、制冷量0128W 73K 的脉冲管制冷机[10]。1993年又采用线性电机驱动,研制成功了输入功率17180W ,制冷量0153W 88K 的高效微型脉冲管制冷机[11],在地面实验寿命达到8年,用来冷却小卫星遥感器的冷焦面,并于1997年发射。1998年又为多光谱热像仪研制了1台微型脉冲管制冷机,采用了对置式线性压缩机,工作频率43～48H z ,在制冷温度为60K 时获得了2W 的制冷功率[12],于1998年发射升空。NA SA 和犹它州立大学的空间动力实验室设计的采用宽带发射辐射测量的大气探测仪(SAB ER )的焦平面阵列必须被冷却到75K [13],也选择了TRW 的微型脉冲管制冷机,在72K 可提供250mW 的制冷量,于2000年发射上天。法国也正致力于空间脉冲管制冷机研究,原子能总署低温部与英国合作研制的微型脉冲管制冷机最低温度为54K [14],制冷量1W 80K ,工作环境温度310K ,计划于2001年发射。另外美国的喷气推进实验室JPL 、国家标准局N IST 、荷兰的Ph ili p s 实验室、日本的住友机械研究所等均开展了微型空间脉冲管制冷机的研究工作,计划在5～8年时间内在卫星上获得应用。

中科院理化技术研究所是我国最早从事脉冲管制冷机的研究单位,脉冲管制冷技术的研究一直处于国际先进水平,对其发展起到很大的推动作用,后来多家单位对多种结构形式的脉冲管制冷机进行了研究,并取得了非常瞩目的研究成果,由于受到功耗、结构、体积、工作寿命和可靠性等因素的限制,这些脉冲管制冷机并不能完全满足空间应用的要求。针对国内脉冲管制冷机的这些缺陷,中科院理化技术研究所从1992年开始从事空间微型脉冲管制冷机研究,于2000年研制成功线性压缩机驱动的同轴脉冲管制冷机,在41W 输入功率下达到65K 的最低温度[15],在78K 获得306mW 的制冷量。“九五”期间与上海技术物理研究所合作研制成功了0125W 80K 空间脉冲管制冷机,经过多年探索,已积累了丰富的经验,逐渐形成了自己的技术特点。“十五”期间他们将继续与上海技术物理研究所及兰州物理研究所合作,进一步开展脉冲管制冷机的工程化技术研究。

3.4　其他制冷技术

以气体轴承透平膨胀机为关键产冷部件的微型透平逆布雷顿循环制冷技术因具有独特的优势,在空间应用中也得到越来越广泛的关注。透平逆布雷顿循环制冷机由微型透平机械和高效紧凑的换热器组成,具有较高的制冷效率,没有往复运动部件,振动较小,而且采用气体轴承后转子在气膜上高速旋转,工作寿命长。但结构复杂,制造难度大。国外的大型逆布雷顿循环制冷机已经成熟,目前正致力于开发微型逆布雷顿循环9

朱建炳等:空间制冷技术在星载红外遥感器中的应用与发展

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制冷机。1994年美国C reare公司研制成功5W 65K逆布雷顿循环制冷机,整机质量14kg,累计工作寿命超过35000h;该公司研制的8W 65K制冷机于1998年应用于哈勃望远镜上[16]。近几年NA SA和C reare 公司正在采用动压气体轴承和高速微型透平机械研制制冷温度4～10K、冷量5～200mW的逆布雷顿循环制冷机。西安交通大学低温工程研究所是我国从事逆布雷顿循环制冷机研究条件较好的单位,其研制的透平膨胀机已应用于K M6空间环境模拟实验设备,在空间微小型逆布雷顿循环制冷机研究方面也进行了初步探索。

超流氦杜瓦制冷技术主要应用于红外天文研究和宇宙射线测量卫星,制冷温度为115～512K,目前在该制冷温度范围内还没有其他的制冷方式可以直接满足要求。美国研制的超流氦制冷器已应用于红外天文卫星、太空实验室的红外望远镜。红外天文卫星于1993年发射成功,在轨工作4个月,以后对这种制冷器进行了改进,工作寿命达到14个月。德国应用于红外空间天文台(ISO)超流氦制冷器于1995年发射成功,工作温度119K,在轨寿命18个月以上。欧空局、日本等也研制出不同体积和寿命指标的样机。

热声制冷机是一种新型的空间制冷技术,它结构简单、无滑动密封部件,从根本上消除了机械制冷的振动和磨损,因此可靠性高、寿命长,在中低温区是一种理想的新型制冷技术。美国海军研究院的Garrett等设计了一种航天飞机搭载的混合工质热声制冷机,并于1992年发射上天。它利用扬声器驱动,使制冷温差达到80K,制冷量3W,制冷效率达到20%。

4　我国空间制冷技术的发展趋势

随着我国未来新一代气象卫星、地球资源卫星、海洋卫星、空间太阳望远镜及月球卫星等遥感卫星技术的发展,获取高品质的遥感图像成为必然,增加红外器件元数和谱段、提高空间和光谱分辨率、延长工作寿命是红外遥感器获取优良性能指标的主攻方向,这就对空间制冷技术提出了更高的要求,最主要的是制冷温度更低、制冷功率更大、工作寿命更长、可靠性更高。

辐射制冷技术经过几十年的发展和多次在轨应用,应该是相对比较成熟的空间制冷技术,虽然自身也存在着一定的缺陷与限制,但它在国际上不断得到深入研究发展的主要原因是它在工作寿命和可靠性方面具有独特的优势。在今后5～10年内,我国将要发射的对地观测遥感卫星的红外遥感仪器,由于要求长寿命、高可靠性,仍将以辐射制冷技术作为空间制冷的主要手段。根据目前国内外辐射制冷器研究发展的状况,结合我国的实际情况和今后发展的战略目标,辐射制冷技术发展的趋势一方面通过新技术、新材料的开发与应用进一步降低辐射制冷器的工作温度和增大制冷量,提高工作寿命和运行可靠性,以满足我国未来空间技术的应用要求;另一方面不断提出新的结构形式,适合不同需要,向中低温方向发展,拓宽应用领域。在辐射制冷器研制开发过程中应着重解决以下关键技术。①冷焦面耦合技术:涉及多元红外探测器列阵、多通道的焦面配准、减小探测器引线漏热、解决引线干扰问题等;②隔热技术:设计新颖的支撑系统、新型支撑材料的研制开发;③提高寿命和可靠性:防污染系统设计、长寿命辐射涂层及光学镜面的开发和研制;④新技术、新材料、新工艺的开发应用;⑤各种热流更精确快捷的量化及理论计算方法,地面实验等技术的进一步完善。

未来的红外遥感器对斯特林制冷机的需求越来越迫切。我国星载斯特林制冷机的制冷性能已达到空间应用要求,但寿命短、振动大、可靠性差等缺陷仍然制约着其空间应用。星载斯特林制冷技术的发展趋势主要是加大工程实用化研究,要充分利用“九五”预先研究成果,重点放在提高工作寿命和可靠性、降低功耗、提高制冷效率、减小振动与噪声以及提高其空间环境适应性等方面,对影响斯特林制冷机性能、可靠性和工作寿命的关键技术进行深入研究。同时进行斯特林制冷机的微小型化及其应用研究,减小体积、质量和功耗,以满足未来小卫星对空间制冷技术的需求。在研究过程中着重解决以下关键技术:斯特林制冷机的优化设计、制冷机长期稳定运行自适应控制技术、柔性支撑技术、制冷机冷头减振降噪技术、工质气体污染泄露控制技术、冷头与探测器的耦合技术、零部件的精密加工制造与装配工艺及空间环境适存性研究等。

脉冲管制冷机可为我国新一代的遥感探测卫星提供新的冷源。目前我国能够适合空间红外遥感器应用的微型脉冲管制冷机还停留在实验室水平,制约这一项技术发展的主要原因是脉冲管制冷机的效率低、功耗大,可靠性和工作寿命问题没有从根本上得到解决等。因此脉冲管制冷机的发展趋势是加大对脉冲管制冷理

论、关键技术研究,提高制冷效率,加快技术成果的工程转化,同时对脉冲管制冷机空间环境的适应性进行研究。

空间制冷技术的另一个发展趋势是多种制冷形式相结合的复合制冷技术,利用各种方式的工作温度不同,工作在高温区的制冷设备用作较低工作温区制冷设备的前级制冷器。国外已相继开发成功了斯特林制冷与超流氦杜瓦、J 2T 节流相结合,辐射制冷与热电制冷及固体制冷相结合等多种复合方式。我国目前最具有发展前途的是辐射制冷与机械制冷结合构成的长寿命、大冷量复合制冷技术。由于机械制冷和辐射制冷同为性能优良的制冷手段,但目前还没有一种制冷方式能够完全满足所有的空间应用要求,特别是高分辨率的遥感探测卫星采用了多元红外扫描列阵,对制冷温度和制冷量提出了更高的要求,单独应用辐射制冷技术或机械制冷技术都很难满足空间应用的要求,同时辐射制冷和机械制冷都有各自的优点、不足和不同的工作温度范围。为了有效地发挥各自的优势,扬长避短,可以将大冷量辐射制冷器和机械制冷机通过有效的方法结合起来构成复合制冷技术,制成大冷量的复合制冷系统,用辐射制冷器作为机械制冷机的前级散热器,吸收机械制冷机的热端和压缩机的压缩热,降低机械制冷机的功耗,提高制冷机的工作效率,满足不同的空间应用要求,并实现长寿命、高可靠运行,这是21世纪空间低温制冷技术发展的主要方向。在脉冲管制冷与辐射制冷的复合制冷技术研究方面,美国已经走在世界各国的前列,2000年美国已在对地观测系统的大气红外分光计(A I R S )中首次将2台脉冲管制冷机与辐射制冷器构成复合制冷系统并发射成功[17]。在55K ,可提供1163W 的制冷量,它利用辐射制冷器冷却脉冲管制冷机的压缩机,使其温度控制在290K 左右,大大提高了脉冲管制冷机的效率,同时使制冷机的功耗大大降低。俄罗斯在斯特林制冷与辐射制冷的复合制冷技术研究方面有很强的优势,西伯利亚低温技术股份公司研制的M S M G 28G 2312 80型斯特林制冷机,就是利用辐射制冷器作前级制冷器,两者之间通过低温热管高效耦合。他们还研制成功了用于冷却星载多元列阵红外探测器的10W 80K 大冷量斯特林制冷机,前级也为辐射制冷器。我国在这一方面的研究还是一片空白。5　结　论

空间低温制冷技术主要为星载遥感探测技术服务,并受其在空间应用的制约,所以空间低温制冷技术必须与红外遥感技术同步协调发展。辐射制冷和机械制冷同为性能优良的空间制冷技术,可以适应于不同的飞行任务需求,缺一不可。辐射制冷器主要适用于工作寿命长,对制冷温度稳定度、振动、噪音等指标要求很高,制冷温度较高,卫星背阳面安装位置允许的太阳同步或地球静止轨道卫星的应用。机械制冷机主要适用于制冷温度较低、制冷量为瓦级、振动和噪音指标允许的其他任何轨道卫星的应用,并且两者结合使用可以组成复合制冷系统,降低制冷机的功耗,提高制冷机的工作效率,其应用前景更为广泛。根据不同飞行任务,适合不同温区的制冷机均有必要发展。低温区以机械制冷为主,中低温区以辐射制冷为主。随着我国星载遥感技术发展的需要,大力发展长寿命、高可靠性、大冷量的空间制冷技术。星载制冷设备由于要求长寿命、高可靠性、加工周期长、用量少、制造成本高,在现阶段有限的财力物力条件下,应集中力量主要开展辐射制冷、星载长寿命斯特林制冷、脉冲管制冷及复合制冷技术研究。辐射制冷应向降低温度、提高寿命和冷量、高可靠性的目标发展,同时开展中低温大冷量辐射制冷技术研究。斯特林制冷应以提高寿命、降低功耗、减少振动和电磁干扰为主要研究方向。脉冲管制冷要把基础研究成果逐步工程化,使之满足空间制冷的特殊要求。参考文献:

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撰写参考文献须知

为了使本刊编排格式更加规范化,以便于《中国学术期刊(光盘版)》及《中国学术期刊综合评价数据库来源期刊》的收录,更广泛地进行国内外学术交流,本刊要求论著文章中参考文献一律采用我国科学技术书刊中所普遍使用的“顺序编码制”,现将撰写要点简述如下:

一、正文中标注格式:采用顺序编码制时,在对文中所引用的文献,按它们出现的先后顺序依次连续排序,并将序号置于方括号内,标于右上角或作为语句的组成部分。

例如:国内外学者对此进行了长期研究[1～3]。

按文献[4]提供的参数设计制作出样机。

二、文后参考文献表的撰写格式:在文后撰写参考文献表时,各条文献应按在论著中文献序号顺序排列,文献中项目一定要完整,内容一定要准确。应根据不同的文献类型分别加以著录。各类文献的标引项及顺序要求为:

1)专著:著者(多名著者时,应标引至少三名著者姓名).书名.版本.出版地:出版者,出版年.起止页码。

2)期刊:作者(多名作者时,应标引至少三名作者姓名).题名.刊名,年,卷(期):起止页码。

3)论文集:作者(多名作者时,应标引至少三名作者姓名).题名.编者:文集名,出版地:出版者,出版年.起止页码。

4)会议论文:作者(多名作者时,应标引至少三名作者姓名).题名.会议名称,会址,会议年份。

5)专利:专利申请者.专利题名.专利国别,专利文献种类,专利号.出版日期。

三、姓名标引:姓名标引时,一律姓前名后;国外作者姓名(包括中国作者姓名使用拼音标引时)一律用大写字母标引。

参考文献是作者写作论著时所参考的文献书目,重点是集中列于文末。标引的规范化,既能提高编排标准,又能提高出版发行效率,这对编者和作者都是有益的。

(本刊编辑部)

第4章 遥感技术系统

目录 第4章遥感技术系统 (1) §4.1遥感平台 (1) 4.1.1 地面平台 (1) 4.1.2 航空平台 (2) 4.1.3 航天平台 (2) §4.2遥感传感器 (4) 4.2.1 传感器组成 (4) 4.2.2 传感器的分类 (7) 4.2.3 传感器的性能 (8) §4.3遥感数据的接收记录与处理系统 (10) 4.3.1 地面接收站 (10) 4.3.2 遥感数据处理中心 (11) 4.3.3 遥感基础研究与应用中心 (12)

第4章遥感技术系统 遥感技术系统主要由遥感平台、传感器和遥感数据的接收、记录与处理系统组成。 §4.1 遥感平台 遥感平台(Platform)是指装载遥感传感器的运载工具。遥感平台的种类很多，按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台、航空平台和航天平台。在不同高度的遥感平台上，可以获得不同面积、不同分辨率、不同特点、不同用途的遥感图像数据。在遥感应用中，不同高度的遥感平台可以单独使用，也可相互配合使用组成立体遥感观察网。常见遥感平台见表4-1。 表4-1可应用的遥感平台 4.1.1 地面平台 置于地面上和水上的装载传感器的固定的或可移动的装置叫做地面遥感平台，包括三角架、遥感塔、遥感车等，高度一般在100m以下，主要用于近距离测量地物波谱和摄取供试验研究用的地物细节影像，为航空遥感和航天遥感作校准和辅助工作。通常三角架的放置高度在0.75m～2.0m之间，在三角架上放置地物波谱仪、辐射计、分光光度计等地物光谱测试仪器，用以测定各类地物的野外波谱曲线；遥感车、遥感塔上的悬臂常安置在6～10m甚至更高的高度上，在这样的高度上对各类地物进行波谱测试，可测出地物的综合波谱特性。为了便于研究波谱特性与遥感影像之间的关系，也可将成像传感器置于同高度的

空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析

空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析 空间光学是利用航天飞机、卫星、飞船、空间实验室、空间站等空间飞行器，利用光学手段对目标进行遥感观测和探测的科学技术领域。主要手段是把光波作为信息的载体收集、储存、传递、处理和辨认目标信息的光学遥感技术。 空间光学的优势有很多，一是对地观测优势，空间光学可以对地球环绕观测地球的每一个角落，可以对地表成非常清晰的像，对于大气观测，灾害预报，环境监测，资源探测等方面有很大的优势。二是太空没有国界的限制，地表100公里以上的区域还是一片各方都可以涉足的无主之地。三是对外观测，过去人们曾经建过很多地面望远镜，但是地面望远镜受到大气扰动的影响，达不到望远镜的衍射极限分辨率。空间望远镜处于真空环境下，受到大气扰动小，更有利于达到望远镜的衍射极限分辨率。 空间光学遥感仪器的主要技术指标有以下几项： 1）空间分辨率 空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或者大小，是用来表征影响分辨地面目标细节的指标。空间分辨率所表示的尺寸、大小，在图像上是离散的、独立的，它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。 目前的空间遥感仪器基本上都是采用CCD或者CMOS作为探测器收集信息的，如果地面分辨率为1m，意味着CCD的一个像元对应地面宽度是1m。 空间分辨率示意图（资料来源：上帝之眼） 2）调制传递函数MTF 从信息角度来看，光学系统作为一个信息系统，输出的信息相对于输入的信息肯定会丢失一部分。我们常常使用对比度来表征这种信息，即MTF=（输出图像的对比度）/（输入图像的对比度），由于输出图像的对比度总是小于输入图像，所以MTF总是处于0-1之间。再根据不同的空间频率，即可获得系统的MTF图。

红外遥感

单片机系统课程设计报告书 题目：基于单片机的红外遥控器控制继电器的设计 院系名称：信息工程学院 专业名称：电子信息工程 班级： 学号： 姓名： 指导教师

目录 1 选题意义............................................................................................... 错误！未定义书签。 2 系统总体设计....................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1总体设计思路............................................................................ 错误！未定义书签。 2.2 设计原理框图........................................................................... 错误！未定义书签。 3 硬件电路设计原理............................................................................... 错误！未定义书签。 3.1 单片机最小系统设计............................................................... 错误！未定义书签。 3.2 设计电路图............................................................................... 错误！未定义书签。 4 软件设计............................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1 设计思路................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 程序代码................................................................................... 错误！未定义书签。 5 仿真调试结果....................................................................................... 错误！未定义书签。 5.1系统设计与仿真........................................................................ 错误！未定义书签。 6 收获体会............................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献................................................................................................... 错误！未定义书签。

简述遥感技术系统的组成

简述遥感技术系统的组成-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

1、简述遥感技术系统的组成。 2、目标地物的电磁波，信息获取，信息接受，信息处理，信息应用。 3、 2 。遥感影像变形的主要原因是什么？ 4、a) 遥感平台位置和运动状态变化的影响 5、b) 地形起伏的影响 6、c) 地球表面曲率的影响 7、d) 大气折射的影响 8、e) 地球自转的影响 9、3、遥感影像地图的主要特点是什么？ 10、a)丰富的信息量 11、b)直观性强 12、c)具有一定的数学基础 13、d)现实性强 14、4、遥感图像计算机分类中存在的主要问题是什么？ 15、a)未充分利用遥感图像提供的多种信息 16、b)提高图像分类精度受到限制 17、(1)大气状况的影响 18、(2)下垫面的影响 19、(3)其他因素的影响 20、5、简要回答计算机辅助遥感制图的基本过程 21、a)遥感影像信息选取与数字化 22、b)地理基础底图的选取与数字化 23、c)遥感影像几何纠正与图像处理 24、d)遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接 25、e)地理地图与遥感影像的复合 26、f)符号注记层的生成 27、g)影像地图图面配置 28、h)影像地图的制作与印刷 29、1、微波遥感的特点有哪些（5分） 30、（1）全天候、全天时工作 31、（2）对某些地物有特殊的波谱特征 32、（3）对冰、雪、森林、土壤等有一定的穿透能力 33、（4）对海洋遥感有特殊意义 34、（5）分辨率较低，但特性明显 35、2、遥感影像地图的主要特点是什么（ 36、6分） 37、丰富的信息量；直观性强；具有一定的数学基础；现实性强 38、3、遥感影像解译的主要标志是什么（ 39、6分） 40、直接解译标志：形状、颜色、图形、纹理、大小、阴影；间接解译标 志：相关关系。 41、4、遥感图像计算机分类中存在的主要问题是什么（ 42、6分）

红外热成像技术应用与发展

红外热成像摄象机在智能视频监控中的应用与发展 一、引言 1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。1800年，英国物理学家 F. W. 赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高。经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布:太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78～1000μm的电磁波。其中波长为0.78 ～1.5μm 的部分称为近红外，波长为1.5 ～10μm的部分称为中红外，波长为10～1000μm的部分称为远红外线。而波长为2.0 ～1000μm的部分，也称为热红外线。 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。这种红外线辐射是，基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大;反之，辐射的能量愈小。 在自然界中，一切物体都会辐射红外线，因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差，可以得到不同的红外图像，称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是目标表面温度分布的图像。或者可以说，它是人眼不能直接看到目标的表面温度分布，而是变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态图像成像和测温，并可进行智能分析判断。 众所周知，海湾战争已成为展示高科技武器使用先进技术的平台。在这些新科技中，红外热成像技术就是其中最为闪亮的高科技技术之一。红外热成像技术(Infrared thermal imaging technology)是利用各种探测器来接收物体发出的红外辐射，再进行光电信息处理，最后以数字、信号、图像等方式显示出来，并加以利用的探知、观察和研究各种物体的一门综合性技术。它涉及光学系统设计、器件物理、材料制备、微机械加工、信号处理与显示、封装与组装等一系列专门技术。该技术除主要应用在黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装

遥感技术的应用以及发展趋势

遥感技术的应用以及发展趋势

一前言 二遥感信息技术基础 三遥感信息技术的应用 3.1遥感信息技术在环境监测方面的应用 3.1.1利用红外扫描仪监视石油污染 3.1.2利用遥感技术监测水体富营养化 3.1.3通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染 3.1.4应用红外扫描仪监测水体热污染 3.1.5通过遥感技术分析水域的分

布变化和水体沼泽化 3.2.遥感技术在大气环境监测方面的应用 3.2.1臭氧层 3.2.2大气气溶胶 3.2.3有害气体 3.2.4气候变化 3.3遥感技术在城市环境监测与管理中的应用 3.4应用遥感技术监控生态环境 3.5 利用遥感技术监测自然灾害 四遥感信息技术的发展趋势 4.1遥感影像获取技术越来越先进 4.2遥感信息处理方法和模型越来越科学 4.3 3S一体化 4.4建立高速、高精度和大容量的

遥感数据处理系统 4.5建立国家环境资源信息系统 4.6建立国家环境遥感应用系统 五总结 六参考文 一前言 遥感，作为采集地球数据及其变化信息的重要技术手段，在世界范围内得到广泛的应用。自20世纪80年代以来，随着遥感技术的发展，遥感技术在理论上、技术上和实际应用上发生了重大的变化。在遥感数据源向着更高光谱分辨率和更高空间分辨率发展的同时，处理信息技术也更加成熟；在应用方面，结合了地理信息系统（GIS)和全球定位系统（GPS)，向着更系统化，更定量化的方向发展，是遥感技术的应用更加广

泛和深入。 二遥感信息技术基础 遥感技术是指从飞机、飞船、卫星等飞行器上，利用各种波段的遥感器，通过摄影、扫描、信息感应，识别地面物质的性质和运动状态的技术，具有遥远的感知的意思。从上个世纪六十年代提出“遥感”这个词，到1972年美国陆地卫星计划发射了第一颗对地观测卫星,经过几十年的发展，遥感技术已经广泛地应用在军事、国防、农业、林业、国土、海洋、测绘、气象、生态环境、水利、航天、地质、矿产、考古、旅游等领域，影响了人类生活的方方面面,它为人类提供了从多维和宏观角度去认识世界的新方法与新手段，遥感技术能够全面、立体、快速有效地探明地上和地下资源的分布情况，其效率之高是以前各种技术无法企及的。 三遥感技术在环境科学中的应用 3.1.遥感技术在水污染监测方面的应用 3.1.1利用红外扫描仪监视石油污染

遥感技术及其应用

遥感技术及其应用 第四从人地关系看资与环境 单元活动遥感技术及其应用 一、教材分析 《遥感技术及其应用》是鲁教版必修一第四单元单元活动的教学内容，主要教学内容包括：遥感的概念、遥感的基本原理、遥感影像的初步判读等内容。 二、教学目标 知识要求：了解遥感技术的特点，工作原理流程及其应用领域。 技能要求：能够运用遥感影像中的直接和间接解译标志对遥感影像进行简单的解译。 情感要求：关注现代化的科学技术在地理科学中的应用，思考和理解地理信息技术的应用对协调人地关系的重要影响，培养学生的热爱地理的兴趣。 三、教学重点难点 重点：遥感工作原理 难点：遥感影像的判读 四、学情分析 本节内容是高一学生所学内容，尚未分科的平行班内不少是学理的好手，所以并不担心学生物理知识的不足。对于

气氛不太活跃的班级一定要让学生活动起，投入到角色中去，才能很好的理解遥感的原理。 五、教学方法 1．问题探究教学法：设置若干问题让学生分组讨论，并合作得出答案。 2．学案导学：见后面的学案。 3．新授课教学基本环节：预习检查→情境导入→合作探究→总结检测→布置预习 六、课前准备 1．学生的学习准备：预习“遥感技术及其应用”，初步掌握遥感的基本概念、基本原理及其应用领域和应用前景。 2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案，并把学生科学分成若干小组。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 （一）预习检查、总结疑惑 检查学生预习的落实情况，并了解和归纳学生的疑惑，使课堂教学更有效率和更具有针对性。 （二）情景导入、展示目标 前面几节课我们学习了人地关系的一些相关知识，知道了人类的生存与发展离不开资与环境。随着科技的发展和时

遥感技术发展前沿

课程论文 题目：遥感技术发展前沿姓名： 学号： 专业班级： 中国·武汉 二○一二年十二月

遥感技术发展前沿 摘要：本文主要介绍了国内外遥感技术的最新技术和以后的发展趋势。 关键词：遥感最新技术发展趋势 1概述 广义上的遥感是指与物体不产生接触的情况下获取物体的有关信息．从这个意义上说，摄影测量是遥感领域中研究得最早的技术学科．现代意义上的遥感起源于20世纪60年代，它是在航天技术、计算机技术、传感器技术等的推动下发展起来的，是指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体的形状、大小、位置、性质及其与环境的相互关系的一门现代应用技术学科．20世纪80年代以来，随着人类活动对地球的影响逐步受到重视和人类社会对环境、资源危机意识的增强，在微电子技术、计算机技术、航天技术等多方面技术发展的带动下，遥感技术在多方面取得了长足发展． 2中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展 经过三十多年来的发展，卫星遥感技术应用的范畴已经从当初的单一遥感技术发展到今天包括遥感（RS)、地理信息系统(GIS)，全球定位系统(GPS)等技术在内的空间信息技术，逐渐深入到国民经济、社会生活与国家安全的各个方面，使社会可持续发展和经济增长方式发生了深刻的变化，其发展与应用水平业已成为综合国力评价的重要标志之一。 2.1中国卫星遥感应用的发展 遥感技术集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，是当代高新技术的一个重要组成部分。国际上遥感技术的发展，将在未来15年将人类带入一个多层。立体。多角度，全方位和全天候对地观测的新时代。各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相互协同，高、中、低分辩率互补的全球对地观测系统，将能快速、及时地提供多种空间分辩率、时间分辩率和光谱分辩率的对地观测海量数据。 自70年代以来，我国高度重视遥感技术发展与应用，跟踪国际技术前沿并努力创新，在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”连续四个五年计划中，给予重点支持，在遥感技术系统，遥感应用系统、GIS等方面均取得突出进展。 2.2 建立了国家级资源环境宏观信息服务体系 随着信息高速公路的产生，不同地点、不同专业的地理信息系统的资源共享成为可能。地理信息系统的网络化主要包括地理信息系统软件的模块化和组件化、WEB GIS。WEB GIS的目的是解决分布式G玛之间的联网，实现系统资源的共享。分布式皤是当前的大趋势，主要原因是地学的数据量大，结构复杂，而且还要不断更新，只能是建立不同专业、不同地点的分布式GIS才是最佳方案。

自由曲面在空间光学的应用

自由曲面在空间光学中的应用 在当今的生活中，自由曲面（Free-form ）扮演着越来越重要的角色。如汽车车身、飞机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来 表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。鉴于光学自由曲面 在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进 行了调研。 一、自由曲面简介 光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲 面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。光学自由曲面已经渗透 到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在 眼用光学镜片中的成功应用。 自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。人工形成 的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。 二、自由曲面运用的原因 空间遥感光学系统是在离地200km （低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。 光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F/#的 前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。但入瞳直径的增加，意味着所有与 孔径相关的像差增加。受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一 定程度（通常200 mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面 的应用，可以解决像差增大的问题。由于自由曲面光学元件具有非对称结构形式，能够提供

遥感技术所使用的电磁波段主要为紫外、可见光、红外和微波等波段

遥感技术所使用的电磁波段主要为紫外、可见光、红外和微波等波段。紫外波段(Ultraviolet)的波长为0.01-0.4μm，位于可见光波段紫端以外。由于波长小于0.3μm的电磁波被大气中的臭氧所吸收，可以通过大气传输的只有0.3-0.4μm的紫外信息。紫外摄影能监测气体污染和海面油膜污染。但由于该波段受大气中的散射影响十分严重，在实际应用很少采用。可见光波段(Visible Light) 的波长为0.4-0.7μm，是电磁波谱中人眼唯一能见到的波段，可见光可进一步分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫等七种颜色的光，可见光波段是进行自然资源与环境调查的主要波段，地面反射的可见光信息可采用胶片和光电探测器收集和记录。红外波段（Infrared）的波长为0.7-100μm，位于可见光波段红端以外。按波长可细分为近红外（0.7-1.3μm）、中红外（1.3-3μm）、热红外（3-15μm）和远红外（15-100μm）。近红外光和中红外光来自地球反射的太阳辐射，所以该波段也被称为“反射红外”。其中波长为0.7-0.9μm的近红外辐射信息可以用摄影（胶片）方式获取，故该波段也被称为“摄影红外”，摄影红外传感器对探测植被和水体有特殊效果。热红外传感器可以探测物体的热辐射，地面的热红外辐射信息不能采用摄影方式探测；需要采用光学机械通过扫描方式获取。在热红外中目前主要应用3-5μm 和8-14μm两个谱段。热红外可以夜间成像，除用于军事侦察外，还可以用于调查海表面温度、浅层地下水、城市热岛、水污染、森林探火和区分岩石类型等，有广泛的应用价值。而波长大于15μm的远红外辐射，绝大部分被大气层吸收。微波（Microwave ）的波长为0.1-100cm，微波又可细分为毫米波、厘米波和分米波等。微波的特点是能穿透云雾、云盖和沙漠成像，具有全天候工作特点。遥感技术对于测绘制图、自然资源凋查和海洋环境监测有很好的应用效果。

遥感技术的应用以及发展趋势

一前言 二遥感信息技术基础 三遥感信息技术的应用 3.1遥感信息技术在环境监测方面的应用 3.1.1利用红外扫描仪监视石油污染 3.1.2利用遥感技术监测水体富营养化 3.1.3通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染 3.1.4应用红外扫描仪监测水体热污染 3.1.5通过遥感技术分析水域的分布变化和水体沼泽化 3.2.遥感技术在大气环境监测方面的应用 3.2.1臭氧层 3.2.2大气气溶胶 3.2.3有害气体 3.2.4气候变化 3.3遥感技术在城市环境监测与管理中的应用 3.4应用遥感技术监控生态环境 3.5 利用遥感技术监测自然灾害 四遥感信息技术的发展趋势 4.1遥感影像获取技术越来越先进 4.2遥感信息处理方法和模型越来越科学 4.3 3S一体化 4.4建立高速、高精度和大容量的遥感数据处理系统 4.5建立国家环境资源信息系统 4.6建立国家环境遥感应用系统 五总结 六参考文

一前言 遥感，作为采集地球数据及其变化信息的重要技术手段，在世界围得到广泛的应用。自20世纪80年代以来，随着遥感技术的发展，遥感技术在理论上、技术上和实际应用上发生了重大的变化。在遥感数据源向着更高光谱分辨率和更高空间分辨率发展的同时，处理信息技术也更加成熟；在应用方面，结合了地理信息系统（GIS)和全球定位系统（GPS)，向着更系统化，更定量化的方向发展，是遥感技术的应用更加广泛和深入。 二遥感信息技术基础 遥感技术是指从飞机、飞船、卫星等飞行器上，利用各种波段的遥感器，通过摄影、扫描、信息感应，识别地面物质的性质和运动状态的技术，具有遥远的感知的意思。从上个世纪六十年代提出“遥感”这个词，到1972年美国陆地卫星计划发射了第一颗对地观测卫星,经过几十年的发展，遥感技术已经广泛地应用在军事、国防、农业、林业、国土、海洋、测绘、气象、生态环境、水利、航天、地质、矿产、考古、旅游等领域，影响了人类生活的方方面面,它为人类提供了从多维和宏观角度去认识世界的新方法与新手段，遥感技术能够全面、立体、快速有效地探明地上和地下资源的分布情况，其效率之高是以前各种技术无法企及的。 三遥感技术在环境科学中的应用 3.1.遥感技术在水污染监测方面的应用 3.1.1利用红外扫描仪监视石油污染 全球每年排入海洋的石油及其制品高达1000万吨，利用多光谱航片可对海面石油污染进行半定量分析，将彩色航片同步拍照与近红外片做的彩色密度分割图相比较，更精密地判断和解译信息，参照图片画出不同油膜厚度的大致分级图。通过彩色密度分割图像，特别是数字密度分割图，可以更准确地判断油量的分布情况。通过彩色密度分割可把相差零点零几厚度的海面油膜区分出层次来，这有利于用航空遥感对海面油的扩散分布和半定量研究。浓度大的地方是黄色，往外扩散的油膜变薄，呈黄紫混在一起的颜色，再往外扩散的油膜就更薄些呈紫色。通过对污染发生后各天的气象卫星图像的对比分析，确定油膜的漂移方向，计算出其扩散速度和扩散面积。 3.1.2利用遥感技术监测水体富营养化 浮游植物中的叶绿素对蓝紫光和红橙光有较强的吸收作用，当水体出现富营养化时，我们就可以利用遥感技术推算出水体中的叶绿素分布情况。赤潮区的海水光谱特征是藻类、泥沙和海水的复合光谱，另外有机或无机颗粒物也会吸收入射光，影响水体的透明度。 3.1.3通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染 废水的颜色与悬浮物性状千差万别，特征曲线上的反射峰位置和强度也不大一样，可以用多光谱合成图像进行监测。水中悬浮泥沙的浓度和粒径增大，水体反射量也会相应增加，反射峰随之红移，定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段是0.65～0.85微米。 3.1.4应用红外扫描仪监测水体热污染 应用红外扫描仪记录水体的热辐射能量，真实反映其温度差异。在热红外图像上，热水温度高，辐射能量多，呈浅色调。冷水和冰辐射能量少，呈深色调。热排水口处通常呈白色羽流，利用光学技术和计算机对热图像作密度分割，根据少量的同步实测水温，画出水体等温线。

红外成像技术的发展及应用

红外成像技术的发展及应用 热成像仪是从对红外线敏感的光敏元件上发展而来，但是光敏元件只能判断有没有红外线，无法呈现出图像。在第二次世界大战中交战各国对热成像仪的军事用途表现出了兴趣，对其进行了零星的研究和小规模应用,1943年美国就与RNO合作生产了一款代号M12的机型，其功能和外观已经能看出热成像仪的雏形，这应该算是最找的一款热成像仪，算是热成像仪的鼻祖。 1952年，一款非常重要的材料研-锑化铟被开发出来，这种新的半导体材料促进了红外线热成像仪的进一步发展。不久之后，德州仪器和RNO公司联合开发出了具有实用价值的前视红外线（Forward looking infrared）热成像仪。这一系统采用的是单原件感光，利用机械装置控制镜片转动，将光线反射到感光元件上。 随着碲镉汞材料制造工艺的成熟，在军事领域大规模采用热成像仪成为了可能。60年代之后出现了由60或更多的感光元件组成的线性整列，美国的RNO公司将热成像仪的应用拓展至民用领域发展。然而由于最初采用的是非制冷感光元件，制冷部件加上机械扫描机构使得整个系统非常庞大。 等到CCD技术成熟之后，焦平面阵列式热成像仪取代了机械扫描式热成像仪。至80年代半导体制冷技术取代了液氮、压缩机制冷之后开始出现了便携、手持的热成像仪。90年代之后,RNO公司又开发

出了基于非晶硅的非制冷红外焦平面阵列，进一步降低了热成像仪的生产成本。 红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000微米的电磁波。其中波长为2~1000微米的部分称为热红外线。 目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的可见光图像，而是表面温度分布图像。红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。所有温度在绝对零度(-273)℃以上的物体，都会不停地发出热红外线。红外线(或热辐射)是自然界中存在最为广泛的辐射，它还具有两个重要的特性：(1)物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无需接触的温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。(2) 大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。由于这个特点，热红外成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在现代战争中发挥了非常重要的作用。 全球红外热像仪市场发展具有广阔的前景并呈现良好的发展趋势。红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像

红外成像技术原理及其应用

红外热成像技术，也是一个有非常广阔前途的高科技技术，其大量的应用将会引起许多行业变革性的改变。 一、什么是红外热成像？ 光线是大家熟悉的。光线是什么？光线就是可见光，是人眼能够感受的电磁波。可见光的波长为：0.38 ～0.78 微米。比0.38 微米短的电磁波和比0.78 微米长的电磁波，人眼都无法感受。比0.38 微米短的电磁波位于可见光光谱紫色以外，称为紫外线，比0.78 微米长的电磁波位于可见光光谱红色以外，称为红外线。红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78 ～1000微米的电磁波。其中波长为0.78 ～2.0 微米的部分称为近红外，波长为2.0 ～1000 微米的部分称为热红外线。 照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。 目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。 二、红外热成像的特点是什么？ 有位著名的美国红外学者指出：“人类的发展可分为三个阶段。第一个阶段是人类通过制造工具，扩展体力活动的能力，第二阶段通过提高判断能力，寻求更清晰和更广泛的理解与判断事物的标准，而人类近年来致力的增强获得输入信息的能力，扩大感觉范围或增填新的感官，使我们的大脑能接受更多的信息，正是人类发展的第三阶段。在这个阶段中，红外技术的发展已经把人类的感官由五种增加到六种”。这一席话，我认为恰如其分的道出了红外热成像技术在当代的重要性。因为，我们周围的物体只有当它们的温度高达1000 ℃以上时，才能够发出可见光。相比之下，我们周围所有温度在绝对零度（-273 ℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。例如，我们可以计算出，一个正常的人所发出的热红外线能量，大约为100 瓦。所以，热红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。 1.大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3 ～5 微米和8 ～14 微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口”。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，红外热成像技术在军事上提供了先进的夜视装备，并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。 2.物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。 红外热成像仪器 根据所有物体都在不停发射红外线的特点，各国竞相开发出各种红外热成像仪器。美国德克萨斯仪器公司（TI）在1964年首次研制成功第一代的热红外成像装置，叫红外前视系统（FLIR），这类装置利用光学元件运动机械，对目标的热辐射进行图像分解扫描，然后应用光电探测器进行光—电转换，最后形 成热图象视频信号，并在荧屏上显示，红外前视系统至今仍是军用飞机、舰船和坦克上的重要装置。 六十年代中期瑞典AGA 公司和瑞典国家电力局，在红外前视装置的基础上，开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。七十年代法国汤姆荪公司研制出不需致冷的红外热电视产品。 九十年代出现致冷型和非致冷型的焦平面红外热成像仪，这是一种最新一代的红外热成像仪，可以进行大规模的工业化生产，把红外热成像的应用提高到一个新的阶段。 七十年代中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究，到八十年代初，中国在长波红外元件的研制和生产技术上有了一定的进展。到了八十年代末和九十年代初，中国已经研制成功了实时红外成像样

遥感技术应用

遥感技术的应用 一、基本概念： 定义：遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功，大大推动了遥感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多，主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成像光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。 基本原理:任何物体都具有光谱特性，具体地说，它们都具有不同的吸收、反射、辐射光谱的性能。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。遥感技术就是根据这些原理，对物体作出判断。遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。 二、遥感技术的应用： 1.在环境监测中的应用； （1）在海洋环境中的应用：海洋的陆地环境和大气的物理化学和生物学影响，是不可

忽视的，从全球范围来讲，海洋起到一个很好的缓冲作用，能够对大自然的自然温度变化，起到很好的缓和作用，进而缓解极端气候变化。从区域尺度方面来说，沿海区域海洋是洪水泛滥的潜在因素，对当地气候有着非常重要的影响，应当不断加强通过卫星遥感技术，来对航海环境风险进行检测。伴随着海洋卫星的问世，海洋监测进入新阶段。目前，太空对海洋的主要观测，主要针对的是表面温度、粗糙度、坡度以及海水颜色，通过对海洋表面温度的遥感监测数据，能够对全球海洋的变化进行观测，通过对海洋表面温度及高度的绘制工作，能够实现对海洋近况及海面风力程度的了解，将大气尺度和海洋尺度之间的关系予以建立。能够提供天气数据，有利于对海洋从数小时到连续数周重复探测功能的实现，能够对大面积时间同步观测，探测范围较广，对于普通探测较难达到的区域数据，通过遥感就能实现。但是海洋特殊性比较突出，加上遥感探测技术的局限性，遥感观测数据会存在一定误差，遥感数据的取得，应当以具体测量技术数据的校准和修正工作为基础。 （2）在大气环境中的应用：气溶胶属于比较稳定的悬浮体系，主要是有液体或固体微粒，平均分散在气体中而形成的。关于气溶胶粒子的来源方面，是一个比较复杂问题，其来源比较广泛并且纷繁复杂，可以是通过地球表面岩石和土壤风化作用，也可以通过风浪作用，使海水泡沫进行飞溅，进而在海洋表面形成海盐粒子、孢子、植物花粉，关于液态或固体粒子的产生方面，主要是通过人类燃烧活动和自然火灾，或者是通过工厂排放的气体或发生的化学反应而产生等等。20世纪七十年代中期，在国际上，开始通过卫星遥感资料，来研究反演大气气溶胶。通过激光雷达遥感技术的应用，为更高时间和空间分辨率，对地球大气参数变化和特性的研究工作，提供了更大的可能性，伴随着研究工作的深入开展，不同类型的地面基础雷达系统，能够实现对地球大气层的持续探入，将激光雷达和其他遥感技术结合起来，能够对臭氧和颗粒物质的特性进行测量，这些特性包括许多方面，比如日变化、光学深度、空间分布、空间分层等等。在对区域和全球尺度上地球大气层中气溶胶垂直可变性观测

红外成像技术

摘要：红外成像技术由于诸多特点在军用和民用领域都取得了广泛的应用，红外图像处理技术在红外成像系统中起着至关重要的作用。本文简述国内外红外成像技术部分最新的研究成果和动态，针对我国具体状况，提出关于我国红外成像技术发展的若干思考，讨论红外成像及其图像处理、应用中的一些新技术、发展重点和难点，对以后一段时期内的红外成像新技术发展及其市场前景进行展望。 关键词：红外成像，焦平面，图像处理，图像融合，市场前景 1. 引言 红外成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点，在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用。在军事上，包括对军事目标的搜索、观瞄、侦察、探测、识别与跟踪；对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外成像的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统，进行光电对抗等。在民用领域，在工业、遥感、医学、消费电子、测试计量和科学研究等许多方面也得到广泛应用。 目前国外红外成像器件已发展到了智能灵巧型的第四代，在光电材料、生产工艺、成像质量及系统应用等方面都取得了丰硕的成果，但是国内红外相关技术研究与生产起步较晚，并且受工业基础制约，发展远滞后于国外，而市场需求却持续强劲，无论在军用还是民用领域都有巨大的发展空间。 本文简述国内外红外成像技术部分最新的研究成果和动态，针对我国具体状况，提出关于我国红外成像技术发展的若干思考，讨论红外成像及其图像处理、应用中的一些新技术、发展重点和难点，对以后一段时期内的红外成像新技术发展及其市场前景进行展望。 2. 红外探测器发展现状 从第一代红外探测器至今已有40余年历史，按照其特点可分为四代：第一代（1970s-80s）主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像；第二代（1990s-2000s）是以4×288为代表的扫描型焦平面；第三代是凝视型焦平面；目前正在发展的可称为第四代，以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型系统级芯片为主要特点，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段融合探测与识别能力。 在红外探测器发展过程中，新材料、新工艺、新器件、新方法不断涌现，按工作环境可分为致冷型和非致冷型两大类。

遥感技术系统及其技术原理是什么

遥感技术系统及其技术原理是什么？试举例说明其农业应用。 概念： 遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功,大大推动了遥感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统,其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多,主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐 形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征，并将特征记录下来，供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感，称为航空遥感。把遥感器装在航天器上进行遥感，称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等 遥感技术系统包括：信息源即波谱特征 spectrum feature、信息的获取 Information obtain、信息的接收 Receive、信息的处理 Processing（辐射校正、姿态校正、几何校正、增强处理等）、信息的应用 applying 空间信息获取系统 地球表面地物目标空间信息获取主要由遥感平台、遥感器等协同完成。 遥感平台 (Platform for Remote Sensing ) 是安放遥感仪器的载体，包括气球、飞机、人造卫星、航天飞机以及遥感铁塔等。 遥感器 ( Remote Sensor) 是接收与记录地表物体辐射、反射与散射信息的仪器。目前常用的遥感器包括遥感摄影机、光机扫描仪、推帚式扫描仪、成像光谱仪和成像雷达。按其特点，遥感器分为摄影、扫描、雷达等几种类型。 遥感数据传输与接收 空间数据传输与接收是空间信息获取和空间数据应用中必不可少的中间环节。 遥感器接收到地物目标的电磁波信息，被记录在胶片或数字磁带上。从遥感卫星向地面接收站传输的空间数据中，除了卫星获取的图像数据以外，还包括卫星轨道参数、遥感器等辅助数据。这些数据通常用数字信号传送。遥感图像的模拟信号变换为数字信号时，经常采用二进制脉冲编码的 PCM 式（ pulse code modulation: 脉冲编码调制）。由于传送的数据量非常庞大，需要采用数据压缩技术。 卫星地面接收站的主要任务是接收、处理、存档和分发各类地球资源卫星数据。地面站接收的卫星数据通常被实时记录到 HDDT(high density digital tape，高密度磁带) 上，然后根据需要拷贝到 CCT(computer compatible tape ，计算机兼容磁带 ) 、光盘、盒式磁带等其他载体上。 CCT 、光盘、盒式磁带等是记录、保存、分发卫星数据等最常用的载体。 遥感图像处理 遥感图像处理是在计算机系统支持下对遥感图像加工的各种技术方法的统称。遥感图像

-红外热成像技术在医疗领域中的应用

热成像技术在医疗领域中的应用 一、医用热像图的理论基础 热成像技术（Thermography）又称温差摄影，是利用红外辐射照相原理研究体表温度分布状态的一种现代物理学检测技术。与精密的解剖学相比，热成像系统在反映人体生理的改变以及新陈代谢的进程方面有着独一无二的特性。 人是恒温动物，能维持一定的体温。用物理学的观点来看，人体就是一个自然的生物红外辐射源。它不断地向周围空间发散红外辐射能。当人体患病或某些生理状况发生变化时，这种全身或局部的热平衡受到破坏或影响，于是在临床上表现为组织温度的升高或降低。因此测定人体温度的变化，也就成为临床医学诊断疾病的一项重要指标。 医用热成像技术就是采用焦平面热探测器阵列（或光机扫描）将红外辐射能量转为电子视频信号，经过处理后形成被测物体的红外热图像，这种图像可在彩色监视器上显示，同时可送入计算机进行相应的数据处理，或存贮在硬盘或软盘上，也可由打印机打印成照片。红外热像图的诊断原理正是利用红外辐射能照相来研究体表温度分布状态，并将病变时的人体热像和正常生理状态下的人体热像进行比较，从而为某些疾病的诊断提供客观依据。 红外热成像探测的是人体自身皮肤辐射出的红外线，检查时既无创伤，又无不适，快速方便。它是绝对被动和不伤害人体的，这一点对于诊断工具来说，是非常重要的。 二、医用热像仪的应用领域 从热像仪的工作原理可知，热像仪探测的是人体表面的热辐射，皮肤是一个良好的红外辐射体，其比辐射率可达0.99以上，所以，体内器官的温度差异是可以经过热传导至体表从而被热像仪探测到的；同时，当体内深层器官的病变严重时，在体表也能探测到温度的差异，因此，医用热像仪不仅能诊断体表或接近体表的一些疾病，如皮肤、乳房、甲状腺肿瘤、血管疾病、关节病变等，而且对深层器官疾病的病变也起到很好的临床诊断作用。 医用热像技术用于临床诊断已有几十年历史，现已成为了诊断浅表肿瘤、血管疾病和皮肤病症等的有效工具。现就几个典型病症的诊断来进行简要的介绍。 1