安装了两台国际先进水平的遥感仪器—中分辨率成像光谱仪和多模态微波遥感器。

１． 中分辨率成像光谱仪

    成像光谱仪是新一代“图像和光谱合一”的光学遥感仪器，是当前世界上公认的监测地球环境最有效的太空遥感仪器之一。目的是对陆地、海洋和大气层的各种目标进行分光和成像观测，可应用于资源调查、农作物估产及自然灾害监测等方面。所谓图谱合一，顾名思义，即既能分光又能成像。它可以把被观测物的连续光谱分解成很窄的光谱段同时成像。或者说，地面目标的每幅图像都可同时得到不同波长的单色像。中分辨率是指仪器的空间分辨率为中等大小。对相对大范围的遥感探测研究来说，分辨率更高，势必视场很小；分辨率太低则分辨不清楚地面目标。

    美国在20世纪70年代，首次使用成像光谱仪对木星及其卫星进行遥感探测。仪器的探测波段为07-5微米的近红外辐射，共分成204个窄波段；光谱分辨率为30纳米；空间分辨率是052毫弧度。

    最令人惊奇而又令人沮丧的发现是由近红外成像光谱仪作出的、对木星欧罗巴卫星的最新观测结果。美国人原先以为木星的欧罗巴卫星的冰壳及其下面的海洋很可能都由水组成，而近红外成像光谱仪的探测结果表明它实际上是腐蚀性很强的、冻结的硫酸。这个结果再一次打消了人们对太阳系内另有生命存在可能的为数不多的期望，看来地球上的生命在太阳系内还是十分的孤单。

    在20世纪90年代启动的全球性的“地球观测系统（EOS）”计划中，成像光谱仪则发挥了更突出的作用。包括星载中分辨率成像光谱仪、高分辨率成像光谱仪和由9个相互独立的光学系统组成的多角度成像光谱仪。
我国“神舟”-3号上的成像光谱仪，从可见光（0403～0803微米，分为20个波段）、近红外（0823～1028微米，分为10个波段）、短波红外（215～225微米）到热红外（84～89、103～113、115～125微米）一共分成34个窄波段，即每一个观测目标可同时得到不同波长的34幅图像；或者说，图像中的每一个像元或像元组都可同时得到34段分辨率很高的分光光谱。

    整个成像光谱仪须由光学成像、分光系统，扫描镜及旋转驱动机构，焦平面组件，信号获取与处理电路，制冷系统以及运行控制软件等组成，是一个十分复杂而高精度的设备。

    “神舟”三号成像光谱仪各波段的光谱分辨率分别是∶可见光和近红外区20纳米；短红外波段01微米；热红外区84～89波段05微米，其余为1微米；空间分辨率是15毫弧度，相对于343千米的飞船高度，星下点的地面分辨率为501米。这样的中等程度分辨率，非常适合于大范围的民用遥感观测。对陆地可观测地表大尺度的土壤和植被的分布，如土壤的沙化和水分、作物种类等，同时还可探测大尺度的地质构造；对海洋可探测水温和水色，如叶绿素的浓度、悬浮泥沙含量和污染物等，同时也可探测海冰和海岸带的浅海水深等；对大气可探测水汽和气溶胶的含量与分布。

    从“神舟”三号获得的遥感图像的质量说明，成像光谱仪不仅全部达到了原定的目标、圆满地完成了任务，而且比预想的还要好。上图是2002年3月30日“神舟”-3号飞船飞经我国上空时成像光谱仪所拍的多波段影像图。不同的用户可以根据自已的需要，从原图选取各种不同波段的组合，得到大量而多种多样的影像图景，从中获取丰富、有用的遥感信息，为国民经济服务。

２． 多模态微波遥感器

    由于微波波段受日照条件及天气变化影响很小，可全天候观测，而且采用多种模态的微波遥感器的综合观测可得到更丰富的信息。“神舟”飞船的多模态微波遥感器由微波辐射计、散射计和雷达高度计3种测量模态组成。在大气与陆地研究中，利用辐射模态测量降水、水气含量、土壤水分、积雪、海面温度；利用高度模态测量海面高度、有效波高、海面风速和大洋环流；利用散射模态探测海面风速和风向。

    辐射模态所用的微波辐射计是一种被动式的微波遥感器，即它本身不发射微波辐射，而是直接接收由海洋和陆地发出的微波辐射信号，通过探测到的微波辐射亮度温度来反推、分辨探测对象的特性。因为接收的是很微弱的噪声信号，因此由检波器检出后，首先需要进行直流放大后才能转换为数字信号，进行各种进一步的处理、测量；而且仪器本身的温度环境对测量的影响很大，因此还需要对环境温度进行测量，用来修正测得的遥感数据。“神舟”-4号飞船的微波辐射计的亮度温度测量范围是100～330°K（绝对温度），辐射测量精度是1°K。工作频率为66、139、1935、238和37GHz，对应的地面分辨率为50、25、17、15和9m。频率越高，对应的地面分辨率越高。

    为了配合飞船上多模态微波遥感器的在轨探测试验，在陆地、海洋等特定区域进行了实地测量和精密定轨，激光测距定轨初步获取数据已说明可以实现厘米级的测量精度。

    对地观测研究的另一部分内容是对地球环境监测，共设计研制了太阳紫外光谱监测器、地球辐射收支仪和太阳常数监测器3种船载载荷。地球的外来输入能量主要来自太阳；来自太阳的大部分辐射被地球-大气系统所吸收，另有一部分则反射、散射回宇宙空间。这些能量的输入和输出主宰了全球的环境及其变化。太阳电磁辐射中的短波部分，X射线和紫外射线，虽然在太阳总辐射流量中所占的比例很小，但由于波长短、即光子的能量高，因此在地球高层大气的电离、光化等过程中起着主要作用。对这些辐射的高精度定量观测，可使我国掌握大气中臭氧浓度分布等影响地球环境的重要参数，具有监测地圈、大气圈和生物圈之间相互作用的能力，展开全球变化和地球系统科学的研究。