衛星遙感很大程度上是圍繞著“電磁波―信號―數據―信息”的數字化轉換過程來展開的（如圖1所示），具體過程可以概述如下：自然界電磁輻射源（如太陽光）或衛星主動發射電磁波A，透過其傳輸的媒介B，與目標C發生相互作用，遙感衛星對電磁波進行采集與記錄，形成數據D，通過數據傳輸分系統或者中繼衛星把載有數據的調制信號E發送到地面，地面系統接收、解調和處理之后，輸出得到不同級別的數據產品F，經過應用系統的反演和解譯G，提取得到遙感應用信息產品H，從而理解并揭示人類社會活動和地球環境的相互作用規律，為人們生產和生活中的決策活動提供支持與幫助。
圖1 從目標信號、數據獲取到信息應用的轉化過程
以上衛星遙感過程是由衛星遙感系統完成的，一般由數據獲取系統和應用系統組成，可以分為正演過程和反演過程（如圖2所示），其中正演是指通過電磁波與物體的相互作用，獲取、測量、處理獲得相關數據（通過數據獲取系統得到），即通過前向模型R=f{a，b，c，d，e}，由{a}，{b}，{c}，coaoks0，{e}獲得{R}的過程；而反演則是提取數據載有的信息（通過應用系統得到），即通過逆向模型a=g{R，b，c，d，e}，由{R}，{b}，{c}，0ig0uaw，{e}獲得{a}的過程。以植被遙感為例，植被{a}：包括植被組分（葉、莖等）的光學參數（反射、透射等）、結構參數（幾何形狀、植株密度等）及環境參數（溫度、濕度等）；地面{b}：包括反射、吸收、粗糙度、含水量等；輻射源{c}：包括陽光照射的譜密度、方向等；大氣a0eo00s：包括大氣組分及特性、大氣透過率、背景輻射等；遙感數據獲取系統{e}：包括與植被的幾何關系、響應、噪聲等；{}表示特征及參數 *** 。
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圖2 遙感的正演和反演過程示意圖
衛星遙感的數據獲取正演過程和信息提取反演過程非常復雜，不同類型的遙感器也存在較大的差別。為了較好地說明這兩個過程，舉一個多光譜遙感用于樹木生長狀態情況監測的例子。
首先說一下衛星遙感的數據獲取過程，多光譜相機作為一種光學遙感器，既可以對物體成像，又可以測量物體的光譜特征。不同的樹木，如松樹、柳樹、榕樹、梧桐，等等，在可見近紅外譜段有著不同的光譜反射特征，同時它們在不同生長狀態的光譜特征也有所不同（如圖3所示）。當照射在這些樹木上的太陽光被反射時，其反射光中就包含了它們的光譜特征。裝載在衛星平臺上的多光譜相機可以接收到來自不同樹木的反射光、散射光，生成含有圖像和光譜信息的遙感數據，并將遙感數據通過信號調制發回地面。地面系統接收信號，加工處理后將圖像數據傳送給遙感應用系統。以上過程可以稱為衛星遙感的數據獲取正演過程。以上圖像數據獲取過程，受到多個成像環節各種要素的影響。太陽光下行穿過大氣，樹木等目標反射其光照，再上行穿過大氣，到達多光譜相機入瞳處，經過光學鏡頭聚光收集、探測器光電轉換、電子學放大量化等生成數字信號，經過壓縮和調制之后由數傳傳送到地面。在這個過程中，會受到大氣的吸收散射和湍流、光學鏡頭畸變、調制傳遞函數（MTF）、噪聲、雜光、誤碼等多種要素的影響。地面系統接收數據后，經過信號解調、數據解壓縮、相對輻射校正、大氣校正、圖像復原、幾何校正等步驟，在得到單個譜段圖像數據的基礎上，通過對多個譜段的圖像進行融合，得到最終圖像數據產品。
圖3 植被不同生長狀態的光譜特征不同
為了從多光譜融合的圖像數據中提取信息，需要在對多光譜圖像數據產品進行絕對輻射定標的基礎上，根據不同樹木的光譜反射特征庫，經過遙感應用系統的反演，提取不同時間的樹木生長狀態信息（如圖4所示），從而獲得樹木分布情況和不同生長狀態等信息產品，由此完成衛星遙感的信息提取反演過程。從多光譜圖像中提取樹木信息的過程也非常復雜，通常需要多個步驟來完成。之一步，需要結合多光譜相機的光譜響應特性曲線和絕對輻射定標數據，反推出在探測器上的輻亮度；第二步，需要結合相機光學部分的特性和探測器的光電轉換特性參數，反推出相機入瞳處的輻射率；第三步，由衛星姿態等外方位元素和相機內方位元素等幾何定標參數，將各像元定位到地表的不同位置，用以確定樹木的具 *** 置；第四步，結合大氣狀況和大氣輻射傳輸特性，反推地面的光譜出射度；第五步，結合成像時刻太陽、地表和衛星的位置關系，反推樹木的光譜反射率；最后，根據不同樹木的光譜反射率曲線，提取樹木分布以及生長狀態等信息。以上過程可以稱為衛星遙感的信息提取反演過程。
圖4 根據不同光譜特征反演樹木的分布和生長狀態
值得一提的是，無論是遙感數據獲取的正演過程，還是從遙感數據中提取目標信息的反演過程，均需要深入地理解其物理規律，對由電磁波到數據的生成過程理解得越透徹，信息反演的應用模型越精確，得到的有用信息就越多。
