自五十年代末蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆人造地球衛(wèi)星以來，世界各先進國家都爭相發(fā)展太空飛行技術(shù)，到二十世紀(jì)末期，已發(fā)射空間飛行器5000余顆。其中，70%是在和平利用空間的民用技術(shù)招牌下進行開發(fā)的，純軍事應(yīng)用占近1/3。但是由于民用中有相當(dāng)大的比例為軍民兩用型，如有名的法國“斯波特”（SOPT）衛(wèi)星和美國的地球觀察衛(wèi)星（EO-1），陸地衛(wèi)星（Landsat）和“快鳥” （QuickBird）等，所以，事實上軍用航天器估計要占多達(dá)2/3的比例?？臻g技術(shù)已成為象征著強國的標(biāo)志，并充滿著火藥味。在軍事目的應(yīng)用的強烈牽引和各國軍界雄厚資金的資助驅(qū)動下，全球空間技術(shù)的發(fā)展成了二十一世紀(jì)令人極為矚目的目標(biāo)。

　隨著八十年代和九十年代光電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使固體可見光圖像傳感器和紅外焦平面陣列熱攝像圖像傳感器技術(shù)不斷地突破技術(shù)難關(guān)，發(fā)展成熟，迅速地用作空間技術(shù)的各種星載光電子圖像傳感器，航天敏感器技術(shù)發(fā)展到了一個新的階段，對空間技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。本文主要評述固體光電子圖像傳感器技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢，以及在航天星載方面的應(yīng)用。

二、固體光圖像傳感器的器件技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

1、固體光攝像器件—理想的星載光圖像傳感器

　 固體光電子圖像傳感器技術(shù)包括可見光硅圖像傳感器和短波、中波和長波紅外焦平面陣列技術(shù)。由于圖像傳感器器件的不斷發(fā)展，目前的固體圖像傳感器從可見光和近紅外波段的CCD器件發(fā)展到了短波、中波和長波紅外焦平面陣列。與星載反束光導(dǎo)攝像管相比起來，由于固體圖像傳感器具有一系列優(yōu)點，非常適用于用作空間星載圖像傳感器，如：

（1）體積小，重量輕；
（2）無圖像扭曲；
（3）光響應(yīng)工作波段寬，可見光硅CCD和CMOS圖像傳感器的光譜響應(yīng)可從紫外區(qū)延伸到紅外區(qū)，而紅外焦平面的光譜響應(yīng)波段覆蓋了從1mm～14mm和遠(yuǎn)紅外更寬的電磁波譜區(qū)；
（4）高分辨率，可在焦平面上集成數(shù)十萬、百萬乃至千萬像元的大格式陣列、實現(xiàn)大視場空間傳感器；
（5）同焦平面信號處理，像CCD、CMOS和各種紅外焦平面陣列器件，由于微型加工技術(shù)的發(fā)展，可采用混合式或單片集成方式把焦平面上光電轉(zhuǎn)換的焦平面探測器陣列與信號處理電路集成微小的集成電路塊，實現(xiàn)同焦平面信號處理；
（6）采用電子自掃描或凝視工作模式工作，簡化和完全取消機械掃描，實現(xiàn)系統(tǒng)小型化和微型化；
（7）低功耗工作，數(shù)伏電壓下即可工作；
（8）低成本；
（9）可靠性高。

　總之，小型化的小體積、輕重量、低功耗、低價格和高性能、高可靠性的固體空間光圖像傳感器為空間系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用提供了極大的靈活性。

2、可見光固體圖像傳感器

　可見光固體圖像傳感器已使成像技術(shù)實現(xiàn)了小型、低功耗、低成本和便攜式應(yīng)用、使成像系統(tǒng)技術(shù)了發(fā)生了革命性的變化。盡管迄今為止已發(fā)展了多種固體攝像器件，然而CCD器件和已在快速發(fā)展的CMOS圖像傳感器卻占據(jù)了整個該領(lǐng)域的95%的份額，CMOS是繼CCD之后的后起之秀。

（1）圖像傳感器件

　 CCD圖像傳感器件技術(shù)已發(fā)展了三十多年，早已是成熟和普及應(yīng)用到各種軍用和民用系統(tǒng)的器件，在紅外焦平典型面陣列技術(shù)實用化之前很長一段時間極受軍用重視，目前仍在可見光波段廣泛采用。

　 ①像元集成度：攝像陣列像元的多少是攝像系統(tǒng)分辨率性能的關(guān)鍵性因素，目前的CCD器件已可根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用目的要求同芯片集成或多芯片拼接，或多器件組合成任意像素數(shù)的器件。

· 線陣：常用單芯片像元集成度為512、1024、2048、4096、5000、7450和8000等；多芯片像元集成是用二個或多個單線陣芯片組合起來形成數(shù)萬像元的特長線陣列，常用作星載或機載多光譜傳感器；

· 時間延遲與積分(TDI)陣列：常用的單芯片是2048×96、2048×144和4096×96的陣列；多芯片是用多個單芯片拼合起來，常用作星載或機載推帚式掃描傳感器，加拿大的DLSA公司制作的這種傳感器在全球很有名；

· 面陣列：大格式陣列像元集成度為1024×1024、2048×2048、4096×4096 少數(shù)如科學(xué)研究和天文應(yīng)用方面陣列達(dá)7000×9000、8192×8192和9126×9126元，最大的9126×9126元陣列是美國Farchild Imaging公司研制的；

②像元尺寸：CCD的像元尺寸不能太小，過小將影響曝光性能，目前的大格式陣列像元尺寸已小達(dá)7.0mm×7.0µm；

③靈敏度，通常為幾個Lux~Lux-1，加上增強器處于微光工作模式時為Lux-3；采取冷卻時為Lux-5~Lux-7；

④分辨率：大型陣列通常的電視分辨線為＞1000×1000TV線，根據(jù)系統(tǒng)要求可更高，光學(xué)尺寸通常為2/3、1/2、1/3、1/4in.，目前最小已做到1/7in.。

（2）CMOS圖像傳感器件

　由于CMOS圖像傳感器件與CCD相比功耗更低，可實現(xiàn)極高幀速工作和低成本化，.成本僅為CCD的1/4，因而發(fā)展極快，可能最終在某些領(lǐng)域取代CCD。

① 像元集成度：由于器件技術(shù)的進展，目前的像元集成度常用的為幾十萬到100萬像素，如512×480和1280×1000，已能制出4096×4096和6144×6144元的陣列；

② 像元尺寸：由于制作技術(shù)的不斷改進，像元尺寸已可小達(dá)3.3mm×3.3mm；

③ 高靈敏度：在近紅外光譜區(qū)（900nm）光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)50%；

④ 寬動態(tài)范圍：CMOS的動態(tài)范圍通常為60dB以上，已達(dá)到170dB；DALSA CMOS-1M28/1M751024×1024元攝像機的動態(tài)范圍也高達(dá)1,000,000:1。

⑤ 高幀速和超高幀速：隨著CMOS圖像傳感器技術(shù)的發(fā)展，2003年中不斷報道了高幀速和超高幀速CMOS圖像傳感器，美、日公司在高幀速工作方面取得了顯著的進展.。DALSA和紅湖公司的CMOS圖像傳感器幀速竟然高達(dá)100000frame/s。

⑥ 功耗：CMOS最明顯的特點是低功耗，目前高幀速工作時僅為50mW。

（3）趨勢

　 CMOS圖像傳感器是目前和未來該領(lǐng)域正在發(fā)展中的主流技術(shù)。CCD主要是在應(yīng)用上想辦法，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和系統(tǒng)設(shè)計方案組合應(yīng)用。由于CCD圖像傳感器技術(shù)極為成熟， 預(yù)期最終CMOS圖像傳感器難以取代CCD圖像傳感器，將是二者長期共存的局面。但是， CMOS圖像傳感器具有成本低、集成度高、低功耗的突出優(yōu)點，如果再解決了影響性能和圖像質(zhì)量的噪聲問題，CMOS就將成為極佳選擇。

3、紅外焦平面陣列

　 紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展已引起了商界和軍界軍火商的極大關(guān)注。紅外焦平面陣列技術(shù)對軍事裝備更新?lián)Q代的深遠(yuǎn)影響正在改變現(xiàn)代戰(zhàn)場作戰(zhàn)的特點和概念。

　 剛結(jié)束的伊拉克倒“薩”戰(zhàn)爭再次顯示了在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中高技術(shù)含量越來越重要。美英聯(lián)軍一是靠高性能的空間偵察衛(wèi)星、U-2高空偵察機和“食肉者”武裝偵察機等獲取伊拉克地面的目標(biāo)信息，二是靠先進的導(dǎo)彈、炸彈對所定目標(biāo)精確打擊，三是靠新一代的夜視裝備夜間行軍作戰(zhàn)。這場戰(zhàn)爭中的高技術(shù)含量中，紅外熱成像裝備就是其中之一，而且顯得非常突出。

（1）新進展

　 空間應(yīng)用對設(shè)備提出了苛刻的條件要求：重量要輕、體積小便于使用和攜帶，高性能、穩(wěn)定、工作環(huán)境溫度、全天候、特別是黑夜條件下的應(yīng)用、可靠等。今天的紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展已滿足了上述的苛刻要求：

① 高溫工作

　 從太空和軍事應(yīng)用的角度來講，不受環(huán)境溫度變化影響和制約的裝備易于獲得穩(wěn)定的性能，是極受歡迎的。目前的光量子類紅外焦平面陣列，如PtSi，InSb，HgCdTe和GaAlAs/GaAs量子阱等都是已投產(chǎn)和準(zhǔn)備投產(chǎn)的品種，用杜瓦瓶液N2致冷或小型斯特林致冷器和電子致冷器均可滿足≥77K的工作溫度條件，通常為80K，最終目標(biāo)是240K。而1~3mm波段的InGaAs焦平面陣列則可不用致冷在室溫下穩(wěn)定工作；以VOx為代表的非致冷長波紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展已實現(xiàn)了長波紅外攝像不用致冷工作。

②高像元分辨率

　高像元分辨率是系統(tǒng)中最優(yōu)先要考慮的重要因素，因為這涉及到系統(tǒng)一系列性能參數(shù)的好壞。目前的紅外焦平面陣列像元分辨率極高，不但已實現(xiàn)了第二代TDI工作模式的陣列生產(chǎn)，而且像640×480、1024×1024和2048×2048元的凝視陣列有的已投產(chǎn)，如PtSi、InSb和HgCdTe與GaAlAs陣列，有的正準(zhǔn)備投產(chǎn)，像非致冷紅外焦平面陣列的320×240，640×480這樣的陣列都已投產(chǎn)或準(zhǔn)備投產(chǎn)，1024×1024元陣列已在發(fā)展中，非致冷陣列在制作工藝上也已成熟。像元尺寸已從50µm×50µm縮小到了25µm×25µm，國內(nèi)的非致冷紅外焦平面陣列已發(fā)展到了128×128元的陣列。

③ NETD指數(shù)

　NETD是評價系統(tǒng)性能的關(guān)鍵性性能參數(shù)，而這一參數(shù)也主要取決于焦平面陣列的NETD值。目前的光量子類紅外焦平面陣列的NETD值范圍通常在0.1~0.01K，使用f/2光學(xué)時，InSb、GaAlAs和HgCdTe的第Ⅱ代320×256元陣列和第Ⅲ代1024×768元陣列可達(dá)到0.01K的NETD值，這適合于高性能的系統(tǒng)應(yīng)用.而非致冷熱型紅外焦平面陣列中320×240和640×480元的VOx陣列NETD 分別達(dá)到了0.01k和0.025k.滿足了中低檔的軍用裝備應(yīng)用，芯片生產(chǎn)已從5英寸的芯片轉(zhuǎn)向6in.，計劃投產(chǎn)8in.芯片。

④ 雙波段和多波段陣列

　雙色和多色紅外焦平面陣列是該技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，這種技術(shù)的發(fā)展屬于下一代的陣列技術(shù)，對于軍事應(yīng)用具有極為重要的意義。這種陣列目前主要是GaAlAs/GaAs量子阱紅外光電探測器焦平面，其雙波段的陣列規(guī)模已達(dá)到640×512元，目前一些大的公司研究所正在合作發(fā)展1024×1024元的陣列，而且由軍方出資發(fā)展四色的QWIP陣列，如美國國防高級研究規(guī)劃局（DARPA）出資160萬美元要求QWIP技術(shù)、NASA的噴氣推進實驗室（JPL）和麻省理學(xué)院林肯實驗室合作研發(fā)的1024×1024元水平集成四色QWIP陣列，目前這種陣列工作溫度約為77K，未來將達(dá)到120K，像元尺寸20~25mm。

（2）趨勢

　目前先進的紅外焦平面陣列技術(shù)正處在從第二代向第三代更為先進的陣列技術(shù)發(fā)展的轉(zhuǎn)變時期。各有關(guān)公司和廠家機構(gòu)的注意力已轉(zhuǎn)向第三代紅外焦平面陣列傳感器的發(fā)展。第三代紅外焦平面陣列技術(shù)要滿足以下幾種要求：

①大型多色高溫工作的紅外焦平面陣列，探測器像元集成度≥106元，陣列格式1000×1000，1000×2000，和4096×4096元，像元尺寸18×18mm2，目前芯片尺寸22×22mm2，未來的芯片應(yīng)更大，高的量子效率，能存儲和利用探測器轉(zhuǎn)換所有的光電子，自適應(yīng)幀速（480Hz），雙色或多色工作，使用斯特林或熱電溫差電致冷器，工作在120K～180K，光響應(yīng)不均勻≤0.05%，NETD≤50mk(f/1.8)，結(jié)構(gòu)上單片或混合集成，可以是三維的。

②非致冷紅外焦平面陣列，無須溫度穩(wěn)定或致冷，用于分布孔徑設(shè)計，重量僅1oz，30mW功率，焦平面探測器元集成度≥106元，陣列格式1000×1000元，像元尺寸為25mm ×25mm，NETD＜10mK(f/1)，或60mK(f/2.5)，低成本、低功耗、中等性能，用于分布孔徑設(shè)計中獲取實用信息。

③非致冷工作的微型傳感器，焦平面探測器像元集成度僅160×120元～320×240元，像元尺寸50mm ×50mm和25mm ×25mm，NETD＜50mK(f/1.8)，輸入功率10mW以下，重量1oz，尺寸＜2in3，低成本。

三、星載固體光電子圖像傳感器應(yīng)用

　 空間星載遙感圖像傳感器具有寬空間和寬光譜分辨圖像的特點，用作最先進的全景掃描、多光譜和超光譜圖像傳感器從衛(wèi)星等空間平臺上對地球表面的海洋形態(tài)、地質(zhì)和大地生態(tài)與環(huán)境進行考察和監(jiān)測、對太空進行天文探測研究，對地球表面目標(biāo)進行探測、識別和分辨出隱蔽和偽裝的目標(biāo)，精確地確定地球表面目標(biāo)的位置等，商用和軍作范圍極為廣泛，具有極為重要的意義。美國依靠其強大的經(jīng)濟實力和世界領(lǐng)先的高科技技術(shù)，一直在加緊發(fā)展先進的空間探測和偵察技術(shù)，近些年來軍民兩用系統(tǒng)一直在美國國防高級研究規(guī)劃局中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。像“快島”這種超高分辨率的空間探測衛(wèi)星用于軍用是綽綽有余的，雖然其聲稱為商用衛(wèi)星，但空間分辨率已逼近軍用衛(wèi)星的10?M。美國的CCD、CMOS和紅外焦平面陣列傳感器技術(shù)在激烈競爭的全球市場上一直處于頂級地位，而且將這些遙遙領(lǐng)先各國的先進傳感器技術(shù)迅速地用于天文探測衛(wèi)星，地球資源遙感衛(wèi)星和高分辨率的軍用間諜衛(wèi)星等。

1、典型民用和軍用圖像傳感器光譜段應(yīng)用

　 可見光～近紅外(VNIR)波段是測繪、水深透和特征分辨最重要的光譜區(qū)。短波紅外波段(SWIR)在確定植物水分和分辨雪與云狀物方面最為重要，因而對農(nóng)作物條件分析、氣象、天氣預(yù)報和全球變化有關(guān)的科學(xué)研究極為有效。從地質(zhì)角度來看，該光譜區(qū)是非常有用的，因為該光譜段提供了有關(guān)地球表面，如土壤、巖石和植物的大量信息強度對比；短波、中波、長波和更長波長的紅外光譜段對軍用和航天星際探測具有極為重要的意義。其應(yīng)用范圍列于表1中。

2、星載固體光電子圖像傳感器應(yīng)用

　隨著CCD、CMOS和紅外焦平面陣列傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和成熟， 已廣泛地用作全景、多光譜、超光譜圖像傳感器。

· 全景掃描攝像機采用高分辨率的線陣列或TDI陣列圖像傳感器，在可見光到近紅外的寬光譜區(qū)內(nèi)產(chǎn)生高分辨率的黑白圖像。多光譜攝像機采用高分辨率的多光譜線陣列圖像傳感器用于紅、綠、藍(lán)，近紅外和短波紅外光譜區(qū)的分離波段產(chǎn)生可見光至紅外(IR)區(qū)的彩色圖像， 多光譜成像儀一般能觀測幾個到十幾個光譜波段。

· 超光譜攝像機(Hyperspextral Imager)則采用光機掃描線陣列和面陣列圖像傳感器，光譜更窄(10nm)，產(chǎn)生的是高光譜分辨的光譜圖像信息，一般具有100~400個譜段的探測能力，光譜分辨率在 左右。廣泛用于各種地球資源的探測，同時也具有重要的軍用意義，因為超光譜成像儀可以獲得精細(xì)的目標(biāo)光譜曲線，可通過觀察所獲得的光譜圖像及光譜圖像的變化，進行軍事裝備的識別和偵察，評估作戰(zhàn)效果。迄今為止，星載超光譜成像光譜儀還都是以科學(xué)試驗為目的展開研究的，目前一般還都處于驗證性實驗階段。美國1997年8月23日發(fā)射了世界上第一顆攜帶超光譜成像儀（HIS）的小型對地觀測衛(wèi)星“劉易斯”（Lewis）。

· 超超光譜成像儀（Ultra-Hyperspectral Imager）可探測譜段數(shù)多達(dá)400~1000個左右，而譜帶寬更窄 。超光譜成像儀主要用于科學(xué)研究，如氣體的化學(xué)成份和各種物理特性分析等，與超光譜成像儀的工作機理類同，譜段更多更窄，是今后的發(fā)展方向。

　雖然星載CCD、CMOS和紅外焦平面陣列全景、多光譜、超光譜和超超光譜星載圖像傳感器件技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)已相繼得到應(yīng)用，在多光譜、超光譜和超超光譜應(yīng)用方面不斷取得進展，引起了全世界的關(guān)注，應(yīng)用前景非常廣闊，但是，這種應(yīng)用必竟還處于發(fā)展和探索階段。這些應(yīng)用主要是地球資源衛(wèi)星傳感器、陸地和海洋觀察衛(wèi)星傳感器、空間預(yù)警衛(wèi)星傳感器、主題測繪衛(wèi)星傳感器，紅外天文衛(wèi)星傳感器、軍用偵察衛(wèi)星傳感器和軍用氣象衛(wèi)星傳感器等。

（1）地球資源衛(wèi)星傳感器

　地球資源衛(wèi)星是目前全世界應(yīng)用最廣的多功能和多用途空間飛行器，它利用所載遙感系統(tǒng)能對地球資源進行勘測，獲取地表各類資源的特征及分布情況，對資源開發(fā)、國民經(jīng)濟建設(shè)極為重要。地球資源衛(wèi)星常號稱商用目的，而實則是軍民兩用。特別是對于那些分辨率較高的資源衛(wèi)星，還可以對地面上諸如機場、防空設(shè)施、港口、導(dǎo)彈發(fā)射基地、鐵路網(wǎng)等軍事設(shè)施進行偵察，對軍事地形的測繪，軍隊和裝備的調(diào)動進行實時監(jiān)視等。 “陸地衛(wèi)星”（LandSAT）、“晨鳥”（Early Bird）、EO-1及 “快鳥”(Quick Bird)等這些地球資源衛(wèi)星既是軍用空間偵察衛(wèi)星，也是商兩用的。

①地球觀察(EO-1)衛(wèi)星是美國NASA 新千年計劃的一部分，其目的是驗證降低成本和改進圖像質(zhì)量的先進技術(shù)。2000年11月21日發(fā)射，攜帶有TRW空間電子制作的Hyperion超光譜攝像儀，是推帚式掃描成像儀，地面刈幅7.5km，空間分辨30m(705 km高度)。使用的星載固體圖像傳感器包括可見光-近紅外(VNIR)-短波紅外(SWIR)的焦平面陣列傳感器。其中，可見光-近紅外(VNIR)使用的是60×256元幀轉(zhuǎn)移CCD焦平面陣列，SWIR 陣列是256×256元的HgCdTe器件，其超光譜段多達(dá)220個，提供礦產(chǎn)、地質(zhì)、森林資源和農(nóng)業(yè)的增強遙感數(shù)據(jù)與Landest-7號衛(wèi)星增強主題測繪儀(ETM)獲取的數(shù)據(jù)進行比較。圖1是Hyperion發(fā)回的南澳大利亞地形圖像比較。

②美國“DigitalGlobe”公司研制的“快鳥”分辨率高達(dá)63cm,這一迄今為止目前世界上最先進，分辨率最高（競達(dá)到61cm）的空間成像衛(wèi)星的出現(xiàn)，確實應(yīng)該引起人們的密切關(guān)注。事實上，英、日、法、俄等國也有不少這種衛(wèi)星在空間運行監(jiān)視著全球各個地區(qū)和角落。然而，沒有一個商用衛(wèi)星有“快鳥”衛(wèi)星這樣先進，分辨率有如此之高，就連法國的Spot衛(wèi)星也都沒有達(dá)到“快鳥”的水平。Spot 衛(wèi)星是世界上早已聞名的商用衛(wèi)星，而實際上一直在為軍事應(yīng)用作貢獻，是一個帶有十分濃厚軍用色彩的商用衛(wèi)星，其地面分辨率為5m，而“快島”卻達(dá)到0.6m，其分辨率已達(dá)到最先進的軍用間諜衛(wèi)星水平。

　 由于美國的固體圖像傳感器技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位，其CCD圖像傳感器的線陣列和TDI-CCD陣列及其芯片拼接技術(shù)在多光譜衛(wèi)星成像技術(shù)方面應(yīng)用十分靈活主動，可實現(xiàn)多達(dá)數(shù)十個波段的多光譜成像探測、其面陣列可大達(dá)上千萬元的陣列，可實現(xiàn)全景掃描的大視場傳感器應(yīng)用。這種面陣傳感器均可達(dá)到極高的分辨率。

“快鳥”使用全景（黑白）和多光譜彩色近紅外傳感器，傳感器采取推帚掃描方式對地球表面的目標(biāo)進行攝像，獲得的圖像存儲在星載存儲器中，把數(shù)據(jù)下傳給設(shè)在地球北極的地面接收站、其特點是：

·大面積探測和監(jiān)視：地面刈幅為16.5×16.5km=272km2，一年中對地球表面的拍攝面積寬達(dá)7000萬km2，這相當(dāng)于整個北美洲大陸的3倍，是我國960萬km2的7倍以上，這等于一年中將我國的全部國土各個角落都納入攝像機視場7次。

· 超高空間成像分辨率

“快鳥”的全景掃描成像傳感器最高的圖像分辨率達(dá)到61cm，而多光譜傳感器獲得的圖像分辨率為2.44m。物理圖像尺寸為27552×27424像素，可謂大矣，從衛(wèi)星上垂直向下觀察地球的攝像范圍16.5×16.5km，像素深度等級11bit（2048級）；圖像信息量極大，建筑物的陰影、明暗部分十分清楚。61cm的分辨率，其分辨精度可清楚地從衛(wèi)星圖像上看出人影，甚至連以前獲得的衛(wèi)星圖像也可合起來用于對土地利用分類和地球表面物體進行分析，甚至連正在路上行進中的車輛種類均可判別出來。這一精度不斷把民用衛(wèi)星的圖像分辨率提高到了一個新的水平，而且這一分辨率的衛(wèi)星對軍用具有極為重要的價值。表2給出了“快鳥”的主要性能參數(shù)，表3出了其適用的范圍和領(lǐng)域。

　 美國柯達(dá)公司研制的星載固體圖像傳感器，工作于全景模式時采用8000元的CCD長線陣，雙芯片光學(xué)拼接組合，從460Km高空地面取樣寬度為1.0m，地面刈幅寬度為8.0m，64級TDI工作在極低光照條件下攝像；工作于多光譜模式時，采用2000元的可見光硅光電二極管陣列光譜區(qū)為藍(lán)、綠、紅和近紅外四個波段區(qū)，高空地面取樣寬度為4.0m；工作于超光譜模式時，在可見光～近紅外區(qū)采用1000×50元的硅可見光焦平面陣列，把0.4µm～1.0µm的光譜區(qū)分成了60個連續(xù)的波段，而在短波紅外區(qū)內(nèi)，采用1000元的短波HgCgTe紅外焦平面陣列，在1.0µm～1.75µm的三個光譜區(qū)內(nèi)，其波段多達(dá)40個，地面對面取樣寬度為8.0Km。

　法國共成功地發(fā)射了四顆“斯波特”（SPOT）新型商業(yè)地球資源遙感衛(wèi)星，目前正在研制第五顆。這種衛(wèi)星的軍民兩用性質(zhì)在伊拉克戰(zhàn)爭中所起的作用是非常明顯的。SPOT-攜帶兩臺相同的高分辨率遙感器HRV(High Resolution Visible imagine System)，采用可見光CCD圖像傳感器，多光譜和全色波段兩種工作模式，其地面分辨率高達(dá)5m～10m?？梢姽飧叻直媛实膾呙璩上褡V儀，屬于第二代光機掃描成象儀。由一個瞄準(zhǔn)反射鏡、準(zhǔn)施密特望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)及四個CCD陣列探測器組成。CCD陣列位于望遠(yuǎn)鏡焦平面上，分別工作在綠色500nm~590nm波段、紅色610nm~680nm波段、近紅外790~890波段及一個全色模式波段510~730nm。在全色波段其地面分辨率高達(dá)10m，多光譜波段20m間隔地面取樣， HRV采用了新的CCD成像技術(shù)并利用推掃原理進行工作，通過安裝在儀器焦平面上的CCD列陣，對圖像上的各條掃描線進行電子自掃描，通過衛(wèi)星沿其軌道的運動，可產(chǎn)生沿軌跡方向的連續(xù)掃描圖像，這樣每個地面成像點都可自動達(dá)到最長曝光駐流時間，從而大大提高了光譜儀的成像質(zhì)量。

　由于HRV工作在可見光波段及近紅外區(qū)，能滿足需要地球自然資源探測需要，但是隨著紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展， 1998年3月24日成功發(fā)射的SPOT-4衛(wèi)星所攜帶的成像光譜儀就是高分辨率可見光紅外成像儀（HRVIR），增加了一條新的中紅外通道，大大加強化了其軍用能力。

　日本、印度等周邊國家近年來地球資源衛(wèi)星的發(fā)展也很快。日本地球資源衛(wèi)星-1(JERS-1)于1992年2月用H-1火箭發(fā)射，它是日本的第一顆地球觀測衛(wèi)星服役達(dá)6.5年。JERS-1衛(wèi)星總共提供了30多萬幅光學(xué)遙感圖像，主要用于試驗光學(xué)遙感器在可見光-近紅外-中紅外區(qū)的工作能力，并進行地球資源綜合觀測。印度第二代地球資源遙感衛(wèi)星（IRS-IC、IRS-ID）載有CCD攝像器件的全色相機、四波段多光譜相機和寬視場相機，在太陽同步軌道的地面分辨率達(dá)到10m，還可更高。

（2）海洋監(jiān)測衛(wèi)星傳感器

　海洋監(jiān)測衛(wèi)星對民用和軍用都有極其重要的意義。是對海上活動和海軍裝備系統(tǒng)進行偵察的衛(wèi)星。這種星載光電傳感探測器能發(fā)現(xiàn)艦船及潛艇活動目標(biāo)，并確定目標(biāo)具體方位及活動信息，還可負(fù)載紅外及多光譜掃描傳感器。美國從1976年開始發(fā)射的“海軍海洋監(jiān)視衛(wèi)星”（NOSS）（又稱“白云”White Cloud和“命運三女神”Parcae），俄羅斯于1974年開始發(fā)射的“宇宙號”電子型1號海洋監(jiān)視衛(wèi)星（EORSAT），日本1987年發(fā)射了MOS-1第一顆極軌對地觀測衛(wèi)星，現(xiàn)已停止工作。1990年2月發(fā)射了MOS-1b，傳感器是多光譜電子自掃描輻射計和可見光/熱紅外輻射計，還試用了512×512元的PtSi中波紅外焦平陣列傳感器，地面刈幅寬100 km×2，1500 km，地面分辨率50 m、900m/27 km、32 km(23 GHz)，其主要任務(wù)是海洋觀測，如海洋水色，地表水面溫度，云和大氣水分等，并進行遙感設(shè)備和數(shù)據(jù)應(yīng)用試驗。

（3）早期彈道導(dǎo)彈發(fā)射預(yù)警衛(wèi)星

　 在現(xiàn)在高度發(fā)展的導(dǎo)彈技術(shù)時代，獲得先進的導(dǎo)彈發(fā)射攻擊告警能力以提供足夠的預(yù)警時間，采取有效的對抗措施，這對國家的安全和生存是致關(guān)重要的，因而大型紅外焦平面陣列技術(shù)一直是各國獲得這種能力的主要選擇方案。

　當(dāng)今世界上除了美、俄擁有可數(shù)次毀滅地球的龐大核武庫外，擁有和即將擁有的這種先進戰(zhàn)略導(dǎo)彈核武器的國家也在日益增多。由于各種因素導(dǎo)致的突發(fā)性事件隨時都有可能發(fā)生，這種核對抗和沖突是十分可怕的。必須在早期導(dǎo)彈發(fā)射時就可根據(jù)火箭發(fā)動機噴出的熱煙霧及時捕獲和清楚地分辨出冷發(fā)射目標(biāo)。這種冷的發(fā)射飛行器的溫度通常約為250℃，而從火箭發(fā)動機噴射出來的熱羽煙溫度高達(dá)950℃。根據(jù)普郎克黑體輻射理論，二者在4mm波段時的光通比約為25000，而在8.5mm時約為115。因而采取的波段（8mm ~14mm）的紅外焦平面陣列就可獲得極高的瞬間動態(tài)范圍，通常為12bits(即4096)。像目前的GaAiAs/GaAs量子阱紅外光電探測器焦平面陣列規(guī)模大達(dá)640´480元，工作波長不但可以是3mm~5mm，8mm ~9mm，還可達(dá)到14mm~15mm，不但可單波段工作，而且還可實現(xiàn)雙波段工作。事實上美國彈道防御機構(gòu)在幾年前做的專門實驗中就用的是長波GaAiAs/GaAs量子阱紅外光探測器焦平面陣列攝象機及時捕獲和極為清晰地分辨出Delta-2火箭，并獲得了非常清晰的圖像，如圖2所示。

　美國空軍已選定洛克西德馬丁公司的一個承包合同小組。研制新一代星載紅外導(dǎo)彈告警系統(tǒng)，為美國及其部署的軍隊和盟國提供來襲導(dǎo)彈的告警時間，并進行跟蹤，安裝在五顆地球同步衛(wèi)星和二顆高軌道衛(wèi)星上，2000年開始部署低地球軌道衛(wèi)星，2002年發(fā)射地球靜止衛(wèi)星，到2020年完成，傳感器有二種，一種負(fù)責(zé)快速掃描探測出已發(fā)射的導(dǎo)彈，另一種為凝視陣列，負(fù)責(zé)跟蹤目標(biāo)，合同初步金額為18億美元。為了降低成本，美國陸軍和高級研究規(guī)劃局在發(fā)展低成本非致冷紅外焦平面陣列技術(shù)方面投入了相當(dāng)多的資金，其目的在于使紅外焦平面陣列技術(shù)的單價降到300~600美元（而目前的大型凝視陣列數(shù)萬美元），從而使新一代導(dǎo)彈攻擊告警系統(tǒng)（MAWS）的成本降到10萬美元，而目前致冷焦平面陣列同類系統(tǒng)的標(biāo)價為50萬美元。由俄亥俄州賴特實驗室發(fā)的二項研究計劃分別為“強干擾中的探測（DICE）和用作告警傳感器的低成本陣列（LAWS）。賴特、洛克希德、桑德斯、尼科爾斯研究和大西洋航空航天電子設(shè)備公司幾家承包負(fù)責(zé)信號處理計劃（DICE），提高紅外導(dǎo)彈告警系統(tǒng)除去干擾的能力，洛克希德、桑德斯、德克薩斯儀器公司負(fù)責(zé)研究這種LAWS陣列，這種技術(shù)還適用于各種飛機。由于這種陣列的靈敏度不及制冷紅外焦平面，將采用信號處理和加大非制冷紅外焦平面陣列的陣列規(guī)模彌補其不足，美軍的該計劃已于1997~1998年間開始實施。美國現(xiàn)役彈道導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星上的紅外探測器長3.6m，孔徑0.91m，探測器陣列元數(shù)由6000元的 PbS和HgCdTe的紅外探測陣元組成，對導(dǎo)彈發(fā)動機尾焰波長2μm～7μm的紅外輻射極其敏感。當(dāng)衛(wèi)星以5r/min～7r/min的速度自轉(zhuǎn)時，其每隔8s～13s就可對地球表面1/3的區(qū)域重復(fù)掃描一次，通過連續(xù)掃描測出彈道導(dǎo)彈的位置和移動方向。將于2006年部署的美國天基紅外導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星系統(tǒng)(SBIRS)，由高軌道衛(wèi)星和低軌道衛(wèi)星組成。SBIRS系統(tǒng)采用24000個HgCdTe元組成的線陣和面陣列凝視成像焦平面紅外探測器，其長波紅外探測器在外層空間對彈道導(dǎo)彈助推段的探測能力達(dá)300km。

（4）天文探測空間傳感器

　天文探測一直是大國和強國實力的標(biāo)志，是大國激烈競爭的又一個領(lǐng)域， 先進的紅外焦平面陣列傳感器將為人類的太空天文探測提供更為先進的手段。目前在許多空間探測器上已安裝上先進的紅外傳感器。.雖是科學(xué)探索，但卻具有重要的軍事意義， 例如，美國1994年1 月25日發(fā)射的“克萊門廷”（Clementine）月球探測衛(wèi)星，也主要有軍方使用，驗證其反導(dǎo)系統(tǒng)所用紫外、可見及紅外各譜段成像傳感器在太空環(huán)境中的性能。隨著微電子技術(shù)和固體圖像傳感器技術(shù)，特別是紅外焦平面陣列技術(shù)的飛速發(fā)展，長線陣和大格式多元陣列的應(yīng)用使該領(lǐng)域的獲得了更加進的手段?！　?/div>