2.1 微波遥感基础原理
微波遥感的成像机理
微波遥感的成像机理微波遥感是一种通过接收地面反射或散射的微波辐射来获取地表信息的技术。
它主要应用于土地覆盖、农业、水文气象、森林和海洋等领域。
微波遥感可以提供高分辨率、全天候和全球性的数据，因此受到了广泛关注。
一、微波遥感成像机理微波遥感成像机理是指微波信号与地表物体相互作用后产生的反射、散射和吸收等现象。
在微波遥感中，主要有两种类型的信号：主动式和被动式。
1. 主动式信号主动式信号是由雷达发射器产生的电磁波，它穿过大气层并与地表物体相互作用后返回雷达接收器。
在这个过程中，电磁波会经历多次反射和散射，最终形成一张反映地表物体特征的图像。
主动式信号可以通过调整雷达发射器的频率和极化方式来实现对不同类型地表物体的探测。
例如，在SAR（合成孔径雷达）中，发射器会以高速旋转方式发出一系列微波脉冲，这些脉冲会穿过大气层并与地表物体相互作用后返回雷达接收器。
通过对这些脉冲进行处理，可以得到高分辨率的地表图像。
2. 被动式信号被动式信号是由地球表面的微波辐射产生的，它可以被接收器直接捕捉到。
在这个过程中，微波辐射会受到大气层、云层和其他干扰因素的影响，因此需要进行校正和处理才能得到准确的地表信息。
被动式微波遥感主要应用于土壤湿度、降雨量、海洋表面温度等领域。
例如，在SMOS（Soil Moisture and Ocean Salinity）卫星中，接收器会捕捉地球表面发出的微波辐射，并通过对其频率和极化方式进行分析来获取土壤湿度和海洋盐度等信息。
二、微波遥感成像技术微波遥感成像技术是指利用主动式或被动式信号来获取地表信息的方法。
根据不同的应用领域和需求，可以选择不同类型的雷达或接收器来实现数据采集和处理。
1. SAR（合成孔径雷达）SAR是一种主动式微波遥感技术，它通过调整雷达发射器的频率和极化方式来实现对不同类型地表物体的探测。
SAR可以提供高分辨率、全天候和全球性的数据，因此在土地覆盖、农业、水文气象、森林和海洋等领域得到广泛应用。
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
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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？
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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。
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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。
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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。
微波遥感原理和应用
微波遥感原理和应用
微波遥感是利用微波或微波的改变去通过测量这些变化，从而了解下一个特定表面的物理特性的技术。
典型的活动包括回波探测（例如反射、散射和多普勒散射）以及现场探测（吸收率）。
微波遥感最常见的应用是用于从宇航器映射农业、示踪冰盖变化以及测量水文参数，而这也是微波遥感最具开发潜力的领域。
微波遥感的优势在于它能够直接探测到某些表面物理因素，而其它感应器（如光学感应器）需要更多的推断和计算来实现同样的结果。
微波对运动对象的检测也是精确和有效的，因为它们能够非常快速地跨越大量距离。
此外，它还可以在任何时间，任何条件下运行，而光学传感器则受到白天黑夜和气候条件的限制。
因此，微波遥感在日照不足和濛濛雾气的情况下仍然可以正常运行。
另一方面，微波遥感所受到的缺陷将限制它对特定领域的应用，例如视觉表面检测。
在这种情况下，微波的数据处理可能会过于简单（例如进行分类，而不是分析图像），从而无法满足实际应用的要求。
此外，其占存储器的效率也比光学存储低得多，这是由于大小比较大的探测阵列和/或滤波数据处理所导致的。
2.2 微波遥感基础原理
Cτ
2 cosβ λH λR Δ L = βR = = (方位向分辨率) d sinβ d
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真实孔径雷达的分辨率 综合两个方向的分辨率,可得分辨单元面积Rr*Ra
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真实孔径雷达的分辨率
w
w
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真实孔径雷达的分辨率
Δt
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距离向分辨率
β cosβ
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距离向分辨率
距离向分辨率与飞行器-目标之 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。
β
距离向分辨率与俯角的关系
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）
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距离向分辨率 脉冲长度（亦称脉冲宽度）τ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 雷达图像的距离向分辨率
被反射的脉冲
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距离向分辨率
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距离向分辨率
R ∆r ∆Rr
发射的脉冲
τ
接收的脉冲
Δt 接收的脉冲
最小分辨角:
= 1.22
0
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
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方位向分辨率
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。
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
微波遥感原理
微波遥感原理微波遥感是一种利用微波进行遥感探测的技术，它可以获取地球表面的信息，包括地形、植被、土壤、水文等。
微波遥感具有天气无关性和全天候性的优点，因此在农业、环境监测、气象预测、国防安全等领域有着广泛的应用。
微波遥感的原理是利用微波与地物之间的相互作用来获取地物的信息。
微波在穿过大气层和与地物相互作用时会发生散射、反射、吸收等现象，不同地物对微波的响应也不同，因此可以通过分析微波与地物之间的相互作用来识别和提取地物信息。
微波遥感的基本原理可以用雷达技术来解释。
雷达是一种利用电磁波进行探测和测距的技术，它发射的微波脉冲被地物反射后再接收，通过测量微波的传播时间和频率的变化来获取地物的位置、形状、运动状态等信息。
在微波遥感中，利用雷达技术可以获取地表的高程、形态、粗糙度等信息。
除了雷达技术，微波遥感还可以利用 passiv 微波遥感技术。
在 passiv 微波遥感中，利用地物自身发射的微波辐射来获取地物的信息。
地物的微波辐射受地物的温度、湿度、盐度等因素影响，因此可以通过分析地物的微波辐射来获取地物的温度、湿度、盐度等信息。
微波遥感技术在农业领域有着广泛的应用。
通过微波遥感可以获取作物的生长状态、土壤湿度、地表温度等信息，帮助农民进行精准农业管理，提高农作物的产量和质量。
同时，微波遥感还可以监测农田的水分状况，帮助农民进行灌溉调度，提高水资源利用效率。
在环境监测领域，微波遥感可以用来监测湖泊、河流、海洋等水体的水质、水温、水位等信息，帮助保护水资源、预防水灾。
此外，微波遥感还可以监测森林、草原、湿地等生态系统的变化，帮助保护生态环境、预防自然灾害。
总的来说，微波遥感技术具有广泛的应用前景，可以为农业、环境监测、气象预测、国防安全等领域提供重要的数据支持。
随着技术的不断发展，微波遥感技术将会发挥越来越重要的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
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
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理概述微波遥感和成像侧视雷达是两种常用的遥感技术，它们通过利用微波的特性来获取地球表面信息。
本文将介绍微波遥感和成像侧视雷达的工作基本原理。
一、微波遥感的工作原理微波遥感是利用微波信号对地球物体和环境进行探测和测量的一种技术。
微波遥感系统由微波源、发射器、接收器和数据处理系统等组成。
1. 微波源微波源是产生微波信号的装置，常见的有微波发射机、毫米波源等。
微波源将电能转化为微波能量，并通过天线辐射出去。
2. 发射器发射器是将微波信号传输到目标物体的装置。
它可以调节微波信号的频率、幅度和极化等参数，并将微波信号辐射出去。
3. 接收器接收器是接收由目标物体反射回来的微波信号的装置。
它可以接收微波信号的幅度、相位和极化等信息。
4. 数据处理系统数据处理系统对接收到的微波信号进行处理和分析，从中提取出地球物体的特征信息。
常见的处理方法有滤波、解调、调幅和解调等。
二、成像侧视雷达的工作原理成像侧视雷达（InSAR）是一种利用雷达波束和合成孔径雷达（SAR）数据生成地表高程和表面形变等信息的技术。
1. SAR数据采集SAR是一种全天候、全时序、全天时的遥感技术。
它通过发射和接收脉冲雷达波束，测量地表物体的反射回波。
2. SAR数据处理SAR数据处理主要包括预处理、图像生成和解译等步骤。
预处理用于去除图像中的噪声和干扰，图像生成则是从原始数据中合成出高质量的成像结果。
3. 多幅SAR图像融合成像侧视雷达通过将多幅SAR图像进行融合，可以获取地表高程和形变等信息。
这是通过计算不同时间和角度下的雷达干涉图生成的。
4. 数据解译融合后的数据可以利用地表参考点进行几何校正和高程校正，进而得到具体的地表高程和形变等信息。
总结微波遥感和成像侧视雷达是两种常用的遥感技术，它们利用微波信号对地球物体和环境进行探测和测量。
微波遥感通过微波源、发射器、接收器和数据处理系统等装置，获得地球物体的特征信息。
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。
微波遥感成像原理
微波遥感成像原理1.发射：微波遥感系统通过天线向地面发射一定频率和功率的微波信号。
发射的微波信号可以有不同的极化方式，如水平极化、垂直极化、圆极化等。
水平和垂直极化信号的能量传播性质与地面特性有关，可以用来探测地面物体的水平和垂直方向的散射特性。
圆极化信号包含水平和垂直极化的成分，可以综合反映地物的散射特性。
2.传播：发射的微波信号在大气中传播，受大气吸收、散射、折射等影响。
大气吸收主要是由于水汽分子、氧气分子和二氧化碳分子对微波的吸收作用。
大气散射主要是由于大气中的悬浮粒子对微波的散射作用。
大气折射是指微波信号在大气中传播会发生折射现象，使得地物观测位置发生偏移。
这些大气影响需要通过大气校正算法进行修正，以减小其对地物观测的干扰。
3.接收：接收器接收散射回来的微波信号，并将其转换为电信号。
接收信号的强度和极化状态受到地物的散射特性、地形高度的变化、大气吸收和散射等多种因素的影响。
接收器通常具有多通道的接收系统，用来接收不同频率的微波信号，以获取不同的地物信息。
4.信号处理：接收到的电信号经过增益调节、滤波、干扰抑制等处理后，通过信号处理技术获得地物的信息。
主要的信号处理技术包括功率谱分析、多普勒处理、图像重建等。
功率谱分析用于分析接收信号的频谱特征，以获得地物反射的频谱分布情况。
多普勒处理可以提取出目标物体的运动速度和方向等相关信息。
图像重建技术则通过合理的算法和模型将接收到的微波信号转换为图像，以实现对地物的成像。
综上所述，微波遥感成像原理是通过发射微波信号、大气传播、接收反射信号和信号处理等过程，获取地物的散射特性并进行成像分析。
这种技术在农业、环境监测、地质勘探等领域具有广泛的应用前景。
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理微波遥感和成像侧视雷达（SAR）是现代遥感技术中常用的两种手段。
微波遥感利用微波辐射与地球表面的相互作用来获取地表信息，而SAR则是通过侧视雷达传感器获取地表高分辨率的图像。
本文将重点介绍微波遥感和SAR的工作原理。
一、微波遥感的工作原理微波遥感利用微波辐射与地球表面的相互作用来获取地表信息。
微波辐射是一种电磁波辐射，它在遥感中起到传感和信息获取的作用。
微波辐射的频率通常处于0.1 GHz到100 GHz之间，波长在米到厘米量级。
微波遥感在地球观测中的应用非常广泛，包括农业、林业、海洋、城市规划、气象预报等领域。
微波遥感可以穿透云层和大气，不受光学遥感中云层、雾霾等因素的限制，因此在一些特殊气象条件下有着明显的优势。
微波遥感主要利用微波辐射与地表的反射、散射、发射等作用来获取地表信息。
反射是指微波辐射射到地表后一部分被地表反射回来；散射是指微波辐射经过地表后被地表非均匀分布的目标散射回来；发射是指地表目标吸收微波辐射后再发射出来。
通过微波辐射与地表的相互作用，可以获取地表的物理和化学性质的信息，如植被的水分含量、土壤的湿度、冰雪的厚度等。
二、成像侧视雷达（SAR）的工作原理成像侧视雷达（SAR）是一种利用雷达技术获取地表高分辨率图像的遥感手段。
与传统雷达不同，SAR可以利用飞行平台上的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar）传感器进行高精度成像。
SAR的工作原理是通过向地表发射微波脉冲，然后接收并记录反射回来的微波信号。
SAR的传感器不仅可以测量微波信号的强度，还可以获取其相位信息。
通过记录不同时刻接收到的信号，可以对信号进行合成处理，从而形成一幅高分辨率的地表图像。
SAR的成像原理与光学相机类似，都是通过获取目标反射或散射的信号来获得图像。
不同的是，SAR利用微波辐射而不是可见光，在夜晚或云层密布的情况下仍然能够进行观测。
SAR在地表观测中具有很高的分辨率和穿透性能，可以获取地表物体的微小变化，如地表高度、地表形态等。
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
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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
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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
微波遥感技术的原理与应用
微波遥感技术的原理与应用引言：遥感技术是一种通过利用航空器或卫星携带的传感器来获取地球表面信息的技术手段。
而微波遥感技术是遥感技术中的一种重要手段，这种技术利用微波波段的电磁波与地球表面相互作用，从而获取地球表面信息。
本文将重点介绍微波遥感技术的原理与应用。
一、微波遥感技术的原理微波遥感技术的原理是利用微波波段的电磁波对地球表面进行探测与测量。
1. 电磁波和物体的相互作用电磁波在传播过程中与物体相互作用，其中包括反射、散射和吸收等现象。
在微波波段，不同的地物对电磁波的反应有所不同，这样就可以通过测量反射、散射和吸收等现象来推测地物的性质和分布。
2. 微波的频率选择微波波段的频率选择是根据地物的特性来决定的。
比如，对于陆地地表，2.4GHz的频率可以穿透植被和云层，较好地获取地表特征；而对于海洋，13.6GHz 的频率可以有效穿透海洋表面获取海洋参数。
3. 微波遥感的传感器微波遥感技术需要搭载相应的微波传感器。
这些传感器一般分为主动传感器和被动传感器两类。
主动传感器是通过发送微波信号并接收回波来获取地表信息，而被动传感器则是通过接收地球表面反射的微波信号来获取信息。
二、微波遥感技术的应用微波遥感技术有着广泛的应用，涵盖了农业、水资源、气象、环境等多个领域。
以下将针对其中的几个领域进行介绍。
1. 农业监测微波遥感技术在农业监测中有着重要的作用。
利用微波遥感技术可以监测农作物的生长情况、土壤湿度以及植被覆盖度等指标，从而帮助农民进行准确的农业生产管理，提高农作物的产量和质量。
2. 水资源监测微波遥感技术可以用来监测水资源的分布和变化情况。
通过测量水体的微波反射、散射和吸收等现象，可以获取水体的表面温度、水质和水面高度等信息。
这对于水资源的管理和保护具有重要意义。
3. 气象预报微波遥感技术在气象领域也有广泛的应用。
通过对大气中的微波辐射进行测量，可以获取大气温度、湿度和云量等信息，进而用于天气预报和气候研究。
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。
微波遥感复习讲诉
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。
2.1遥感的物理基础-电磁波
本章主要介绍遥感的物理基础， 包括地物的电磁波特性、太阳辐 射、大气对太阳辐射的影响、大 气窗口的概念、地物反射太阳光 谱的特性、地物的热辐射、地物 与微波的作用机理。 本章重点是掌握电磁波谱，大 气窗口，可见光、近红外、热红 外和微波遥感机理，以及地物波 谱特征。
第二章 遥感的物理基础
紫外线
可见光
红外线
微波
§2 太阳辐射
1 自然辐射源 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围 极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太 阳辐射的吸收、反射和散射。 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是 太阳辐射的能量；大于6 μm的波长，主要是 地物本身的热辐射；3-6 μm之间，太阳和地 球的热辐射都要考虑。
电磁波谱
电磁波谱示图
遥感应用的电磁波波谱段
只有0.3～0.38μm波长的光到达地面，对油污染 敏感，但探测高度在2000 m以下。 可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可 见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波 段。 红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质 分为近红外、中红外、远红外和超远红外。 微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受 云雾的影响。
电磁波的波动性
波函数由振幅和位相组成。一般传感器仅记录电磁波 的振幅信息，而舍弃位相信息。在全息摄影中，除了 记录电磁波的振幅信息，同时记录位相信息
§1 遥感的电磁波原理
电磁波谱
按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表 叫电磁波谱。 依次为： γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外 线—微波—无线电波。
§1 遥感的电磁波原理 §2 太阳辐射 §3 太阳辐射与大气的作用 §4 太阳辐射与地物的作用 §5 地物的热辐射 §6 微波与地物的作用 §7 各典型地物的光谱曲线
2.3 微波遥感基础原理
2§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影像的主要特性真实孔径雷达的分辨率C τC τΔR r = ΔR g = (斜距分辨率) 2(地距分辨率) 2 cos βΔL = βR = λR d (方位向分辨率)=λH d sin β<==波束之脉冲时间 τ 越小，距离向分辨率越高，但 τ 太小则发射功率下降，降低后向散射的信噪比脉冲压缩技术理论上增加孔径 d 就可以提高方位向分辨率，但实际上难以实现，因为孔径的大小决定了天线几何尺寸的大小合成孔径技术<==1 SAR工作原理2 SAR分辨率3 聚焦补偿4 脉冲压缩原理5 多普勒频移与方位压缩6 SAR图像的成像SAR的出发点• SAR通过飞行平台的向前运动实现合成孔径。
利用天线的移动，可以将小孔径的天线虚拟成一个大孔径的天线，可以获得类似大孔径天线的探测效果• 地物对雷达发射的信号散射后会返回包含有地物信息（反射特性等）的信号• 如果雷达天线是固定不动的，则只能接受到一小部分从地物返回（后向散射）的信号• 如果雷达是快速移动的，就有可能收集到从地物后向散射到各个方向的信号，获得的信息量大为增加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。
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SAR在不同位置接收同一地物的回波信号，真实孔径雷达则在一个位置上接收目标的回波SAR工作过程SAR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（聚焦补偿，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两种天线接收信号的相似性34 1 2 SAR 多次成像分解示意图Through the moving of antenna along a line, image a scene for a number of times.通过沿着一条直线移动天线，对同一地物多次成像Synthesize the multiple imaging data of a scene to one image.把同一地物的多次成像合成为一幅图像Equivalent to “enlarge” the antenna, forming a very long antenna and thus improving the azimuth resolution.等效于增大天线，形成一根很长的天线，从而改善分辨率合成孔径大小要求实际波束宽度：实际分辨率：(合成孔径长度)合成波束宽度： 合成分辨率：dλβ=s LR L ==∆βdR L s s 22⋅==λβ2d R L s s ==∆βSAR方位向分辨率距离向分辨率与真实孔径雷达相同方位向分辨率只与真实孔径大小有关βτcos2c Rr=2d Rs=Antenna length : L=10 m Typical range : 计算合成孔径、距离向/方位向分辨率 km 85323cos /== sat H R m 25)23sin(1055.152103sin 268=⨯⨯⨯== θR r B c R Ground range resolution: km 510/056.0853000≈⨯==DR R λβAzimuth resolution:D Example: ERS-1/-2 SAR Resolution Synthetic antenna:For ERS-1/2, a 10m antenna is used to synthesize a nearly 5 km antenna.About 1000 radar images are used to get one SAR image.RAR Vs SARReal Aperture Radar Synthetic Aperture Radar (Crimea, Ukraine)5x14 km pixels 4x20 m pixelsSAR工程应用问题聚焦补偿随着平台的前进，平台和目标之间的相对位置关系会，…，X N各个位置接受到从P点回发生变化，X1，…，Xi来的信号的延迟或相位不同，需要进行补偿（聚焦处理）聚焦天线距离变化聚焦标准相干求和问题：波束的脉冲时间τ越小，距离向分辨率越高，但τ太小则发射功率下降，降低后向散射的信噪比解决方法：采用功率大的宽脉冲进行线性调频调制(啁啾, chirp)后发射，对接收的微波用具有相反频率特性的匹配滤波器(matched filter)滤波，用假设的窄脉冲宽度得到大输出即：使接收的低频微波在滤波器上有较大的延迟，使高频微波有较小的延迟，从而把接收的微波信号作为脉冲宽度很小的被压缩信号提取出来脉冲压缩(pulse compression)，解线性调频调制(de-chirping)在脉冲宽度τ的时间内，通过脉冲压缩和频率∆f 调制，振幅为原来的(τ∆f )1/2倍，脉冲宽度为原来的1/(τ∆f )倍，因此，随着∆f 的提高，距离分辨率和信噪比也提高 脉冲压缩原理 距离压缩来自两个相邻目标的回波可能重叠，但重叠区中两个回波在某一时刻的频率不同，也能被分开在返回的脉冲上还会产生由多普勒效应引起的频率偏移（Doppler Shift），这种偏移等效于线性调频调制，利用这个特性，在接受端设置具有逆特性的匹配滤波器，就可以改善方位向的分辨率。
微波遥感原理
微波遥感原理微波遥感是一种利用微波进行地球观测的技术，它通过接收地面或大气所辐射的微波信号，来获取地表或大气的相关信息。
微波遥感具有全天候、全天时、穿透云雾的能力，因此在农业、气象、水资源、环境监测等领域有着广泛的应用。
首先，微波遥感的原理是基于微波与地物之间的相互作用。
微波在穿过大气、地表和植被时，会受到不同程度的散射、吸收和反射。
这些微波信号在传播过程中会携带着地物的信息，如地表类型、植被覆盖度、土壤湿度、大气温度等。
因此，通过接收和解译微波信号，就可以获取地球表面和大气的相关信息。
其次，微波遥感的原理还涉及到微波与地物之间的相互作用机制。
不同类型的地物对微波的响应是不同的，这种差异性被称为微波遥感的散射特性。
通过研究不同地物的散射特性，可以推断出地物的类型、结构和特征参数，实现对地物的识别和分类。
另外，微波遥感还可以利用微波在大气中传播的特性，获取大气温度、湿度、云层等信息。
由于微波波长较长，因此在大气中的传播受到大气分子的影响较小，能够穿透云层和雾霾，实现对大气的探测和监测。
此外，微波遥感还可以利用微波与地表的相互作用，获取地表的相关信息。
比如，微波在穿过植被时会受到散射和吸收，通过研究微波信号的变化，可以推断出植被的生长状况、湿度、盖度等信息。
同时，微波对土壤的散射特性也不同，可以用来推断土壤的湿度、类型和质地等参数。
总的来说，微波遥感是一种利用微波与地球表面和大气相互作用的技术，通过接收和解译微波信号，可以获取地球表面和大气的相关信息。
它具有全天候、全天时、穿透云雾的能力，因此在农业、气象、水资源、环境监测等领域有着广泛的应用前景。
随着遥感技术的不断发展，相信微波遥感在未来会发挥更加重要的作用，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
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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
E
H
Z
E 线极化
H Z
E 椭圆极化
H Z
E 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
E
H
Z 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。
(∵障碍物接近波长时才开始衍射)
衍射与天线
天线：发射时类似线性波阵面，接收时类似电磁场中的小孔
行进中的波阵面上任一
点都可看作是新的次波
源，而从波阵面上各点
发出的许多次波所形成
的包络面，就是原波面
在一定时间内所传播到
的新波面。
●天线辐射与单缝衍射类似，天线在不同角度辐射电场E大小分布是由于天线在微波波段衍射导致的结果
●正是衍射效果相同，天线阵可替代连续天线(惠更斯-菲涅尔原理) ●微波衍射效应正比于入射波长，反比于孔径线度 (分辨率)
散射
散射：电磁波辐射在非均匀媒质或各向异性媒质中传播时多方位、多角度地改变原来传播方向的现象，即目标对入射电磁波能量的重定向；反射、折射和衍射都是散射的基本形式。
分子或原子相互
接近时，由于双
方很强的相互斥
力，迫使它们在
接触前就偏离了
原来的运动方向
而分开
瑞利散射：(a < 0.1λ)指散射光波长等于入射光波长，而且散射粒子远远小于入射光波长，没有频率位移（无能量变化，波长相同）的弹性光散射。
散射强度和散射方向有关，并和波长的四次方成反比。
米氏(谐振)散射：(0.1λ < a<
10λ) 当大气中粒子的直径与
辐射的波长相当时发生的散
射。
主要由大气中的微粒，
如烟、尘埃、小水滴及气溶
胶等引起。
辐射强度与波长
的二次方成反比，散射在光
线向前的方向比向后的方向
更强，方向性较明显。
波长为λ 、半径为a 的球体的雷达截面
光学(非选择性)散射： （10λ < a ）散射粒子的粒径比辐射波长大得多时发生的散射，散射系数与波长无关。
当大气中充满大粒子尘埃时，常会出现这种散射，造成接收数据的严重衰减。
非选择性散射导致可见光、近红外、中红外散射，这些波长合成使天空中云层表现为白色。
法拉第旋转效应
线极化电波通过电磁场时，会在
电磁场的影响下产生极化面相对入射
波的旋转。
其大小与电波频率、电离
层电子密度、传播路径长度有关。
微波穿过大气层时会产生法拉第旋转，旋转程度与v2成反比，低频长波旋转程度大。
法拉第旋转导致单一线极化测量的局限性，L波段的最大旋转可达100°，极大限制了空基P波段微波遥感系统的可行性，其旋转可达几百度。
全极化优势：法拉第旋转只影响极化旋转角并未改变地物的极化特性，全极化测量中的基本不变信息不会受到大气的影响。
电磁辐射能量穿透大气层示意图
基尔霍夫定律：一般物体的辐射可以由相同温度下黑体辐射乘以该物体的吸收率来表示；物体的发射率等于其吸收率
指沿发射路径，频率为v 的电磁波在任意点s 的辐射强度；
指体吸收系数，也称衰减系数；
表示光学深度，即不透明度； 指从0到s 的透射率，
取值范围[0,1]，0完全不透过，1完全透过； 指黑体辐射的选择性吸收(或选择性发射)
辐射传输方程：
瑞利-金斯辐射公式：
在一定波长范围内，辐射亮度与绝对温度的一次项成正比。
对波长>=3mm的全部微波均成立。
代入辐射传输方程，令透射率
可得，
其中，第二项即为大气层辐射贡献
辐射传输理论是被动微波遥感的理论基础
微波辐射计原理
雷达入射波的散射
雷达发射电磁波在目标表面感应电流而进行再辐射，从而产生散射电磁波。
雷达方程
• 雷达方程：雷达是主
动式微波遥感方式，即
利用传感器（天线）向
地面发射微波后接受其
散射波，其过程可以用
雷达方程式定量表示。
• 雷达方程是雷达遥感
的理论基础，也表明了
主动式观测的特性，主
动式遥感可以全天时获
取数据，但消耗能量能
大大增加。
雷达散射截面(Radar Cross-Section)
目标的假想面积，用一个各向均匀的等效反射器的投影面积来表示，该等效反射器与被定义的目标在接收方向单位立体角内具有相同的回波功率。
对于主动微波观测应用，地表的延展目标不是单独的对象，因此σ与分布范围内的散射能量成比例，在成像雷达系统中，这个分布范围对应一个分辨像素。
后向散射系数，归一化雷达截面（NRCS），单位面积散射截面：
后向散射系数
Radar returns from various surfaces
Radar returns from various surfaces
目标的散射特性
• 目标的散射特性首先取决于目标尺寸和雷达波长间的关系
（粗糙度），介电特性和极化特性
＝＝》粗糙度
• 粗略划分为三类散射区：
1.瑞利区：目标尺寸远小于雷达工作波长
2.谐振(米氏)区：目标尺寸和雷达工作波长在同一数量级（角反射）
3.光学(非选择性)区：目标尺寸远大于雷达工作波长
微波的反射率
粗糙度的量化
粗糙度标准
粗糙度与波长
表面粗糙度由表面自身的物理特性、波长和雷达俯角等决定
对于长波雷达，地表相对较光滑，后向散射小
同样的地表对于短波雷达就显粗糙，在雷达图像中由于后向散射强而显得亮
Locate the surface roughness sampler Release the latch to drop the pins Mark the profile of pins on paper
location
profile
Surface profile Digitizing the profile
表面粗糙度的量测
θd The rougher the surface the
less dependence of the radar
return on depression angle
Radar return from smooth and
rough surfaces as a function of
depression angle
回波强度与俯角
微波散射与入射角
微波散射与地物介电常数
介电常数：描述材料的电性质（电容、传导率、反射率），通常定义为物体电容与真空电容之比。
•自然界一般物体在干燥时，其介电常数在3~8之间，
而水的介电常数接近80
•岩石的介电常数差别很小，很难依据介电常数来区别不同的类型
•介电常数增加，反射增加
•土壤含水越多，反射越强
•金属物体有很大导电率，故雷达回波信号也很强
土壤的介电常数
1.4GHz（L波段）
土壤（流沙地与高黏土地）的相对介电常数与容积含水量的变化关系
ε‘、ε“为复介电常数的实部和虚部
土壤含水越多，反射越强
水面的散射特性
2π2π
复杂表面的散射
角反射器的类型
z High Radar Cross Section granted ! θ
x
Φ y
Azimuth direction 角反射器的RSC 分布
高度角 方位角
Corner Cube
角反射器在SAR影像上的例子
穿透深度曲线
C
X L
SIR-A 测绘沙特阿拉伯古河道
（L 波段，1981年）
ERS SAR image
(C波段)。