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。

散射计的主要应用：（1）全球海洋表面风速测定（2）海冰测量（3）土壤湿度测量（低频段）

（4）植被和作物生长情况测量（5）全球散射统计（6）降水测量（毫米波，亚毫米波）

3、高度计

高度计是一种主动式微波测量仪，它以飞行器的轨道为基准，测量与其垂直的地球表面的距离的遥感器，应用于包括海洋中规模现象的海洋动力学研究，大地水准面高程的研究，通过测量散射强度观测海面风速和浪高，以及观测海冰形状等，具有独特的全天时、长时间历程、观测面积大、观测精度高、时间准同步、信息量大的能力和特点。

高度计测高原理：以卫星为载体，以海面作为遥测靶，由卫星上装载的雷达高度计向海面发射微波信号，该雷达脉冲传播到达海面后，经过海面反射再返回雷达高度计。

根据回波理论，返回到高度计后可以得到三种观测量：

①卫星高度的测量值——雷达脉冲行程于卫星-海面-卫星的往返时间；

②回波信号的波形——包括回波信号的前沿上升区、平顶区和后沿衰减区；

③回波信号的幅度——信号的自动增益控制值。

雷达高度计可以测量的三个基本观测量：卫星高度的测量值——海面高度的信息；回波信号的波形——海面有效波高的信息；回波信号的幅度（或强度）——海面风速的信息。

雷达高度计的应用：

（1）根据高度计发射雷达脉冲至收回海面回波脉冲的时间间隔获取海面动力高度。

（2）利用所得到的海面动力高度同化反演海洋重力场、流场、潮、大地水准面、海洋重力异常。 （3）根据回波强度获取风速资料。

（4）根据回波波形前沿斜率获取海面有效波高。 4、微波辐射计

微波辐射计是一种用于测量物体微波热辐射的高灵敏度接收机。他通过测量天线接收到的辐射功率反演被观测目标的亮度温度。表征微波辐射计性能的主要参数是温度分辨率（灵敏度）和空间分辨率（角分辨率）。温度分辨率是指辐射计探测目标最小温差的能力，空间分辨率是指仪器分辨相邻很近两个相同辐射体的能力。

微波辐射计类型主要有：全功率型（Total Power ） 狄克型（Dicke-type ） 噪声注入零平衡型 双参考自动增益控制型

主要星载微波辐射计

名称

辐射计通道及工作频率应用领域

MSU 4个50-60GHz 探测大气垂直温度分布

AMSU

20个23.8-183GHz 探测大气垂直温度分布和大气垂直湿度分布ATMS 22个23.8-183GHz SSM/T-17个50-60GHz 大气垂直温度分布SSM/T-2

5个91-183GHz 大气垂直湿度分布SSM/I

7个19-89GHz

对地成像观测SSMIS 24个19.3-183GHz CMIS 22个

2009年发射

AMSR

14个6.9-89GHz 多频率、双极化AMSR-E 12个6.9-89GHz 多频率、双极化

MTVZA

26个18.7-183GHz MTVZA-OK

30个6.9-183GHz

俄罗斯MTVZA

日本AMSR系列

美国国防气象卫星系列美国诺阿系列

微波辐射计的应用领域

（1）海洋探测 包括○1海洋表面温度（SST- Sea Surface Temperature ），是一个重要的海洋环境参数，是海洋环

境重要的基础信息。从卫星遥感来测定SST 的方法有热红外测量和被动微波幅射测量。

○

2海水盐度（SSS- Sea Surface Salinity ）海水是一种复杂的电解液，海水的含盐量的变化，会改变海水的介电常数，从而影响海水的微波辐射特性。盐度测量的波段选在低频率，L 波段是用来进行盐度测量的保护波段，微波辐射计为一种有效测定海水盐度的传感器。 ○

3海面风场（Ocean Winds ） ○4海冰测量（Sea Ice ）依据水和冰的发射率差别很大，反射率不同 （2）陆地应用 包括地物分类（依据不同地物的折射率、介电常数、标准反射率、亮度温度不同）；土壤湿度；积雪；植物生长量等。

国外微波辐射计的发展方向：①向越来越高的频率发展 ②向更细化探测通道发展 ③向一体化发展（多频率多极化） ④向更高的地面分辨率发展 5、成像雷达

（1）真实孔径雷达 顾名思义其雷达天线长度是实际长度，雷达波的发射和接收都是以其自身有效长度的效率直接反映到显示记录中。

工作原理：天线发出的一束无线电（或微波）辐射射向目标，电磁辐射与目标发生相互作用，其中有一部分背向散射返回到天线。雷达接收机探测到回波，从中可以知道目标的方位、距离和飞行速度等信息。

真实孔径雷达分辨率分为距离向分辨率和方位向分辨率，且两者互不相关。距离向分辨率指在脉冲发射方向上（距离向）能分辨两个目标的最小距离。方位向分辨率是在与辐射波束垂直方向（方位向）上相邻的两束脉冲之间，能分辨两个目标的最小距离。

（2）合成孔径雷达 是一种高分辨率相干成像雷达。高分辨率在这里包含两方面的含义：即高的方位向分辨率，足够高的距离向分辨率。合成孔径雷达与真实孔径雷达有许多共同点，其主要差异在于合成孔径雷达是利用合成孔径原理来改善方位向分辨率。

工作原理：发射器产生的线性调频脉冲经放大后，馈送至天线发射出去，平台做等速直线飞行并保持天线的指向稳定，天线接收的地面回波信号，经接收系统混频、中放、相位检波等一系列的信号处理后，再送入存储器，存