微波遥感-2.2
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信号处理略
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。
合成孔径雷达的距离分辨率 与真实孔径雷达相同。 方位分辨率： 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 则 由于电磁波双程位移，最终 的方位分辨率还可提高一倍。
所属学科：
定义2：
所属学科：
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）
定义3：
所属学科：
微波辐射计
记录目标的亮度温度。 据瑞利-金斯公式，物体发射的功率与温度成正比。 如果温度一定，物体发射的功率最大值等于相同温 度下黑体所发射的功率。 天线接收功率：P=kTbB K: 玻尔兹曼常数Tb:绝对温度B:辐射计带宽 物体辐射亮度温度：Tb=P/kB
辐射计天线实际接收到的功率： TA=PA/kB 包括入射到天线的所有方向上按天线方向图加 权的全部辐射积分。 包括大气影响和天线自身发射的影响。
土壤湿度和海洋盐度研究卫星
欧洲航天局2010年5月21日宣布，该机构去年11月发射的土壤湿度和 海洋盐度研究卫星日前结束了6个月的试运行，开始进入正式运行阶 段。 据欧航局介绍，土壤湿度和海洋盐度研究卫星上装备了一台先进的综 合孔径微波成像辐射计，它能够为地球拍摄“亮度温度”的快照。在 这些数据的基础上，专家们每隔3天就能绘制出一幅土壤湿度的地图， 每隔30天完成一幅海洋盐度的示意图。通过对比不同时期的图像，研 究人员将可以更好地了解土壤湿度和海洋盐度的变化过程及对地球天 气的影响，进一步改善此前建立的气候模型；此外，这些数据还可用 于农业和水资源管理。
距离向分辨率 range resol 间距离无关。同样的地距，同 样的脉冲宽度，俯角越大分辨 率越低，垂直入射角（俯角 =90o），分辨率最差。 距离分辨率（地距分辨率） c Rrange=(tc/2)secβ(或
2 cos
脉冲宽度越小，俯角越小， 距离分辨率越高，俯角太小 地形影响严重，当俯角一定 时，减小脉冲宽度可以提高 距离分辨率，所以合成孔径 雷达在距离向采用脉冲压缩 技术chirp（距离压缩）。
A到B中间的几个目标由近 到远地记录在显示器、胶片 上。 由于是距离成像，目标实际 地面距离（地距）大于记录 在显示器、胶片上的距离 （斜距）。
脉冲长度（亦称脉冲宽度） Г 与雷达波长λ 不同。 脉冲宽度越大，距离向分辨 率越低。 在地面可以分辨的两个目标 最短距离就是侧视雷达图像 的距离分辨率。
第二章 微波遥感系统
散射计、高度计、辐射计（被）、侧视雷 达（主）
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 microwave radiometer
英文名称：
定义1：
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。
提高方位分辨率加大天线孔径， 波长较短电磁波，缩短观测距离 合成孔径技术。
Rr=(100×10-9×3×108)/2=15m Ra=(3/900) ×5000/cos45=23m
对于一部机载雷达,假设其脉宽为100纳秒,飞行高度为 5千米,天线波束宽度为3毫弧(也就是说其天线孔径长 约为波长的300多倍,如对X波段雷达,波长为3cm,天线 长则为9m),可以算出斜距分辨率Rr约为15m,Ra方位 向分辨率在45°角入射时为23m。 将其装在飞行高度为500千米的卫星上,则方位向分辨 率在45°角入射时退化为2.3千米。如果要通过减小 天线波束宽来改善方位分辨率,在技术上是非常困难的, 因此真实孔径雷达只能是机载的。
β俯角 Θ 入射角 Tc/2 Tc/2cosB
斜距分辨率Rr=tc/2（沿波束方向）
方位向分辨率 azimuth resolution
方位向分辨率： Ra=ωR Ω为雷达主波瓣角 R为斜距 雷达波瓣角与波长成正 比与天线孔径成反比： Ra=(λ/D)R(又 R=H/sinβ=H/cosθ)
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。
合成孔径雷达的距离分辨率 与真实孔径雷达相同。 方位分辨率： 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 则 由于电磁波双程位移，最终 的方位分辨率还可提高一倍。
所属学科：
定义2：
所属学科：
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）
定义3：
所属学科：
微波辐射计
记录目标的亮度温度。 据瑞利-金斯公式，物体发射的功率与温度成正比。 如果温度一定，物体发射的功率最大值等于相同温 度下黑体所发射的功率。 天线接收功率：P=kTbB K: 玻尔兹曼常数Tb:绝对温度B:辐射计带宽 物体辐射亮度温度：Tb=P/kB
辐射计天线实际接收到的功率： TA=PA/kB 包括入射到天线的所有方向上按天线方向图加 权的全部辐射积分。 包括大气影响和天线自身发射的影响。
土壤湿度和海洋盐度研究卫星
欧洲航天局2010年5月21日宣布，该机构去年11月发射的土壤湿度和 海洋盐度研究卫星日前结束了6个月的试运行，开始进入正式运行阶 段。 据欧航局介绍，土壤湿度和海洋盐度研究卫星上装备了一台先进的综 合孔径微波成像辐射计，它能够为地球拍摄“亮度温度”的快照。在 这些数据的基础上，专家们每隔3天就能绘制出一幅土壤湿度的地图， 每隔30天完成一幅海洋盐度的示意图。通过对比不同时期的图像，研 究人员将可以更好地了解土壤湿度和海洋盐度的变化过程及对地球天 气的影响，进一步改善此前建立的气候模型；此外，这些数据还可用 于农业和水资源管理。
距离向分辨率 range resol 间距离无关。同样的地距，同 样的脉冲宽度，俯角越大分辨 率越低，垂直入射角（俯角 =90o），分辨率最差。 距离分辨率（地距分辨率） c Rrange=(tc/2)secβ(或
2 cos
脉冲宽度越小，俯角越小， 距离分辨率越高，俯角太小 地形影响严重，当俯角一定 时，减小脉冲宽度可以提高 距离分辨率，所以合成孔径 雷达在距离向采用脉冲压缩 技术chirp（距离压缩）。
A到B中间的几个目标由近 到远地记录在显示器、胶片 上。 由于是距离成像，目标实际 地面距离（地距）大于记录 在显示器、胶片上的距离 （斜距）。
脉冲长度（亦称脉冲宽度） Г 与雷达波长λ 不同。 脉冲宽度越大，距离向分辨 率越低。 在地面可以分辨的两个目标 最短距离就是侧视雷达图像 的距离分辨率。
第二章 微波遥感系统
散射计、高度计、辐射计（被）、侧视雷 达（主）
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 microwave radiometer
英文名称：
定义1：
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。
提高方位分辨率加大天线孔径， 波长较短电磁波，缩短观测距离 合成孔径技术。
Rr=(100×10-9×3×108)/2=15m Ra=(3/900) ×5000/cos45=23m
对于一部机载雷达,假设其脉宽为100纳秒,飞行高度为 5千米,天线波束宽度为3毫弧(也就是说其天线孔径长 约为波长的300多倍,如对X波段雷达,波长为3cm,天线 长则为9m),可以算出斜距分辨率Rr约为15m,Ra方位 向分辨率在45°角入射时为23m。 将其装在飞行高度为500千米的卫星上,则方位向分辨 率在45°角入射时退化为2.3千米。如果要通过减小 天线波束宽来改善方位分辨率,在技术上是非常困难的, 因此真实孔径雷达只能是机载的。
β俯角 Θ 入射角 Tc/2 Tc/2cosB
斜距分辨率Rr=tc/2（沿波束方向）
方位向分辨率 azimuth resolution
方位向分辨率： Ra=ωR Ω为雷达主波瓣角 R为斜距 雷达波瓣角与波长成正 比与天线孔径成反比： Ra=(λ/D)R(又 R=H/sinβ=H/cosθ)