微波遥感基础.docx

微波遥感根底微波遥感根底1一、微波遥感物理根底2二、微波遥感技术的简介32.1 微波遥感32.2 微波遥感器42.2.1 雷达散射计42.2.2 微波辐射计52.2.3 雷达高度计52.3 微波遥感技术的特点62.4 微波遥感的优越性62.5 微波遥感的缺乏62.6 微波微波拥有强大生命力的根源72.7 我国微波遥感的差距7三、雷达概念、分类73.1 成像雷达73.2 非成像雷达83.3 真实孔径雷达83.4 合成孔径雷达83.5 极化雷达93.6 干预雷达93.7 激光雷达103.8 侧视雷达10四、微波遥感图像104.1 雷达图像104.1.1 104.1.2 雷达图像显示104.1.3 雷达图像分辨率114.1.4 雷达图像的处理114.2 侧视雷达图像124.3 雷达图像校准124.4 雷达图像定标124.5 雷达图像模拟13五、微波遥感定标13六、微波遥感概念、理论和技术的突破14七、我国微波遥感的差距14八、微波相关技术介绍168.1 偏振探测技术的特点168.2 微波散射特性16九、微波遥感有待进一步研究的问题17十、微波遥感的应用1810.1空间对地观测18一、微波遥感物理根底电磁波具有波长（或频率）、传播方向、振幅和极化面（亦称偏振面）四个根本物理量。极化而是是指电场振动方向所在的平面。电磁波谱有时把波长在mm到km很宽的幅度内通称为无线电波区间，在这区间按照波长由短到长又可以划分为亚毫米波、毫米波、厘米波、分米波、超短波、短波中波和长波。其中的毫米波，厘米波和分米波三个区间称为微波波段，因此有时又更明确地吧这一区间分为微波波段和无线电波段。振幅是指电场振动的幅度，它表示电磁波传递的能量的大小；极化面是指电场振动方向所在的平面。所谓极化，即电磁波的电场振动方向的变化趋势。线极化是电场矢量方向不随时间变化得情况，它又分为两个方向的极化，即水平极化和垂直极化。水平极化是指电场矢量与如赦免（例如侧视雷达发射的很窄的垂直于地面的扫描波束所形成的一个平面）垂直。而垂直极化是指电场矢量与入射面平行。假设发射和接受的都是水平极化（或垂直极化）电磁波的，那么得到图像为交叉极化图像（HV或VH）。一般来说有四种极化图像。同一地物对不同极化波的反映是不一样的。热能所产生的热辐射是种重要的电磁辐射，因为热能的本质物质微粒的无规那么运动的功能，这种无规那么运动引起微粒间的碰撞，使得电子轨道运动、原子或分子的振动或转动发生变化，微粒进入高能运动状态，在其重又转变为低能运动状态的过程中个，就发射出电磁波，热能也就因此转化为电磁能。所以在一定条件下，任何物体都能向外发射电磁辐射，而这种因热运动所引起的电磁辐射通常称为热辐射，一般只要我温度在OK以上，一切物体都发生发射出由这一温度所决定的热辐射。物质微粒运动状态的很微小的变换就能产生微波辐射。具有任意极化的电磁波都可以分解为TE波和TM波两个分量。TE波是电场矢量垂直于入射平面的极化波，即水平极化波。TM波那么是电场矢量平行与入射平面的极化波，即垂直极化波。微波也是无线电波，其波长从Imm到1000mm,微波在接受和发射时常常仅用很窄的波段，所以把微波波段又加以细分并给予详细的命名。在微波遥感中Ka,X,L等都是常用的波段。波段名称波长(cm)频率(MH2)Ka0.751.14000026.500K1.11.6726SOO-180Ku1.672.41800012.500X2.43.75125-80C3.757.58.00040S7.515400020L1530200010P30110003Xband:广泛地应用于军事侦察和商业地形勘测；Cband:用于记载和星载系统；如ESA的E-ERS1&2卫星和加拿大的RADARSAT；1.band:在宇宙飞船飞行任务中经过测试并运行于日本的JERS-I卫星；微波遥感波段：波段名称频率区|、可(OMz)波匿名称频率区IluCOHz)P0.2250.390K10.9036.0L0.3901.550Q36.046.0S1.5504.20V46056.0C4.205.75W56.0100X5.7510.90波长增加，穿透能力增加。在晴朗天气状况下，大气对于波长小于30mm的微波略有衰减。随波长减小，衰减增大。波长小于IOmm时，暴雨呈现强反射1用到了机载天气探测雷达系统)。大气对微波的衰减作用主要有大气中水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。气体分子所具有的能量有儿种形式，即平移动能，与轨道有关的电子能量，振动能量及转动能量。一般采用、和20mm以上的波长作为微波遥感的窗口，在这四个波段内大气的吸收作用使很小的。当地物外表是粗糙面时，入射电磁波就会产生散射，即向各方向漫反射，顺着入射方向的散射分量称为前向散射，逆入射方向的散射分量称为后向散射。二、微波遥感技术的简介2.1 微波遥感微波是电磁波的一种形式。微波遥感就是利用某种传感器接收地面各种地物发射或反射的微波信号,藉以识别、分析地物，提取所需信息。微波遥感分为主动式和被动式，被动式微波遥感由某种传感器接收地面地物的微波辐射；主动式微波遥感由传感器发射微波束，再接收地物反射回来的信号。微波遥感按其工作原理可分为主动式和被动式2类，.主动式是利用遥感器向地面发射微波脉冲，然后接受其散射波，包括成像雷达、微波散射计、微波高度计和降雨雷达；被动式是直接观测地面目标的微波辐射，包括微波辐射计等。微波散射特性SAR接受的目标后散射信号的幅度主要取决于目标外表的复介电常数和外表的粗糙度。散射幅度随目标外表的复节点常数的增加而增大。散射角特性由目标外表的粗糙度决定。光滑外表引起镜面反射,后向散射幅度很小。随着外表粗糙度增加，散后成分相对增大，因此，将后向散射微波信号与被测目标的物理量之间建立严格的对应关系，推知遥感目标的物理特性和运动特性，就可以到达识别目标的目的。随机外表散射幅度取决于采用的微波波长与观测目标外表粗糙度的特征尺度的相关关系，通常使用瑞利判据或夫琅禾费判据。因此，微波波长不同，后向散射信号幅度也不同。目前微波遥感常使用X、C、L、P波段。如果同时取得同意地面的多波段SAR图像，那么久与多光谱图像一样，可以提高识别目标的效果。由于地物目标的微波特性不同于光谱特性和红红外辐射特性。因此在可见光和红外遥感中不易探测和识别的目标，当对微波敏感时，可在SAR图像上识别。例如，土壤的微波介电常数在很大程度上由土壤含水量决定；不同的岩石其物理、化学性质不同，具有不同的介电常数；不同几何形状和不同粗糙度的地表有不同的散射特性；军事目标很多为金属材料制造，与其背景比拟，有很强的后向散射。因此，SAR图像在土壤调查、土地利用调查、地质勘察、军事目标侦察中广泛应用。微波从一种介质进入另一种介质，在介质内部产生体散射。体微波散射特性主要取决于介质的不均匀性和电磁波穿透的有效深度。散射强度正比于介岐内介电常数的不连续性和不均匀性的密度。散射的角方向性取决于分界面粗糙度、戒指的平均介电常数、以及相对于波长不均匀性的几何尺寸。2.2 微波遥感器常用的微波遥感器，有微波辐射计、微波散射计、雷达高度计、合成孔径雷达(SAR),其中微波辐射计是被动式遥感器，其他是主动式遥感器，这些微波遥感器各有特点，相互间不能完全替代。2.2.1 微波散射计(非成像传感器)微波散射计主要用来测量地物的散射或反射特性。通过变换发射雷达波束的入射角，或变换极化特征以及变换波长，研究不同条件下对目标散射特性的影响。雷达散射计是用来定量测试各类地物散射系统。微波散射计的组成局部包括：1)微波发射器，2)天线，3）微波接收机，4）检波器和数据积分器。微波散射及的功能是测量地物外表的散射或反射特性，也就是说，它主要用于测量目标的散射特性随雷达波束入射角变化的规律，也可用于研究极化和波长变化对目标散射特性的影响。微波散射计可以发射水平极化波，然后同时接受垂直和水平两种极化波，它还可以先发射一种极化波，再发射另一种极化波，而每次都接受两种极化波，所以对具体研究地物目标在各种情况下的散射特性是十分有利的。雷达散射计：最主要用于目标后向散射特性研究和海洋风场测量。目前为止它是唯一能给出海洋风场得遥感器，儿十年来管饭应用于海洋探测和陆地散射特性测量中，开展出了一扇型波束的杆状天线阵技术。上世纪80年代，RK莫尔和姜景山开展了笔型波束扫描技术，进来一些专家正在开展扇型波束扫描技术以适应各种平台和对系统简化的要求。2.2.2 微波辐射计（成像微波传感器）微波辐射计可用于记录目标的亮度温度。辐射计天线接受的辐射能量来自地面物体的发射辐射和反射辐射。微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度，并生成亮度、温度图像，因为地面无图都有发射微波信号的能力，其发射的强度与自身的亮度温度有关。通过扫描接受这些信号并换算成对应的亮度温度图，对地面物体状况的探测很有意义。2.2.3 雷达高度计（非成像传感器）雷达高度计主要功能是测量海面平均高度、有效波高和风向、几十年来已发射了专用高度计卫星，典型的有TOPEX/POSEIDON、JASON等。近年来为满足更高测量精度的要求又开展了几种新型雷达高度计，其中成像雷达高度计是中国专家在1988年提出的，在2003年完成其初次飞行的新技术。这一技术也可适用于陆地和冰的探测中。20世纪90年代，美国APL专家开展了一种新的探测机理，岩石多普勒高度计（HiPA）,这些技术大大提高了高度计探测精度，简化系统，还可给出三维图像。雷达高度计的工作原理是按定时系统的指令，发射机发出调制射频波束，经转换开关导向天线，由天线将波束射向目标，然后还是由天线收集向天线方向发射或散射回来的那局部能量，再由转换开关引向接收机，将返回的信号进行处理后提供输出数据，以决定往返双城传播的时延，因为传播速度是的，由时延测量即可计算目标的距离。为了准确地测量地面高度变化，必须要求定时系统在测量器件具有良好的稳定性，保证测量是可以重友的。由于平台的姿态和高度变换可能引入很大的量测误差，因此还必须设法修正由于姿态和高度的变换带来的误差。雷达高度计系统可能到达的量测精度，有赖于测量高度计的类型和工作效率以及特殊的系统设计。雷达高度计侧量目标物与遥感平台的距离，从而可以准确得知地表高度的变化，白狼的高度等参数,在飞机，航天器，海洋卫星中广泛应用。其原理主要根据发射波和接受波之间的时间差，波的传播速度为，求出距离。2.2.4 无线电地下探测器无线电地下探测器是测量地下岑估计其分界的一种装置，其工作原理包括以下几个方面：D对于某跌地区，地频率波束可以穿透其外表。2）探测器接收到的反射功率可以检测出来。3）能实现足够的距离分辨力。2.3 微波遥感技术的特点微波遥感技术具有某种其特殊的特点：D微波能穿透云雾、雨雪，且不需要太阳的照射，具有全天候工作的能力；2）微波对地物有一定的穿透能力；3）微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息；4）微波遥感的主动方式即雷达遥感不仅可以记录电磁波振幅信号，而且可以记录电磁波相位信息，由数次同侧观测得到的数据可以计算出针对地面上每一点的相位差，进而计算出这一点的高程，其精度可达几米。2.4 微波遥感的优越性微波遥感的优越性：1