微波遥感第一章
微波遥感 期末复习
微波遥感哟不要第一章：微波遥感：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。
红外遥感是利用0.76~1000微米的红外涉嫌与各类地物关系来进行资源与环境调查和检测。
为什么微波遥感这么具有吸引力，它究竟具有什么优越性？一、微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
二、微波对地物有一定穿透能力。
三、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。
四、微波遥感的主动方式，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。
微波遥感分为主动和被动方式。
波长越长，穿透能力越强。
同一种土壤温度越小，穿透越深。
干涉测量：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，其精度可以达到几米。
微波主动式传感器获得的图像常成为雷达图像，这是因为成像微波遥感常采用真实孔径雷达和合成孔径雷达，都是由雷达发展而来。
微波遥感也可以采用被动工作方式，这主要是微波辐射计的工作。
微波辐射计目前也成为重要的微波遥感工具。
所谓电磁波，就是以波动形式在空间传播并传递电磁能量的交变电磁场。
电磁波具有波长、传播方向、振幅和偏振面四个基本物理量。
这四个物理量一旦确定，一个平面电磁波就被完全决定了。
一般来说，振幅是指电场振动的幅度，它表示电磁波传递的能量大小，极化面是指电厂振动方向所在的平面。
电磁波的基本特性与微波微波是电磁波的一种形式，因此了解电磁波的一些基本特征也是对微波基本特征的了解。
1.叠加原理2.相干性和非相干性3.衍射4.极化（p7）在一定条件下，任何物体都能向外发射电磁辐射，而这种因热物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射，一般只要温度在0 K以上，一切物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射。
所有的物体都能吸收电磁辐射，吸收能力越强，其辐射能力也就越强。
大气对微波的衰减作用主要有大气中的水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
氧分子的吸收作用较强。
《微波遥感》课件
微波遥感与其他遥感的融合技术
微波遥感与其他遥感的融合技术是指将微波遥感与其他类 型的遥感技术（如光学遥感、红外遥感等）进行有机结合 ，充分发挥各自的优势，实现更高效的遥感探测。
总结词：通过将微波遥感与其他遥感技术进行融合，可以 充分发挥各自的优势，提高遥感数据的获取和处理效率， 为各领域的实际应用提供更全面的技术支持。
军事侦察
利用微波遥感的高分辨率特性 ，获取地面目标的位置、类型 等信息，为军事决策提供重要
情报。
微波遥感的发展历程
20世纪50年代
微波遥感的初步探索阶段，主要利用雷达技术进行简单的地表探测。
20世纪70年代
随着卫星技术的发展，微波遥感开始应用于全球环境监测和资源调查 。
20世纪90年代
随着高分辨率雷达卫星的出现，微波遥感在军事侦察和城市规划等领 域得到广泛应用。
传感器类型
02
03
数据处理与传输
卫星微波遥感系统搭载的传感器 类型多样，包括辐射计、散射计 、高度计等。
卫星接收到的微波数据需要经过 预处理、校正、反演等环节，最 终传输至地面接收站。
机载微波遥感系统
飞行平台
01
机载微波遥感系统搭载的飞行平台包括固定翼飞机、直升机等
，具有灵活的飞行能力。
传感器布局
微波的吸收和反射
不同物质对微波的吸收和反射特性不同，这为遥感提 供了丰富的信息。
微波遥感的工作原理
发射信号
微波发射器向目标发射信号 。
接收信号
接收器接收到目标反射或散 射的信号。
处理信号
通过处理接收到的信号，提 取有关目标的信息，如距离 、速度、方向等。
微波遥感的主要技术
雷达遥感
01
第一章微波遥感基础
SEASAT Image of Death Valley, 1978
第21页
1998年1月10日张北—尚义地震形变 第22页
第一节 引言
微波遥感分类： 被动微波遥感和主动微波遥感。
被动微波遥感 信号来源：系统自身不发射微波波束，只
是接收目标物发射或散射的微波辐射。 典型传感器：微波辐射计（该传感器为成
第11页
第一节 引言
微波遥感的优越性 微波对地物有一定穿透能力
1.微波穿透植物层的深度，取决于植物的含水量，密 度，波长和入射角。如果波长足够长而入射角又接近 天底角，则微波可穿透植被区而到达地面。因此，微 波频率的高端（波长较短）只能获得植被层顶部的信 息，而微波频率的低端（波长较长），则可以获得植 被层底层甚至地表以下的信息。
产生干涉现象的电磁波称为相干波。第28页ຫໍສະໝຸດ 一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性 相干波，产生干涉现象的电磁波被称为相
干波。一般地，凡是单色波都是相干波。 波的相干性导致微波雷达图像的像片上会
出现颗粒状或斑点状的特征。
第29页
一、电磁波的基本特征与微波
3、衍射 衍射的定义： 如果电磁波投射在一个它不能透过的有限大 小的障碍物上，将会有一部分波从障碍物的边 界外通过。这部分波在超越障碍物时，会改变 方向绕过其边缘达到障碍物后面，这种使一些 辐射量发生改变的现象称为电磁波衍射。
围内观察到的“颜色”则取决于研究对象面或体 的几何特性以及体界电特性，这样，将微波、可 见光和红外辐射配合运用，就能够研究表面上几 何的和体介电的特性以及分子谐振的特性。
第16页
另外，微波还可以提供某些附加的特性，这 使其在某些应用方面具有独到之处。例如，根 据不同类型冰的介电常数不同可以探测海冰的 结构和分类；根据含盐度对水的介电常数的影 响可以探测海水的含盐度等等。
电磁场与微波技术教学资料微波遥感
目录
• 微波遥感简介 • 电磁场与微波基础 • 微波遥感原理 • 微波遥感技术及应用 • 案例分析
01
微波波遥感是指利用微波辐射探测地表 、大气和海洋信息的技术。
特点
具有全天候、全天时的工作能力，能 够穿透云层和一定厚度的植被，获取 地表信息。
水体信息提取
总结词
微波遥感技术在水体信息提取方面具有优势，可提取水体面积、水质和流速等 信息。
详细描述
微波遥感通过分析水体的介电常数和含水量差异，能够提取水体信息。通过卫 星遥感和无人机遥感的结合，可以监测水体面积、水质和流速等参数，为水资 源管理、水环境保护和水灾预警提供重要数据支持。
THANKS
于地质灾害监测、城市规划等领域。
微波散射计遥感
总结词
微波散射计遥感是通过测量电磁波与地面目标相互作用后的散射系数，获取地面目标的物理特性和表 面粗糙度等信息。
详细描述
微波散射计遥感利用微波雷达或激光雷达等设备，向地面目标发射电磁波并接收反射回来的信号，通 过测量散射系数和表面粗糙度等信息，推断出地面目标的物理特性和表面状态等信息。该技术具有高 精度、高分辨率的优势，广泛应用于气象监测、环境监测等领域。
微波器件与系统
微波管
01
利用微波激发气体、等离子体或磁性材料等，产生高功率微波
辐射的器件。
微波集成电路
02
将多个微波元件集成在一块芯片上，实现微波信号的产生、放
大、混频和滤波等功能。
微波系统
03
由多个微波器件组成的复杂系统，如雷达、通信系统等，用于
实现特定的功能和应用。
03
微波遥感原理
微波辐射传
灾害监测与评估
微波遥感基础
2）电磁波基本特征
1） 不需要传播介质 2） 横 波 3） 波动性 4） 粒子性 5） 叠加原理 6） 相干性和非相干性 7） 衍射和偏振（遥感器的几何图象分辨率，波长越 长，偏振现象越显著，偏振摄影和雷达成像） 8）多谱勒效应（合成孔径侧视雷达）
波粒二象性 粒子性: 反射,折射,吸收,透射 波动性: 干涉,衍射,偏振(极化)
H 垂直极化
Z
（4）微波的多普勒效应
电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运 动，而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称 为多普勒效应。 类似声波的多普勒效应。 （合成孔径雷达的工作原理）
多普勒效应不仅仅适用于声波,它也适用于所有类型的波， 包括电磁波。科学家爱德文· 哈勃（Edwin Hubble）使用 多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论。他发现远离银河系 的天体发射的光线频率变低,即移向光谱的红端，称为红移， 天体离开银河系的速度越快红移越大，这说明这些天体在 远离银河系。反之，如果天体正移向银河系，则光线会发 生蓝移。
电场和磁场互相垂直，且都位于与传播方向垂 直的平面上，该平面所有点上电场或磁场的相 位都是相同的（等相位面）。 波面是一系列相互平行的平面的波。在离点波 源较远处，沿波的传播方向取一局部范围来看， 在这范围内的波面都是平行的，这样的波可近 似看成平面波。如射到地面的太阳光波可看成 平面波。
平面波与球面波
示器的工作原理， 混合像元的分 解）
（2）相干与非相干性
Coherent/incoherent
由两个(或两个以上)频率、振 动方向相同，相位相同或相位 差恒定的电磁波在空间叠加时， 合成波振幅为各个波的振幅的 矢量和。因此，会出现交叠区 某些地方振动加强，某些地方 振动减弱或完全抵消的现象。 这种现象称为干涉。产生干涉 现象的电磁波称为相干波。电 波天线正是利用电磁波的相干 性制成的。
微波遥感
微波遥感一、微波遥感概述1、微波微波是指波长1mm——1m（即频率300MHz——300GHz）的电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波，它比可见光-红外（0.38——15μm）波长要大的多。
最长的微波波长可以是最短的光学波长的250万倍。
常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。
其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。
微波遥感用的是无线电技术。
微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。
微波遥感系统有主动和被动之分。
所谓主动微波遥感系统，指遥感器自身发射能源。
“雷达”是一种主动微波遥感仪器。
雷达是用无线电波探测物体并测定物体距离的，这一过程中需要它主动发射某一频率的微波信号，再接收这些信号与地面相互作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生成地表的数字图像或者模拟图像。
微波辐射计是一种被动微波遥感仪器，记录的是在自然状况下，地面发射、反射的微弱的微波能量。
2、微波遥感的历史微波遥感的发展可以追溯到20世纪50年代早期，由于军事侦察的需求，美国军方发展了侧视机载雷达。
之后，侧视机载雷达SLAR 逐步用于非军事领域，成为获取自然资源与环境数据的有力工具。
1978年美国发射的Seasat海洋卫星以及随后发射的航天飞机成像雷达计划、苏联发射的Cosmos1870，标志着航天雷达遥感的开始。
20世纪90年代以来各国相继发射了一系列的星载雷达，单波段单极化雷达遥感得到了很大的发展。
进入21世纪以来另有一系列先进的雷达遥感计划得以实施，使得多波段多极化雷达遥感得到了很大的发展。
这一系列计划的实施大大地推动了极化雷达和干涉雷达等新型雷达的发展，使卫星雷达遥感进入了一个新时代。
我国的微波遥感事业起步于上世纪70年代。
在国家历次科技攻关中，遥感技术都作为重要项目列入。
经过若干阶段的发展，近年来已取得了技术、理论及应用研究的全面发展。
遥感原理与应用-第1章
图1-5 几种温度下的黑体波谱辐 射曲线
从上式可以看出：绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能 与绝对温度的四次方成正比，称为斯忒藩－玻耳兹曼公式。
12
黑体辐射特性
• 分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。 可微分普朗克公式，并求极值。
维恩位移定律：
温度 波长 300 9.66 500 5.80 1000 2.90 2000 1.45 3000 0.97 4000 0.72 5000 0.58 6000 0.48 7000 0.41
27
瑞利散射中，散射强度与波长的关系
I ∝ E s' ∝
2
sin 2 θ
λ4
蓝光散射较强 红光散射较弱
为什么微波具有穿透云雾的能力？
28
(2)大气对太阳辐射的反射
• 由于大气中有云层，当电磁 波到达云层时，就象到达其 他物体界面一样，不可避免 的要产生反射现象，这种反 射同样满足反射定律。而且 各波段受到不同程度的影 响，削弱了电磁波到达地面 的程度。因此应尽量选择无 云的天气接收遥感信号。
7
可见光的范围 紫 0.38～0.43μm 蓝 0.43～0.47μm 青 0.47～0.50μm 绿 0.50～0.56μm 黄 0.56～0.59μm 橙 0.59～0.62μm 红 0.62～0.76μm
• • •
电磁波谱的范围非常宽，从波长最短的γ 射线到最长的无线电波，波长之比高达 1022倍以上 遥感采用的电磁波段可以从紫外线一直到 微波波段 遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性， 选择相应的电磁波段，通过传感器探测不 同的电磁波谱的发射或反射辐射能量而成 像的。
24
•
气溶胶的来源
• 自然：
2.1 微波遥感基础原理
2 微波遥感基础原理本章要点本章从电磁波传播的基本概念到SAR 的基本原理对于雷达遥感的基本知识作了概要的介绍，包括相干成像和合成孔径的概念、重要的参数、SAR影像的基本特征等。
主要内容§2．1 微波遥感物理基础§2．2 真实孔径雷达基本原理§2．3 SAR系统基本原理§2．4 SAR影像的主要特性2.1 微波遥感物理基础作业：目标的散射特性与哪些因素有关？在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。
E为电场矢量方向，M为磁场矢量方向，C为传播方向。
• 电磁波是时间和空间的函数• 电场矢量和磁场矢量相互垂直，而且又都垂直于传播方向• 电磁波具有波动性和粒子性• 波长、相干性、叠加性和极化等都是电磁波的重要特性＋幅度和相位• 如果某电磁波的电场矢量和磁场矢量均在垂直于传播方向的平面上，并且幅度为常数，则称为平面波在均匀介质中电磁波随时间作正弦变化，波长或频率是描述电磁波重要的参量。
微波偏振与极化Polarization电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量，称为电磁破的偏振非偏振光，偏振光，部分偏振EHZE 线极化H ZE 椭圆极化H ZE 圆极化H Z极化即电场振动方向的变化趋势，线极化是电场矢量方向Polarization of Microwave水平极化是指电场矢量与入射面垂直 垂直极化是指电场矢量与入射面平行EHZ 垂直极化同极化HH，VV交叉极化HV，VH目标入射平面衍射衍射：波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的传播方向弯曲现象。
远场衍射，也称夫琅和费衍射，若光源或观察屏离开衍射孔或缝为无限远，这种衍射现象称远场衍射。
衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象；孔隙越小，波长越大，这种现象就越显著。
衍射对微波遥感的两个意义：天线；感兴趣的地表目标的大小与微波传感器的波长是相当的（毫米-米），土壤粗糙度、树枝、麦秆、水波和海浪等。
《微波遥感》课程教学大纲
微波遥感MicrowaveRemoteSensing一、课程基本情况课程类别：专业主干课课程学分：3学分课程总学时：48学时，其中讲课：32学时，实验（含上机）：16学时课程性质：必修开课学期：第5学期先修课程：遥感原理1适用专业：遥感科学与技术教材：微波遥感原理，武汉大学出版社；舒宁，2003。
开课单位：地理与遥感学院遥感科学与技术系二、课程性质、敕学目标和任务本课程是遥感科学与技术专业方向专业主干课，是本专业必修课程之一。
通过对本课程的学习，使学生了解与掌握微波遥感的基本理论、原理与应用，了解微波遥感应用领域的最新发展。
进一步加强学生的遥感专业技能素养，扩宽遥感应用知识与技能。
微波遥感课程需要学生掌握微波电磁辐射基本原理、典型地物微波辐射特征、微波遥感平台及特点、微波遥感影像处理与应用、雷达干涉测量原理与应用，在此基础上了解微波遥感在不同领域内的应用。
同时通过对微波遥感的实习实践，培养学生在主被动微波遥感数据处理及解译的能力，加强学生在应用微波遥感方式解决遥感问题的应用技能，为学生微波遥感应用能力及进一步深造奠定基础。
三、教学内容和要求第1章微波遥感基础（6学时）1.1引言（1学时）（1）微波遥感概念；（2）微波遥感的优势与不足；（3）了解微波遥感的发展历史重点：微波遥感的优势与不足；1.2电磁波理论与微波（2学时）（1）掌握微波电磁波基本特征；（2）理解微波电磁辐射定律重点：微波电磁波特征与辐射定律；难点：微波电磁波辐射定律；1.3微波与物质的相互作用（2学时）（1）理解微波与大气的相互作用；（2）理解微波与地物的相关作用难点：微波与地物的相互作用；1.4微波遥感波段（1学时）（1）掌握常用微波遥感波段及各自特点。
重点：微波遥感常用波段；第2章微波遥感系统（8学时）2.1非成像微波传感器（1学时）（1）掌握微波散射计工作原理及应用；（2）掌握雷达高度计工作原理及应用；（3）了解无线电地下探测器工作原理及应用；重点：微波散射计工作原理及主要应用；2.2成像微波传感器（3学时）（1）掌握微波辐射计工作原理；（2）理解并掌握真实孔径侧视雷达工作原理；（4）掌握合成孔径侧视雷达工作原理；重点：成像雷达工作原理；难点：合成孔径雷达原理；2.3天线与雷达方程（2学时）（1）掌握天线的概念及主要参数；（2）掌握雷达方程与灰度方程的推导重点：天线的主要参数与雷达方程；难点：雷达方程的推导；2.4空间微波遥感系统（2学时）（1）了解主要的机载微波遥感系统；（2）了解主要的航天飞机微波遥感系统；（3）了解主要的卫星微波遥感系统；第3章微波图像的特点（8学时）3.1侧视雷达图像参数（1学时）（1）理解并掌握侧视雷达系统的主要工作参数;（2）理解雷达图像质量参数重点：侧视雷达系统的主要工作参数3.2雷达图像的几何特点（2学时）（1）理解并掌握雷达图像的斜距投影;（2）理解雷达图像的透视收缩和叠掩；（3）理解雷达阴影重点：雷达图像的几何变形特点；难点：雷达图像的透视收缩与叠掩；3.3雷达图像的信息特点（2学时）（1）了解地物目标的类型；（2）掌握影响雷达图像色调的主要因素；（3）了解并掌握雷达图像的主要虚假现象；重点：雷达图像色调的主要影响因素；3.4典型地物的散射特性（1学时）（1）掌握主要典型地物的散射特性；（2）掌握主要典型地物的微波热辐射特性难点：典型地物的散射特性；第四章微波遥感图像的校准、定标与模拟（2学时）4.1雷达回波的校准（0.5学时）（1）了解雷达系统内部校准原理与方法；（2）了解雷达系统内部校准原理与方法重点：雷达系统校准的主要方法；4.2雷达图像定标（0.5学时）（1）了解雷达图像定标的一般原理与方法4.3雷达图像模拟（0.5学时）（1）了解雷达图像模拟的一般原理与方法；4.4辐射计的校准与定标（0.5学时）（1）了解微波辐射计图像校准与定标的一般原理与方法；重点：雷达与微波辐射计图像的校准与定标；难点：雷达图像的校准与定标方法；第5章微波图像的几何校正（4学时）5.1雷达图像的几何变形分析（1学时）（1）了解造成雷达图像几何变形的主要原因；5.2侧视雷达图像的构像方程（1学时）（1）掌握基于等效中心投影的构像方程；（2）了解并掌握基于成像矢量关系和多普勒频率方程的构像方程;重点：侧视雷达图像的构像方程难点：基于成像矢量关系和多普勒频率方程的构像方程构建；5.3侧视雷达图像的几何校正方法（1学时）（1）掌握利用多项式与模拟图像的几何校正方法;（2）理解基于构像方程的几何校正方法重点：基于构像方程的几何校正方法第6章雷达干涉测量（4学时）6.1雷达干涉测量基本原理（2学时）（1）掌握干涉测量的基本概念；（2）理解并掌握雷达干涉测量原理；（3）掌握雷达干涉测量的主要工作方式难点：雷达干涉测量基本原理；6.2雷达干涉测量的主要应用（2学时）（1）理解雷达干涉测量的一般流程；（2）了解雷达干涉测量的主要应用；难点：相位解缠的概念及算法；第7章微波遥感应用（2学时）（3）了解微波辐射计的主要应用领域（4）了解雷达遥感技术在测绘、农业、城市、海洋、气象等领域的应用；（2）通过实例，了解微波遥感在资源环境中的应用方法，如土壤湿度遥感；四、课程考核（1）作业和报告：作业：5次左右；（2）考核方式：闭卷考试；（3）总评成绩计算方式：平时成绩、实验成绩、期中考试成绩和期末考试成绩等综合计算; （4）在多媒体教室开展教学活动，力求传统教学手段与现代技术的有机统一；五、参考书目1、雷达影像干涉测量原理，武汉大学出版社，舒宁，2003；2、雷达成像技术，电子工业出版社，保铮等，2005；3、微波遥感导论，科学出版社，lainH.Woodhouse,2014；4、遥感相关期刊。
微波遥感
微波遥感一、微波遥感概述1、微波微波是指波长1mm——1m（即频率300MHz——300GHz）的电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波，它比可见光-红外（0.38——15μm）波长要大的多。
最长的微波波长可以是最短的光学波长的250万倍。
常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。
其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。
微波遥感用的是无线电技术。
微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。
微波遥感系统有主动和被动之分。
所谓主动微波遥感系统，指遥感器自身发射能源。
“雷达”是一种主动微波遥感仪器。
雷达是用无线电波探测物体并测定物体距离的，这一过程中需要它主动发射某一频率的微波信号，再接收这些信号与地面相互作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生成地表的数字图像或者模拟图像。
微波辐射计是一种被动微波遥感仪器，记录的是在自然状况下，地面发射、反射的微弱的微波能量。
2、微波遥感的历史微波遥感的发展可以追溯到20世纪50年代早期，由于军事侦察的需求，美国军方发展了侧视机载雷达。
之后，侧视机载雷达SLAR 逐步用于非军事领域，成为获取自然资源与环境数据的有力工具。
1978年美国发射的Seasat海洋卫星以及随后发射的航天飞机成像雷达计划、苏联发射的Cosmos1870，标志着航天雷达遥感的开始。
20世纪90年代以来各国相继发射了一系列的星载雷达，单波段单极化雷达遥感得到了很大的发展。
进入21世纪以来另有一系列先进的雷达遥感计划得以实施，使得多波段多极化雷达遥感得到了很大的发展。
这一系列计划的实施大大地推动了极化雷达和干涉雷达等新型雷达的发展，使卫星雷达遥感进入了一个新时代。
我国的微波遥感事业起步于上世纪70年代。
在国家历次科技攻关中，遥感技术都作为重要项目列入。
经过若干阶段的发展，近年来已取得了技术、理论及应用研究的全面发展。
2.4 微波遥感基础原理
基本原理：在方位向或距离向降低处理器带宽， 从而将方位向或距离向的频谱分割成若干部分，称 为视窗（look），各视窗分别成像后非相干叠加， 以抑制噪声。视窗的个数就称之为视数，它对应于 前述的独立样本个数。INSAR原始数据一般是单视 数的，即未作过多视处理的数据，多视处理往往在 形成干涉图之后。
2012-11-21
10
穿透性
rough low reflectivity 穿 透 性 （3） penetration
2012-11-21
smooth high reflectivity no penetration
11
穿透性
Balbina Reservoir from JERS-1 SAR imagery (Oct. 1993)
3
如何提高SAR分辨率 ？
波束之脉冲时间τ越小，距离 向分辨率越高，但τ太小则发 <== 脉冲压缩技术 射功率下降，降低后向散射 的信噪比
距离向
方位向
理论上增加孔径D就可以提高 方位向分辨率，但实际上难 <== 合成孔径技术 以实现，因为孔径的大小决 多普勒 效应 定了天线几何尺寸的大小
多视 ？
2012-11-21
2012-11-21
32
侧视SAR阴影
雷达阴影产生原理示意图
2
3
1
2012-11-21
33
侧视SAR阴影 侧视雷达阴影产生的规律 1，雷达阴影是起伏地形的雷达影像在后坡出现 暗区的图像缺失现象 2，雷达阴影的产生与坡度及雷达俯角有关 3，判断雷达阴影还要考虑山脊走向与卫星航向 的关系，考虑真倾向与伪倾向的关系 4，阴影区不含信息，但却是一种很好的观测方 向和地形信息的指示器
微波遥感 期末复习
微波遥感哟不要第一章：微波遥感：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。
红外遥感是利用0.76~1000微米的红外涉嫌与各类地物关系来进行资源与环境调查和检测。
为什么微波遥感这么具有吸引力，它究竟具有什么优越性？一、微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
二、微波对地物有一定穿透能力。
三、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。
四、微波遥感的主动方式，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。
微波遥感分为主动和被动方式。
波长越长，穿透能力越强。
同一种土壤温度越小，穿透越深。
干涉测量：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，其精度可以达到几米。
微波主动式传感器获得的图像常成为雷达图像，这是因为成像微波遥感常采用真实孔径雷达和合成孔径雷达，都是由雷达发展而来。
微波遥感也可以采用被动工作方式，这主要是微波辐射计的工作。
微波辐射计目前也成为重要的微波遥感工具。
所谓电磁波，就是以波动形式在空间传播并传递电磁能量的交变电磁场。
电磁波具有波长、传播方向、振幅和偏振面四个基本物理量。
这四个物理量一旦确定，一个平面电磁波就被完全决定了。
一般来说，振幅是指电场振动的幅度，它表示电磁波传递的能量大小，极化面是指电厂振动方向所在的平面。
电磁波的基本特性与微波微波是电磁波的一种形式，因此了解电磁波的一些基本特征也是对微波基本特征的了解。
1.叠加原理2.相干性和非相干性3.衍射4.极化（p7）在一定条件下，任何物体都能向外发射电磁辐射，而这种因热物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射，一般只要温度在0 K以上，一切物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射。
所有的物体都能吸收电磁辐射，吸收能力越强，其辐射能力也就越强。
大气对微波的衰减作用主要有大气中的水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
氧分子的吸收作用较强。
微波遥感基础
微波遥感基础微波遥感基础 (1)一、微波遥感物理基础 (2)二、微波遥感技术的简介 (4)2.1 微波遥感 (4)2.2 微波遥感器 (5)2.2.1 雷达散射计 (5)2.2.2 微波辐射计 (5)2.2.3 雷达高度计 (6)2.3 微波遥感技术的特点 (7)2.4 微波遥感的优越性 (7)2.5 微波遥感的不足 (7)2.6 微波微波拥有强大生命力的根源 (7)2.7 我国微波遥感的差距 (8)三、雷达概念、分类 (8)3.1 成像雷达 (8)3.2 非成像雷达 (8)3.3 真实孔径雷达 (9)3.4 合成孔径雷达 (9)3.5 极化雷达 (10)3.6 干涉雷达 (11)3.7 激光雷达 (11)3.8 侧视雷达 (11)四、微波遥感图像 (11)4.1雷达图像 (11)4.1.1雷达图像 (11)4.1.2 雷达图像显示 (12)4.1.3 雷达图像分辨率 (12)4.1.4 雷达图像的处理 (12)4.2 侧视雷达图像 (13)4.3 雷达图像校准 (14)4.4 雷达图像定标 (14)4.5 雷达图像模拟 (14)五、微波遥感定标 (15)六、微波遥感概念、理论和技术的突破 (15)七、我国微波遥感的差距 (16)八、微波相关技术介绍 (17)8.1 偏振探测技术的特点 (17)8.2 微波散射特性 (18)九、微波遥感有待进一步研究的问题 (19)十、微波遥感的应用 (20)10.1 空间对地观测 (20)一、微波遥感物理基础电磁波具有波长（或频率）、传播方向、振幅和极化面（亦称偏振面）四个基本物理量。
极化面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，在这一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。
微波遥感
微波遥感一、微波遥感概述1、微波微波是指波长1mm——1m（即频率300MHz——300GHz）的电磁波，包括毫米波、厘米波、分米波，它比可见光-红外（0.38——15μm）波长要大的多。
最长的微波波长可以是最短的光学波长的250万倍。
常用的微波波长范围为0. 8～30厘米。
其中又细分为K、Ku、X、G、C、S、Ls、L等波段。
微波遥感用的是无线电技术。
微波遥感：是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用某种传感器接受地理各种地物发射或者反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取地物所需的信息。
微波遥感系统有主动和被动之分。
所谓主动微波遥感系统，指遥感器自身发射能源。
“雷达”是一种主动微波遥感仪器。
雷达是用无线电波探测物体并测定物体距离的，这一过程中需要它主动发射某一频率的微波信号，再接收这些信号与地面相互作用后的回波反射信号，并对这两种信号的探测频率和极化位移等进行比较，生成地表的数字图像或者模拟图像。
微波辐射计是一种被动微波遥感仪器，记录的是在自然状况下，地面发射、反射的微弱的微波能量。
2、微波遥感的历史微波遥感的发展可以追溯到20世纪50年代早期，由于军事侦察的需求，美国军方发展了侧视机载雷达。
之后，侧视机载雷达SLAR 逐步用于非军事领域，成为获取自然资源与环境数据的有力工具。
1978年美国发射的Seasat海洋卫星以及随后发射的航天飞机成像雷达计划、苏联发射的Cosmos1870，标志着航天雷达遥感的开始。
20世纪90年代以来各国相继发射了一系列的星载雷达，单波段单极化雷达遥感得到了很大的发展。
进入21世纪以来另有一系列先进的雷达遥感计划得以实施，使得多波段多极化雷达遥感得到了很大的发展。
这一系列计划的实施大大地推动了极化雷达和干涉雷达等新型雷达的发展，使卫星雷达遥感进入了一个新时代。
我国的微波遥感事业起步于上世纪70年代。
在国家历次科技攻关中，遥感技术都作为重要项目列入。
经过若干阶段的发展，近年来已取得了技术、理论及应用研究的全面发展。
微波遥感复习
第一章微波遥感基础1、微波遥感的概念及分类微波遥感是利用某种传感器接收地面各种地物反射或散射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需的信息。
主要分为主动微波遥感和被动微波遥感，被动微波遥感包括微波成像仪和微波探测仪；主动微波遥感包括雷达高度计、雷达散射计和成像雷达。
2、微波遥感的优越性（1）微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候、全天时的工作能力，优于可见光和红外波段的探测能力（2）微波对地物有一定的穿透能力，对地物的穿透深度因波长和物质的不同而有很大差异，波长越长，穿透能力越强。
（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，比如微波高度计和合成孔径雷达具有测量距离的能力，可以用于测定大地水准面，还可以利用微波探测海面风场。
（4）雷达可以进行干涉测量3、微波遥感的不足（1）微波传感器的空间分辨率要比可见光和红外传感器低（2）其特殊的成像方式使得数据处理和藉以相对困难些（3）与可见光和红外传感器数据不能在空间位置上一致4、合成孔径雷达（SAR）特性及优势（1）全天候，不受云雾雪的影响，雨的影响有限（2）全天时，主动遥感系统（3）对地表有一定的穿透能力，与土壤含水量有关，依赖于波长（4）对植被有一定的穿透能力，依赖于波长和入射角（5）高分辨率，分辨率与距离无关（6）独特的辐射和集合特性（7）干涉测量能力（8）多极化观测能力5、极化，指得是电磁波的电场振动方向的变化趋势。
极化方式有线极化、椭圆极化、圆极化。
第二章微波遥感系统1、常见的微波遥感传感器在海洋、陆地、大气微波遥感应用中，常用的有效的传感器有五种：散射计、高度计、无线电地下探测器（以上为非成像系统）；微波辐射计、侧视雷达（以上为成像系统）。
2、散射计微波散射计是一种有源微波遥感器，专门用来测量各种地物的散射特性。
它是通过测量地物对微波的散射强度，达到测定地物的后向散射系数的相对值。
散射计按照观测方式可以分为以下四类：侧视观测散射计;前视（后视）观测散射计；斜视观测散射计；笔式光束环形扫描散射计。
微波遥感-1
分米波
0.1-1.0m
S,L,P
3）微波波段名称与相对频率、波长
v=λf
F(GHz)
0.23 0.39 0.39 1.55
Λ(mm)
1333.33 769.23 769.23 193.55
Λ(cm)
133.33 76.92 76.92 19.35
P L S C X K Q V W
1.56
4.20
4.20
应用范围
雷达与SAR对于大气降雨、大气可降水量、云中液态 水含量，海面风场、台风、海冰的监测，陆地土壤湿 度、积雪、干旱洪涝灾害、陆地水文、植被与农作物 生长监测等都有重要的应用。同时，还可在土地利用、 地质资源与探矿、地下目标探测、大地河口与海岸监 测、城市发展管理、海流与海面污染、海面舰船或地 面目标的识别等民用和国防技术中有十分重要的关键 性的应用。全极化SAR与INSAR图像还可以用来反演 森林树木高度、地面数字高程、地面形变、各类地表 的分类等。此外，逆合成孔径雷达ISAR、双站 BiSAR等研究也正引起关注。
冰川移动：InSAR技术对冰川研究有两个重要作用。首先InSAR技术能够提供完整的、高
分辨率的、高精度的地形数据；其次，重复轨道能够测量冰的流动。
地表沉降：利用InSAR技术进行了城市地表沉降监测，与常规水准测量相比，两者相关度
达0.943，说明InSAR测量值与其保持很高的一致性
火山研究：实践表明，基于InSAR技术，一个月几次的重复观测很容易监测每月几个厘米
1991/1995
1992 1995 2000 2002 2005 2005 2007 2009
C
L C C C L C X X
5.7
23.5 5.7 5.7 5.7 23.5 5.7 3.1 3.1
华北理工微波遥感课件第1章 微波遥感基础
一、微波遥感的特点
1. 基本概念 微波遥感是利用工作在微波范围内的微波遥感器
对远距离目标物进行非接触性的探测、成像，并对所 获得的数据或图像进行测量、分析ห้องสมุดไป่ตู้判读的技术。
一、微波遥感的特点
1. 基本概念 以合成孔径雷达(SAR)为代表的微波遥感器取得的雷
达图像，具有与摄影像片相媲美的空间分辨率和独特的物 理特性，有很大的应用潜力，是20世纪90年代以来研究和 应用的热点。
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性
（1）微波能穿透云雾、 雨雪，具有全天候、全 天时工作能力
冰云对微波 几乎无影响
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性
波长大于3cm， 大雨倾盆地区对微 波传输影响很小
一、微波遥感的特点
雨的衰减系数 与频率的关系
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性
二、微波遥感发展历程
（6）1953年7月，依利诺斯大学用机载X波段雷达对地面 和海面的反射信号进行了研究，第一次证明了合成孔径 雷达原理，并获取了第一张合成孔径雷达图像。 （7）1956～1957年，美国密执安大学研制成功第一部采 用光学处理的合成孔径雷达，并于1957年8月进行了飞行 试验，得到的数据胶片，经地面光学透镜组处理，获得 了高分辨率的聚焦型合成孔径雷达图像。
平时成绩=考勤（15%）+课堂作业 （15%）
总成绩=平时成绩+期末成绩（70%）
第一章 微波遥感基础
一、微波遥感的特点 二、微波遥感发展历程 三、微波与物质相互作用 四、无线电谱与微波谱
一、微波遥感的特点
1. 基本概念 微波是电磁波的一种形 式，把微波与可见光、红 外线、紫外线、X射线、 γ射线以及无线电波按波 长大小顺序排列，构成电 磁波谱。
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遥感信息工程学院潘斌
微波遥感
MICROWAVE REMOTE SENSING
E-mail ：panbin1230@
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第一章微波遥感基础
1.1 引言
1.2 电磁波理论与微波1.3 微波与物质的相互作用1.4 无线电谱与微波谱
1.1 引言
第一章微波遥感基础微波遥感
利用微波传感器接受地面各种地物发射和反射的微波信号，藉以识别、分析地物、提取所需的信息。
1.1 引言
第一章微波遥感基础
10:49:28
5
遥感信息工程学院潘斌
¾全天时
主动被动微波遥感都不依赖太阳
¾全天候¾一定的穿透能力
波长越长、湿度越小，穿透越深
¾提供特殊信息
海面形状, 海面风速, 土壤水分
¾提供相位信息
高程信息, 地形形变信息
一、微波遥感的优势
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6
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云对微波透射率的影响
雨对微波透射率的影响
1.1 引言
第一章微波遥感基础干沙可以穿透几十米
冰层可以穿透100m 左右
c = f * l = 3 *108 米/ 秒
1mm ——300 GHz 1m ——0.3 GHz
成像雷达、散射计与微波辐射计
雷达遥感不仅可以记录电磁波振幅信息，还可以记录电磁波相位信息，用于获取高精度的DEM 。
1.1 引言
第一章微波遥感基础
二、波长与频率
三、主动与被动工作方式
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¾影像几何变形大, 处理困难¾不易解译
¾与可见光红外影像在几何上很难一致
尤其雷达影像
四、微波遥感的不利之处
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四、微波遥感的不利之处
1.1 引言
第一章微波遥感基础四、微波遥感的不利之处
SEASAT
SIR-A SIR-B SIR-C ERS-1 ERS-2JERS-1
RADARSAT ••••••我国将发射雷达卫星••••••
微波遥感空前发展
1.1 引言
第一章微波遥感基础
五、微波遥感的发展
10:49:2813
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叠加
两波相遇点上的物理量等于各个波的物理量之和相干性
两波相遇时的特殊情况（相位/相位差/ 频率/ 振动方向相同）
相干波矢量和非相干波
代数和
单色波都是相干波
一、电磁波的基本特征与微波
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极化
( 偏振)
电场场强振动方向的变化趋势
参考平面——入射波方向和地表法线方向水平极化( 振动方向与参考平面垂直)垂直极化( 振动方向与参考平面平行)四种线极化方式
1.2 电磁波理论与微波第一章微波遥感基础 1.2 电磁波理论与微波
第一章微波遥感基础
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多普勒效应
发出时频率 f 接收时f ´目标朝向f ´> f
背离f ´< f
目标与接收天线的连线垂直于飞行方向f ´= f
1.2 电磁波理论与微波第一章微波遥感基础 1.2 电磁波理论与微波
第一章微波遥感基础
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大气干扰
一般很小主要在毫米波。
波长越短，大气衰减越显著。
大气衰减作用主要表现在两方面：吸收和散射。
吸收中心波长: 氧
2.53mm 和5.0mm 处水
1.6mm 和13.5mm 处
散射: 小于2.81cm 大雨、暴雨时
一、微波与大气
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1.3 微波与物质的相互作用第一章微波遥感基础 1.3 微波与物质的相互作用
第一章微波遥感基础
瑞利散射：微粒半径小于波长米氏散射：微粒半径大于波长
水云微粒半径小，其散射作用小于吸收。
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降水云层中的微粒半径与微波波长相近，形成米氏散射。
小于2.81cm 散射作用小于吸收；
大雨、暴雨时，散射不能忽略。
云层对微波除了散射和吸收作用外，本身也会发射出微波辐射而呈现为亮度温度。
1.3 微波与物质的相互作用第一章微波遥感基础微波遥感窗口：
2.06~2.22mm
3.0~3.75mm 7.5~11.5mm 20mm 以上
1.3 微波与物质的相互作用
第一章微波遥感基础
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在1～300GHZ的频带内，随着波长愈来愈短，微波与大气的相互作用有两个重要的转变：
¾大气对微波能量传播的衰减作用由弱到很强；
¾云层微粒和雨微粒对微波的吸收和散射作用从轻微到十分显著。
微波段的重要价值：
¾对于地面与空间的通信和从空间对对面的观测，云雨的影响可减至最小；
¾如果对云层进行观测，则可得到关于云层含水量和分布范围的信息
¾即使在有云层的情况下也可进行除云层参数以外的大气性质的测量。
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30
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微波辐射计吸收发射
成像雷达
反射透射散射
反射
地表平滑极化方式与入射波相同关键是反射方向
散射
地表粗糙主要散射分量保持相干特性关键是后向散射（逆入射方向的散射分量）一部分为同极化, 与入射波极化方式相同一部分为正交极化
二、微波与地物1.3 微波与物质的相互作用第一章微波遥感基础透射
主要在长波复介电常数小较干燥地物结构疏松如沙
复介电常数大
则无透射
如水面、铜
折射
波的分解T E （水平）TM （垂直）反射系数表达式说明信号的不同
1.3 微波与物质的相互作用
第一章微波遥感基础
10:49:2833
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微分散射系数
当电磁波入射到粗糙的地物表面时，既有镜面反射分量，也有漫反射分量10:49:2834
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入射方向的功率密度地表A 接收能量S 0 A
在方向上的投影面上，接收的能量：
散射方向距A 为R 处的功率密度S S
若漫反射在以A 为中心，距A 为R 的球面上的散射能量总和
强调入射方向（接收的信号主要在后向散射方向）
000:(,)S θϕ00(,)θϕ00
cos S A θ(,)s s θϕ24s
R S π地表A 的微分散射系数
单位投影面积内的散射率:地表A 单位面积散射系数:
散射截面:
物理意义: 目标的散射强度可用一表面面积度量, 其大小
为在观察点处所截得的功率与散射场相同时所需截面的大小
1.3 微波与物质的相互作用
第一章微波遥感基础20000
4()cos s
s s R S S A πγθϕθϕθ=
2
04(0,)s R S s S A πσ=2
4s
R S S π 1.3 微波与物质的相互作用
第一章微波遥感基础
10:49:2837
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1.3 微波与物质的相互作用
对于粗糙地物表面，散射的镜面分量的极化方式与入射波的极化方式相同，漫反射的极化分量一部分与入射波相同，另一部分为正交极化。
10:49:2838
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一、频率分配
1.4 无线电谱与微波谱
1.4 无线电谱与微波谱第一章微波遥感基础 1.4 无线电谱与微波谱
第一章微波遥感基础。