微波遥感-2.1
微波遥感-2.2
Rr
c
2 cos
Ls Ra
Rs
D
R
Ls
RD
D Rs 2
合成孔径雷达得到的原 始数据还不能叫做图像, 只是一组包含强度、位 相、极化、时间延迟和 频移等信息的大矩阵,叫 做(原始)信号数据(Raw Signal Data)。从信号数 据到图像产品,要经过复 杂的步骤。
综合两个方向的分辨率,可得分辨单元面积 Rr*Ra
三、侧视合成孔径雷达 synthetic aperture radar, SAR
用一个小天线沿一直线方向不 断移动，在移动中每一个位置 发射一个信号，接收相应发射 位置的回波信号，同时存储相 位和振幅。当天线移动了一段 距离L之后，存储的信号和长度 为L的天线阵列所接收的信号非 常相似。 合成孔径雷达在不同位置接收 同一个地物的回波信号，真实 孔径雷达则在一个位置上接收 目标的回波。
海洋二号卫星1:3模型。海洋二号卫星是中国正在开发的第一颗海洋 微波遥感卫星，可以满足中国对海洋资源和动力环境探测的需要，增 加中国监控海洋的综合遥感手段。主要载荷为微波辐射计、微波散射 计和雷达高度计等
二、侧视雷达
侧视雷达在随飞行器前进过程中， 向垂直于航线方向（距离向range） 发射一个很窄的波束，这个波束在 航行方向（方位向azimuth）上很 窄，在距离方向上很宽，覆盖了地 面上很窄的条带。 波束从飞行器较近的距离（近距点） 照射到离飞行器较远的距离（远距 点）。 每个波束，由以一定时间间隔（脉 冲宽度）的具有特定波长的微波脉 冲组成。
合成孔径雷达在每一个位置都记录回波信号， 针对同一地物，目标和飞行器间距离不同、相 位不同、强度不同，此外还要产生多普勒效应， 频率也会发生变化。 处理器针对不同的相位进行相移补偿（补偿不 同位置之间的相位差异），再将每个位置接收 的信号叠加起来，就形成了最终的合成孔径雷 达信号。
微波遥感
微波遥感技术和应用机械工程学院机械设计制造及其自动化张霁1005040221一、遥感技术的介绍遥感技术是20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。
目前利用人造卫星每隔18天就可送回一套全球的图像资料。
利用遥感技术，可以高速度、高质量地测绘地图。
它好比孙悟空的一双火眼金睛，能从云朵上看清万物根本面目，从高空感知地下和海底的宝藏。
二、微波遥感的定义运用波长为1～1 000mm的微波电磁波的遥感技术。
包括通过接收地面目标物辐射的微波能量，或接收遥感器本身发射出的电磁波束的回波信号，根据其特征来判别目标物的性质，特征和状态，包括被动遥感和主动遥感技术。
微波遥感对云层、地表植被、松散沙层和冰雪具有一定的穿透能力，可以全天侯工作。
微波遥感是传感器的工作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用微波投射于物体表面，由其反射回的微波波长改变及频移确定其大小、形态以及移动速度的技术。
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。
微波遥感的工作方式分主动式（有源）微波遥感和被动式（无源）微波遥感。
前者由传感器发射微波波束再接收由地面物体反射或散射回来的回波，如侧视雷达；后者接收地面物体自身辐射的微波，如微波辐射计、微波散射计等。
三、遥感技术的发展史遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。
开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。
经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。
1、萌芽时期1608年制造了世界第一架望远镜。
1609年伽利略制作了放大三倍的科学望远镜并首次观测月球。
1794年气球首次升空侦察。
《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
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-2
Rr
c
2 cos
方位分辨率：
Ls Ra
D
R
采用合成孔径技术合成后的天线孔径为真实孔径雷达的 波瓣宽度（方位分辨率）即
Rs
Ls
RD
由于电磁波双程位移，最终的方位分辨率还可提高一倍。
D Rs 2
合成孔径雷达得到的原 始数据还不能叫做图像, 只是一组包含强度、位 相、极化、时间延迟和 频移等信息的大矩阵,叫 做(原始)信号数据(Raw Signal Data)。从信号数 据到图像产品,要经过复 杂的步骤。
d sin dd
二、雷达方程
雷达波束是以天线为中心的球面波。包括： 发射-发射增益-传输吸收-到达-回波吸收-接收 增益-接收总功率。
第二节 成像微波传感器
一、微波辐射计
中文名称：
微波辐射计
英文名称：
microwave radiometer
用以收集和测量地物发射来的微波辐射通量的被动式微波遥感探测仪。 测绘学（一级学科）；摄影测量与遥感学（二级学科） 能定量探测目标物的低电平微波辐射的高灵敏度的接收装置。 地理学（一级学科）；遥感应用（二级学科） 主要用于测量海面辐射强度的微波遥感器。 海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋遥感（三级学科）
第三节 天线、雷达方程和灰度方程
一、雷达天线 天线是将发射机产生的电磁波发射出去，或者 接收地物反射回来的电磁波，并传送给接收机 的重要中间环节。 各向同性的天线（各方向辐射能量相同）是不 存在的。天线立体方向图表示天线能量的分布 空间。
平面天线方向图
微波遥感
3. 微波遥感3.1 引言微波遥感包括主动式遥感和被动式遥感。
正如第2章所描述的，光谱的微波部分波长范围大约是1厘米至1米。
因为与可见光和红外线相比，微波的波长较长，这种特殊性对于遥感来说是非常重要的。
由于波长较长的光受大气散射的影响比波长较短的光要小，因此长波段的微波辐射可以穿透云层，薄雾，尘埃等（除了在暴雨情况下）。
这种特性使得几乎在所有的气候和环境条件下，都能进行微波能量的探测，从而可以在任何时间收集数据。
被动微波遥感在概念上与热红外遥感相似。
所有物体都能发射一部分数量的微波能量，但一般都不多。
被动微波传感器能探测在其视野范围内的自然辐射的微波能量。
这些辐射的能量与辐射体或辐射体表面的温度和湿度有关。
被动式微波传感器是典型的辐射计或扫描仪，除了它用天线来探测和记录微波能量外，其他大部分的工作方式与之前所讲的系统相同。
由被动传感器记录的微波能量的产生，可以来自于大气辐射（1），地面反射（2），地表辐射（3），或地下发射（4）。
因为微波波长很长，所以相比于光的波长它可获得的能量就相当少。
因此所需要的视野域必须大到能探测足够的能量以记录一个信号。
因此大部分的被动微波传感器的空间分辨率都比较低。
被动微波遥感可以应用于气象，水文和海洋学的研究。
通过观察大气本身，或"透过"大气观测（这依赖于波长），气象学家可以利用被动式微波测量大气剖面，并确定大气中水和臭氧的含量。
微波的发射受水分含量的影响，因此水文学家可使用被动式微波测量土壤湿度。
海洋学的应用包括绘制海冰图，海流图，海面风场图以及污染物的探测，如浮油。
主动微波传感器自己能提供微波辐射源来照射目标。
主动微波传感器通常分为两个截然不同的类型：成像和非成像传感器。
最常见的一种成像主动式微波传感器是雷达。
雷达（RADAR）是无线电探测和测距（RAdioDetection And Ranging）的简称，它的全名实际上也概括了雷达传感器的功能和操作方式。
微波遥感——精选推荐
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。
2016-2017(1)微波遥感-2.3天线和雷达方程
单位立体角辐射功率
n n
天线发射的电磁波是球面波。 以球面坐标系表示辐射能量的空间分布。
n
球面坐标系中r表示距离，θ为仰角，φ为方 位角。则辐射方向图F(θ,φ)即表示了在 (θ, φ)方向每单位立体角内的辐射功率。
n
n
通常对F(θ,φ)按其最大值作归一化处理，这 时的方向图Fn(θ,φ)称为归一化方向图： Fn=(F(θ,φ)/ F(θ,φ)max)(单位分贝)
发射增益 接收增益
传输吸收 回波吸收
到达面积
目标
回波面积
1 2 6
8 7
3
5
发射-发射增益-传输 吸收-到达-回波吸收 -接收面积-接收增益 -接收总功率。
4
各向同性、点源辐射、理想雷达方程推导
顾及系统和传输损耗的雷达方程
THE RADAR EQUATION
n
Pt G 22 (4 )3 R 4 Pt
p
新型天线
n n n
超宽带天线 波导缝隙天线 薄膜天线
AN/APG-77 F-22
AN/APG-81 F-35
AN/APG-80 F-16/18
波导缝隙天线
薄膜天线
SIR C/X-SAR
相控阵雷达
AN/FPS -117; 24.75kW/5kW 5600-7000km (L wave) AN/FPS -85; 32MW/400kW 5600-7000km (P wave) AN/FPS-108; 15.4MW/1MW 3600-7000km(L wave)
Hen House; 10MW 6000-7000km
Dog House; 20MW 3000-km
二、雷达方程
n
第三章微波遥感
雷达波束与竖直方 向所夹的入射角 发射雷达脉冲投影 到海表面的长度
从卫星到观测 区域的距离
合成孔径雷达的方位分辨率：
卫星在整个采样时间 内移动的距离
2
合成孔径雷达平台的要求： 平台的姿态及速度要非常稳定。
重点：1、分析微波和热红外辐射的异同。 2、微波遥感的优点和不足。 3、微波与大气的作用有什么规律？这些规律 对微波波段遥感有哪些重要意义？ 4、名词解释：天线增益、有效孔径、辐射方 向图。
重点： 1、写出雷达方程并说明雷达方程提供了哪些信
息？
2、说明合成孔径雷达的工作过程。
3、名词解释：多普勒频率、雷达的距离分辨率、 方位分辨率
应用：广泛用于微波辐射计、高度计、散射计等。
相控阵天线
由多个单元天线组合构成，分为线性阵列、平面 阵列、曲面阵列。
相控阵天线主要应用：合成孔径雷达。
相控阵天线的优点： （1）适用于多目标、多方向监测 ； （2）功能多，机动性强； （3）反应时间短、数据率高； （4）抗干扰能力强；可靠性高
不存在！！
各向同性天线： 在各方向上辐射的能量相同的天线。
天线增益：
天线增益表示为某一天线与标准天线都得到同样功 率时在同一方向上的功率密度之比。是描述一副天线将 能量聚集于一个窄的角度范围(方向性波束)的能力的一 个量。
方向性增益： 也常称做方向性系数，指最大辐射强度(每立体 弧度内的瓦数)与平均辐射强度之比。就是指实际的 最大辐射功率密度比辐射功率为各向同性分布时的 功率密度强的倍数。
波的干涉
1.波的干涉现象
频率相同、振动方向相同、有恒定的相位差的两列 波（或多列波）相遇时，在介质中某些位置的点振 幅始终最大，另一些位置振幅始终最小，而其它位 置，振动的强弱介乎二者之间，保持不变。称这种 稳定的叠加图样为干涉现象。
微波遥感实验报告(李翔)
xxx学院微波遥感实验报告专业：xx班级：xx班姓名：xx学号：xx实验名称：AMSER-E、SAR数据数据认识实验教室：xx教室指导老师：xxx1. 实验目的：认识了解常用的微波遥感数据，如AMSER-E数据、SAR数据等，能够使用Surfer等软件查看数据基本参数等。
2. AMSER-E数据认识2.1 介绍搭载于EOS-Aqua上的高级微波扫描辐射计（AMSR-E）是一种被动式微波遥感仪。
AMSR-E 于2002年由Aqua搭载升空，入射角为55°，刈宽为1445km，其频率为6.9GHz，10.7GHz，18.7GHz，23.8GHz，36.5GHz和89GHz，每个频率均有V和H两个通道。
AMSR为日本前宇宙开发事业集团（NASDA）研制的传感器，使用尺寸为2cm的抛物面天线，圆锥扫描，空间分辨率为从6.9GHz的60km左右到89GHz的5km左右，经改进后搭载于EOS的Aqua上升空，称为AMSR-E。
Aqua是包含在EOS观测平台上的其中一颗多功能观测卫星，它是太阳同步观测下午星，因此AMSR-E的赤道过境时间为下午1：30（降轨）和凌晨1：30（升轨）。
2.2升降双极化数据比较使用Surfer软件画图：升轨数据6.9GHz垂直极化6.9GHz水平极化降轨数据6.9GHz垂直极化6.9GHz水平极化3. SAR数据认识目前用的比较多的SAR数据有：10-20m分辨率的ALOS-PALSAR，3m精细分辨率的RADARSAT2/SAR，3m分辨率的COSMO/SAR。
最高分辨率的是2007年发射的TERRA SAR-X，分辨率为1m。
特点：1、斜距图像，分辨率不一致。
2、斜距图像上近距离被压缩。
3、出现透视收缩、叠掩和阴影现象。
4、高程影响特别明显。
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。
石大遥感导论课件07微波遥感
覆盖地表呈扇形的狭长区域 距离分辨率、方位分辨率。距离分辨率近低远高，方
位分辨率近？远？
距离分辨率近低远高：传感器能够将两束回波区分开 来的最短距离。
脉冲越短，距离分辨率越高。
雷达影像中距离和方位分辨率在不断发生变化，且 相互交叠，6km平台高度时机载雷达分辨率的变化：
波长 地面距离5km 地面距离20km
三、微波辐射的特征
微波：反射、吸收、散射、透射、衍射、叠加、相 干、极化等特征。
极化：按电场方向与入射面的垂直平行关系，又可 分为水平极化（和入射面垂直）和垂直极化（和入 射面平行）。
传感器可设置为只发射和接收特定极化方式的波。 某种极化方向的波接触到地表后，一部分波的极化
方向会改变，即反射波中包括原极化方向波和其他 极化方向的波。 微波影像的四种极化方式：HH、HV、VV、VH，同 极化和交叉极化
微波在发射和接收时常常仅用很窄的波段，按地物反射 特点和水汽吸收特点可分为：
波段名称 Ka R Ku X C S L P
波长/cm 0.75-1.1 1.1-1.67 1.67-2.4 2.4-3.75 3.75-7.5
7.5-15 15-30 30-100
频率/GHz 26.5-40 18-26.5 12.5-18 8-12.5
3.微波对地表的穿透能力较强。可见光红外几无穿透 能力，接收的都是地球表面的反射信息（可见光可 以穿透清澈的水体达几米十几米）。穿透深度与微 波波长和地物性质有关。
a.波长越长，穿透能力越强：30cm的微波可穿干沙 土百米，3cm则仅能穿0.2m。
MSS彩 红外影像
SIR-A L波段
b.地物含水量和介电常数越大，穿透能力越弱： 30cm微波可穿干燥沙达百米，沙中如含0.1%水，则 仅能穿透0.5米。微波对金属和良导体几无穿透能力。
第二章微波遥感的基本原理
或完全抵消的现象。这种现象称为干涉。产生干涉现象的电
磁波称为相干波或相干辐射。电波天线正是利用电磁波的相
干性制成的。如果两个波是非相干的，则叠加后的合成波的
振幅是各个波的振幅的代数和，交叉区域不会出现振动强弱
交替的现象。
如果两个独同时投射到探
测器，其合成波的振幅为
f(t)+g(t)，则瞬时功率为
4
西安电子科技大学 理学院
对于灰体
在一定温度下，任何灰体材料的发射率等于它的吸收率。 也表明，一个好的辐射体也一定是一个好的吸收体，反之亦 然。
对于不透明材料
透明材料？
31
西安电子科技大学 理学院
发射率是遥感研究中地物的重要参数，它给出了辐射体在球 面空间内的发射本领，如与方向无关称为半球发射率。材料 的发射率也可能随测量方向而变，特别是表面磨光的金属或 者光滑平面，此时需要分析材料的定向发射本领。它是与辐 射表面的法线成θ角的小立体角内所测到的发射率。
28
西安电子科技大学 理学院
给定波长上的工程最大值的温度Te，比物理最大值的温度 Tm要高27.6％，相应地，对应于工程最大值的温度下的谱 辐射通量密度也要大11.6%。 四、非黑体辐射
一切能发射电磁辐射能的真实物体统称为非黑体
Me和Me(λ)分别为非黑体的总辐射通量密度(即辐出度)和 辐射通量密度(即单色辐出度)；e(λ)为一与波长、物质的性质、 温度等有关的系数，称为谱发射率或谱发射射本领。
10
西安电子科技大学 理学院
△E不同，辐射的光子频率也不同，△E为1-20eV时，可 产生波长为0.2-1.0μm的辐射， △E为为0.05-1．0eV时，可 产生波长为1-25μm的辐射， △E为0.03-0.05eV时，可产生 波长为25-300μm的辐射；能量再低也可辐射少量微波。不同 的物质，其发射、吸收和散射电磁辐射的能力是不同的，电磁 辐射的频率、极化和电磁能量随入射角变化的关系，因不同的 物质而异。这种差异，既与物质表面和其内部的几何结构有关， 又与物质本身的介电常数和温度的空间分布有关。正是基于这 种差异，才有可能达到遥感不同物体的目的。
第二章-微波遥感系统
第二章 微波遥感系统
若不考虑胶片记录, 而是视频输出信号基础上的数字信号,
I I min 255 其中 I min = I1 I max = I 2 则在 (2-3-38)后, 有 D = I max I min
( I1 I b )( I a I b ) = 5% ( I a I 2 )( I a I b ) = 5% I a , I b为输出信号范围
多极化 多频段
遥感信息工程学院 潘斌
2
2.1 非成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
遥感信息工程学院 潘斌
3
2.1 非成像微波传感器
二、雷达高度计 与测距雷达原理相同
第二章 微波遥感系统
三、无线电地下探测器 低频率波束 对于某些地物可穿透
遥感信息工程学院 潘斌
4
2.2 成像微波传感器
一、侧视雷达
Wt G 2 2 o Wr = A 3 4 (4 ) R
遥感信息工程学院 潘斌 39
2.3 天线、雷达方程和灰度方程
三、灰度方程
第二章 微波遥感系统
分辨单元内 可能是同一地物 可能是不同地物 或同一地物 不同状态 不同粗糙度的个体或样本
N个样本 于是有 随机分布的散射中心 (即样本独立样本)
遥感信息工程学院 潘斌
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
遥感信息工程学院 潘斌
Байду номын сангаас
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
遥感信息工程学院 潘斌
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2.2 成像微波传感器
目标与天线之间的（发射波）距离变化 每一位置上记录相位 2kRi 波数 1
微波遥感
1． 微波遥感的优势与不足？优越性1．微波能穿透云雾，雨雪，具有全天候工作能力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热红外遥感所能提供的某些信息4．微波遥感的主动方式可进行干涉测量。
不足1．雷达传感器的空间分辨能力比可见光和近红外传感器低2．其特殊的成像方式使得数据处理和解译相对困难3．与可见光和红外传感器数据不能在空间上位置一致2．电磁波的干涉：有两个（或两个以上的）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振幅的矢量和。
因此，会出现交叠区某些地方振动增强，某 些地方振动减弱或完全抵消现象，这种现象称为电磁波的干涉3．电磁波的衍射：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 障碍物边界外通过。
这部分波在超越障碍物时，会改变方向，绕过边缘到达障碍物后面，这种使一 些辐射量发生方向改变的现象称为电磁波的衍射4．电磁波的极化：波的极化是指在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性。
用电 场强度矢量的端点在空间描绘出的轨迹来表示。
如果这种变化具有确定的规律，就称为极化电磁波5．微波的主要大气效应（1）一般来说，电磁波波长越短（频率高），大气衰减越显著，相反，波 长越长（频率低），大气衰减可忽略（2）大气对微波的衰减作用主要有：1．大气中的水分子和氧 分子对微波的吸收2．大气微粒对微波的散射（微粒直径<波长，发生瑞利散射；微粒直径>波长， 发生米氏散射）3．随波长的减小，云层微粒与雨滴微粒对微波的衰减也变得愈发显著1．微波散射计：是一种有源微波遥感器，功能是测量地物表面（或体积）的散射或反射特性2．微波高度计：高度计是一种主动式微波测量仪，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、3．真实（合成）孔径雷达：运动平台携带真实孔径天线从空中掠过，由天线向平台的一侧或两侧发 射波束并扫描地面。
微波遥感基础
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
E
Z
H
E线极化
E椭圆极化
E圆极化
H
Z
H
Z
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不随时间变化的情况，分 为水平极化和垂直极化。
Polarization of Microwave
不同温度的物体，辐射峰值的波长
Mb(T ) T 4
黑体总辐射与温度的四次方成正比
黑体辐射瑞利-金斯定律
不适合高频段（紫外灾难）
Mb(,T )
2c 4
kT
ehc kT 1 hc kT
长波段时，黑体辐射与温度成正比
19世纪末的这两片乌云，恰恰予示了催生新的科学理论的风雨即将来临！
最小分辨角:
0 1.22
d
(设计遥感器空间分辨率
具有重要意义。)
d 物镜的有效孔径
电磁波的衍射
夫 琅 禾 费 衍 射 图 案
电磁波的衍射－夫琅禾费圆孔衍射
艾里斑半角宽 :
电磁波的衍射－瑞利准则
最小分辨角:
0 1.22
d d 物镜的有效孔径
“恰能分辨”的两个点光源的两衍射图样中心之间的距离，应等于艾里斑的半径。
大气影响（主要是吸收），实际的辐射曲线未不平滑 的折线。
地物的自发辐射
微波辐射指任何物体在向外辐射红外线的同时， 也辐射微波。
微波辐射特点如下：
1）微波与红外线相对，是物体低温条件下的重要 辐射特性，温度越低，微波辐射越强
2）微波辐射的强度比红外辐射的强度弱的多，需 要经过处理才能够使用接收器接收
《微波遥感》课件 (2)
四、微波遥感的发展趋势
1 超高分辨率微波成像技术
2 微波辐射监测技术
3 微波遥感与人工智能的结合
五、总结
1 微波遥感在地球科学中的重要性和应用 2 探讨微波遥感未来的发展方向
前景
六、参考文献Βιβλιοθήκη 《微波遥感》PPT课件 (2)
这是《微波遥感》PPT课件的第二部分，将深入探讨微波遥感的定义、基本原 理和在地球科学中的应用。
一、引言
1 微波遥感的定义和基本原理
2 微波遥感在地球科学中的应用
二、微波遥感的技术
1 微波辐射的特性和测量参数 2 微波传输模型 3 微波成像技术
三、微波遥感的应用
1 土壤湿度遥感监测 2 天气预报和气候研究 3 海洋遥感监测
《微波遥感》课程教学大纲
《微波遥感》课程教学大纲
一、课程基本信息
二、课程简介和教学目标
1．课程简介
《微波遥感》是给海洋技术专业本科生开设的一门专业任选课程，本课程主要讲述微波遥感的基本理论、方法和基础知识。
要求学生理解微波遥感中的雷达原理，掌握雷达高度计、微波散射计、真实孔径雷达、合成孔径雷达和微波辐射计的基本工作原理，并且学会获取、处理和分析各种微波遥感传感器数据，熟悉微波遥感在海洋、陆地、大气等领域的应用。
通过课程学习，使学生具备海洋动力参数信息提取方法的初步技能，提高学生解决复杂问题和终生学习的能力，培养学生的海洋强国意识。
2.教学目标
教学目标1：掌握雷达高度计、微波散射计、真实孔径雷达、合成孔径雷达和微波辐射计的基本工作原理，理解海洋动力参数信息的反演和提取方法；
教学目标2：理解微波遥感数据处理的基本过程和方法；
教学目标3：提高学生解决复杂问题和终生学习的能力，培养学生的海洋强国意识。
3．教学目标与毕业要求指标点的支撑关系
三、理论教学
表1 理论教学安排
四、实验教学
五、考核与成绩评定方法
六、建议教材及相关教学资源
[1] 苗俊刚, 刘大伟. 微波遥感导论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2012.
[2] Woodhouse Iain H., 董晓龙, 徐星欧, 等. 微波遥感导论[M]. 北京: 科学出版社, 2014.
[3] 舒宁. 微波遥感原理[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2000.。
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散射计的扫描方式：
散射计的原理
微波散射计产生的高频极化能量脉冲发射至地表， 脉冲到达地面后，部分入射波经散射返回至散射计， 散射回波的比例依赖于所照射之地表的特性，故能 够提供被天线照射表面的后向散射截面。散射计接 到回波后，后向散射信号被转化为数字形式。由雷 达方程可以计算得到归一化的雷达后向散射截面。
ERS-1星载散射计介绍
ERS-1，全称为European Space Agency Remote Sensing Satellite，简 称“欧洲遥感卫星1号”。 以研究海洋为主，进而服务于全球气候学研究 的实用卫星。 ERS-1核心仪器为：（1）主动式微波仪（AMI），C波段（5.3GHz）， 具有成像、测风和测浪3种工作模式，相当于一部合成孔径雷达和两部散 射计的组合，但3种工作模式只能择一工作；（2）雷达高度计（RA）， Ku波段（13GHz、 7GHz）； （3）沿轨迹扫描辐射计（ATSR），由微 波探测仪和红外辐射计组成。 ERS-1星载的主动微波遥感仪器（Active Microwave instrumentation）， 其中的AMI Wind Mode即散射计。散射计利用微波雷达的后向散射信号， 可以确定平均海面雷达反射率。然后，使用经验模式反演出海平面风场特 性，如海平面的风速大小、风向。为了消除散射计数据解译时的风向模糊， ERS-1卫星上的散射计采用前、中、后不同角度的三根单极化天线，使用 C波段，三个天线分别从45°、90°、135°三个方向上进行海面雷达后 向散射截面的测量， 刈幅为500km。 法国海洋研究所（IFREMER）负责处理、分发ERS-1、ERS-2卫星散射 计资料。IFREMER利用COMD4反演模式得到风场资料。 此资料包括了风速、风向等信息。风速范围1-24m/s, 误差精度2m/s, 风向 范围0-3600，误差精度200。风场产品是一组分布在500*500km海域内 19×19个格点的风矢量，其空间分辨率为25×25公里。
第二章 微波遥感系统
散射计（主）、高度计（主）、辐射计、侧视雷达
第一节 非成像传感器
一、微波散射计
测量地特表面（或体积）的散 射或反射特征。 组成：微波发射器、天线、微 波接收机、检波器和数据积分 器。 测量散射特性随雷达波束入射 角、极化、波长变化的规律。 只要能精确测量目标信号强度 的雷达，都可称做散射计。
2008年4月9日，日本宇宙航空研究开发机构、国立天文台、国土地理院等5家机构联 合发布了最新月球地形图。此地形图是由日本国立天文台解析了绕月卫星“月亮女神” 号上搭载的雷达高度计传回的数据后，由日本国土地理院制成的。
小麦
散射计-积雪
散射计-玉米
散射计-海冰
散射计-果树
散射计-水稻
二、雷达高度计
2008年6月20日，美国航 宇局、法国国家空间研究 中心、欧洲气象卫星组织 及美国国家海洋和大气局 4家机构的合作项目贾森-2 海洋卫星，由德尔它-2火 箭从范登堡空军基地发射 升空。贾森-2卫星将执行 继“托佩克斯/海神” （1992年～2005年）卫星 和贾森-1卫星（2001年至 今）之后的新一代海洋测 高任务。
海神-3高度计是该任务的 主要仪器，测量海平面、 波浪高度及风速，由贾森1卫星上的海神-2高度计改 进。它具有紧凑、低功耗、 小质量、可靠性高等优点。 它是一台雷达高度计，功 率仅为7瓦，在2个频率 （13.575ghz和5.3ghz） 上发射脉冲（第2个频率用 于确定大气中的电子含 量），然后由其配套的1.2 米直径天线接收洋面反射 的回程信号，在对回程信 号进行分析之后，通过修 正后的信号往返时间能精 确地计算出卫星与海面某 一点之间的距离。
式中Pr为后向散射信号的能量，Pt为发射脉冲的能 量，G为天线增益，λ为波长，A为天线面积，R为 散射源与目标表面之间的距离。
静止气象卫星云图和微波辐射计
目前，常见的方法是将卫星 散射计资料与静止气象卫星 云图和微波辐射计SSM/I图象 相互补充。静止气象卫星(如 GMS)资料，具有较高的时间 分辨率，每隔15～20min接 收一次温度和水汽的图象数 据。卫星散射计资料具有较 高的精度和空间分辨率。 SSM/I也具有较高的时间分辨 率(每3天覆盖全球一次)。