第7章_微波遥感与成像
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
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
第七章微波遥感
航天雷达遥感。
航天飞机成像雷达：可穿梭于地面与外空之间，高度在200300km之间，美国1981年发射SIR-A，1984年SIR-B，1994年 SIR-C，最初使用HH极化，后来多极化，视角可变可调整。
海洋卫星的特点
要求大面积、连续、同步或准同步探测，扫描宽度要大。 分辨率不能太低，近极地太阳同步轨道卫星，地面覆盖周期
理论计算表明，合成孔径雷达的方位分辨率
r =L/2 L为每个小天线的长度
与小天线组成，总长度为1km，每一小天 线长10m，所发射微波的波长为15cm，目标距天线1000km(斜 距)。 如是10m天线，目标地物的方位分辨率为？m 如是1km天线，目标地物的方位分辨率为？m
五、某些地物的雷达影像实例： 土壤：可用于考古和土壤含水量的测定。 对于植被：探测植被含水量，含水量高的植被，后向散射系
数比含水少的植被？。在繁密覆盖区，短波（2-6cm）能较好
探测农作物和树叶冠层，而土壤信息较少；较长的波段（1030cm）则较好地探测树干树枝，再长则可探察地表土壤信息。
遥感导论
第七章 微波遥感 Microwave RS
波长在1mm-1m的电磁波。在这一区间，按照波长由短 到长，又可分为毫米波、厘米波和分米波，统称做微 波波段。
微波有被动和主动之分。被动式接收地物辐射的微
波，可用于测地物温度，但微波辐射弱而？分辨率
低。
一般用主动式，天线向下方或侧下方发射强微波，
被地物吸收和反射，接收来自地物反射的180方向的
微波，也被叫做后向散射波，不同物体，后向散射
系数不同。
微波在发射和接收时常常仅用很窄的波段，所以按地物 反射特点和水汽吸收特点可分为：
2011微波遥感-7.1,7.2.0
COSMO SAR Paris 图像方向滤波
COSMO SAR Paris 图像
COSMO SAR Paris 图像方向滤波
COSMO SAR Paris 图像边缘增强
（7）公路，铁路与桥梁
n 公路路面一般可认为是平滑表面，图像上是无回波的暗线条，当
分辨率很低时；这个暗线条也无法辨别，但道路两旁的地物如建 筑物、树林等却可能与道路构成角反射器，而在图像上形成亮线 条，暗示着道路的存在，高速公路在两个单行道之间常有隔离物 如水泥墙墩、栏杆，或一条植被覆盖带，前者在两条暗线条间形 成亮线条小暗线条有时不一定是公路，其它地物如灌溉渠道等， 也会形成暗线条。 n 铁路在雷达图像上的色调变化很大，有时很强，有时很弱。当铁 路的延伸方向与雷达图像的距离向一致时，图像上的信息为一暗 线条。在铁路与航向平行时，路基与地面构成二面角，图像上出 现强线条。 n 桥梁的桥面一般因镜面反射在图像上无回波，但是由于桥梁各部 分，如扶墙、栏杆、横档等之间能形成许多角反射器，因此在很 窄的指向角范围内都具有强回波。 n 桥墩和水面所形成的二面角反射器也能贡献强回波，在图像上分 辨率很高的情况下，甚至可以分出桥墩的数目。但桥墩和水面在 一定条件可能在图像上形成虚桥，其中较亮的那条是实际存在的 桥，较暗的那条为虚桥。
沿岸固定冰 区
破碎冰区
灰冰及灰白 冰
初生冰及冰 皮区
渤海湾RADARSAT_1 SAR 图像
COSMO 南极wilkins 冰盖X-profile
（6）城市与地表建筑物
n 房屋一般具有较强回波信号。单独建筑物的四
个侧面和顶面总有两面受到微波照射，侧面与 地面等可能组成多个角反射器，故回波较强。 平顶建筑物屋顶大多形成镜面反射，于是整个 建筑物在图像上呈现L形，如果是人字形屋 顶，这样图像上就不再是L形，而是出现很亮 的点状目标，因为屋顶的瓦面构成了角反射。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
第七章 微波遥感。PPT
斜距显示的近距离压缩
四、微波遥感的应用
遥感卫星现状与发展
早期SAR系统
4.1 SAR基本应用
测绘方面应用
中小比例地形图制作
主要包括城市 测绘和土地覆盖 测绘。
土地利用状况调查
海岸带和海洋方面应用
海洋环流特征测图 及波浪普导出
海洋环流特征包括内波、
表面洋流边界、旋涡、涌
真实孔径雷达与合成孔径雷达
合成孔径雷达
•
L=R·β 合成孔径雷达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 SAR图像分辨率
•空间分辨率 •灰度分辨率
雷达阴影、叠掩
叠掩示意图
侧视雷达成像的几何特点
透视收缩、顶底倒置
DINSAR技术
• 两副天线对目标
点测量的相位差 为:
• 地表的形变大小
公式为：
DINSAR技术
DINSAR技术
DINSAR技术
DINSAR技术
DInSAR形变监测实例
伊朗Bam地区地震形变研究
DInSAR形变监测实例
Bam地震区域及地震断裂带示意图
DInSAR形变监测实例
极化合成孔径雷达PolSAR (Polarimetric SAR)
遥感图像处理与应用
微波遥感
内容概要
一、微波遥感概述 二、微波遥感原理 三、雷达图像特征 四、微波遥感应用
一、微波遥感概述
微波遥感
微波遥感分类
主动式----雷达 被动式----微波辐射计
微波遥感特点
• 全天候，全天时工作能力 • 对地物的介电常数敏感 • 对地物表面粗躁度敏感 • 对人造地物敏感 • 对地物的结构敏感 • 精确的测量能力 • 表面穿透能力
华北理工微波遥感课件第7章 微波图像的目视解译和计算机处理
• 图像色调是雷达回波强弱的表现，它与许多因素 有关，其中有波长、入射角、极化方式、地物目 标的方位、复介电常数、表面粗糙度、是否构成 角反射器等。
• 形状是指地物的周界或轮廓所构成的空间形式， 在可见光和红外图像上比较清楚，但在雷达图像 上，大多数地物目标在雷达图像上的形状与其在 人们的视觉中的形象相差很大，而且常常是实际 目标的部分轮廓。
影响植被回波的主要因素有含水量、粗糙度、 密度、结构等，对于人工种植的植物来讲，还有 种植的几何形状等。一般说来，含水量大的植被 回波信号要强。
如果能很好区分不同农作物，则VV极化在同极 化中较好，但农作物常是粗糙面，具有去极化作 用，故而利用交叉极化能提高分类精度。
不同的季节对植物回波的影响也是明显的，
第七章 微波图像的目视解译和计算机 处理
第一节 雷达图像的解译标志特点 第二节 雷达图像中各类地物的解译 第三节 微波辐射计图像解译 第四节 图像变换、彩色合成与目标解译 第五节 计算机处理与识别
• 1.在利用雷达图像进行解译时必须熟悉其成像机 制和图像信息特点。
• 2.充分了解雷达图像解译标志的特点和各类地物 的解译规律.
• 大小与图像的分辨率有关，低分辨率的情况下不 可能反映地物大小，分辨率高的情况下，又取决 于它的回波信号与邻近地物的差异。另外，地物 所处位置也是必须注意的，如果在坡面上，因为 透视收缩，叠掩和阴影会造成很大变形。
• 阴影是雷达波照射不到的地方，在解译时，须将 阴影部分靠近判读人员，亮的部分则远离判读人 员，否则会造成错觉，将原本是凸起的地形看成 是凹下的。阴影是地形起伏或高大地物的标志， 它掩盖了在这一部位的地物。
环境遥感多媒体课件之一：微波遥感与成像
（3）合成孔径侧视雷达系统
• 基本原理 ：合成孔径侧视雷达不对每个脉冲回波信号一一
处理，而利用多普勒效应原理，把许多脉冲的回波信号作 相关叠加处理，最后得到地面雷达图像。
• 遥感平台在匀速前进运动中，以一定的时间间隔发射一个 脉冲信号，天线在不同位置上接收回波信号，并记录和贮 存下来。将这些在不同位置上接收的信号合成处理，得到 与真实天线接收同一目标回波信号相同的结果。这样，就 使一个小孔径天线，起到了大孔径天线的同样作用。
•为什么又和地面距离有关？看下图:
β
GR1 A
B
R1
R2
GR2 A
B
方位分辨力（Pa）,天线波束宽（β）与地面距离（GR）的关系
讨论：
方位分辨率: Pa = R λ / D
• 要提高方位分辨率，就要求短距离探测、短脉冲波
长、长天线。 • 但是，低航高的短距离探测，势必限制了信息获取 的有效区域；而短的脉冲波长则受大气衰减和散射 严重，全天候的性能随之降低。 • 因此，当波长一定时（遥感探测目的决定了雷达的 工作波长），天线波瓣角β =λ/D可用两种方法调节：
•
像片
b a
雷达图像 a1 b1 A
B
侧视雷达图像与航空像片投影差比较
•侧视雷达图像的几何特性
C.上下位移、透视缩减、盲区
脉冲俯角 脉冲方向 地面坡度大于这些线 时会产生上下位移
上下位移
图像 地面距离 弱回波
上下位移
盲区 盲区
透视缩减
盲区
地形起伏对侧视雷达图像的影响
•视雷达图像的几何特性
D. 视 差
（3.10）
为分辨出的目标 A和B cτ /2 可分辨出的目标C和D cτ /2 A B D
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。
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。
《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。
第七章 微波遥感
振幅减少1/e倍（37%）的穿透深度定义为趋 肤深度H:
H=(5.3×10-3ε1/2)/δ
式中：ε为地物的介电常数；δ为地物的导电率。
对海洋遥感具有特殊意义：
微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海 面动态情况（海面风、海浪等）的观测。
二、微波的优点
微波遥感特性：
分辨率较低，但特征明显：
微波传感器的波长分辨率比较低，是由于其 波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精 度和取样速度往往不能协调。
二、微波的优点
微波遥感特性：
能全天候、全天时工作：
由于微波的波长较长，因而散射相对较小，在大气 中衰减少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟、 云、雨的限制。对于热带雨林地区更有意义。
对某些地物具有特殊的波谱特征：
三、微波遥感的传感器
主动微波遥感：
是指通过向目标地物发射微波并接受其后向辐射信号 来实现对地观测的遥感方式。主要传感器为雷达，此外还 有微波高度计和微波散射计。
雷达 侧视雷达 合成孔径侧视雷达
被动微波遥感
是指通过传感器，接受来自目标地物发射的微波，而 达到探测目的的遥感方式。被动接受目标地物微波辐射的 传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的 传感器为微波散射计。
第七章 微波遥感
7.1 概述 7.2 侧视雷达系统的工作原理
一、微波的波长
在电磁波谱中，波长在1mm～1m范围的波称微波。 （微波波段划分）
二、微波的优点
微波遥感特性：
及埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。
这一特性可以用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标以 对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力：
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
30
探测目标表面粗糙程度是影响雷达后向散射 的重要因素，粗糙程度与雷达波长有关，波 长长时，粗糙度对后向散射的影响小。
31
在平滑表面A处，雷达波全部被 反射，没有产生后向散射，在 雷达图像上呈现黑色。在比较 粗糙的B处，有部分后向散射被 雷达天线接收，在图像上呈现 明亮。
32
Local incidence angle
41
先进雷达技术应用
42
立体雷达测量成图技术 --相反的观测方向得到 的立体像对，非常有用。
43
相位差与相干雷达
44
干涉雷达系统 原理就是在平 台上安装两个 天线，但要求 错开一点距离， 对地面目标探 测后，通过计 算A便可求出 地面高程。
45
通过干涉雷达获得的地面高程图像
46
聚 束 图 像
ERS-
57
加拿大的RADASAT卫星雷达系统
RADASAT覆盖500公里， 可选择多种模式
58
机载三维成像仪
பைடு நூலகம்59
60
61
29
在雷达图像影响最大的因素包括：
1：Surface roughness of the target 2：Radar viewing and surface geometry relationship 3：Moisture content and electrical properties of the target
亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。 5
3.4 微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
侧视雷达
侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方 向垂直的侧面 , 发射一个窄的波束 , 覆盖地面上这一侧面 的一个条带 , 然后接收在这一条带上地物的反射波 , 从而 形成一个图像带。随着飞行器前进 , 不断地发射这种脉冲 波束 , 又不断地接收回波 , 从而形成一幅一幅的雷达图像 。
纠正后的正确图像 22
foreshortening
23
在陡峭山脉 地区的侧视 雷达图像上 存在严重的 forshorteni ng现象。
24
出现Layover 现象的原理
25
Layover现象 非常严重。
26
雷达阴影产生的原理
27
雷 达 阴 影 在 图 像 上 的 表 现
28
目标特性与图像表征
即：距离越近，距离向分辨率 越低。
A: 近射程(near range); B: 远射程(far range)
13
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理——方位分辨力Pa
沿航线方向的分辨率—方位分辨率，沿迹分辨率 Pa= *R 波束宽度， R天线到该像元的倾斜距离 =/l, 波长， l天线长度 Pa = (/l)*R
47
SAR
干涉SAR重复轨道相位图
48
通过干涉雷达获得的地面三维高程图像
49
航空雷达遥感系统基本原理
50
航天雷达遥感系统基本原理
51
机载合成孔 径雷达系统
L波段合成孔径雷达
52
L-SAR表明损害的堤坝和淹没地区
L-波段机载SAR用于洪 水监测
53
都江堰地区机载L-SAR图像
54
金门L-SAR图像
极化的概念和极化类型
•水平极化：电磁波的电场
矢量与入射面垂直(入射波与 目标表面入射波处的法线所 组成的平面)。 •垂直极化：电磁波的电场 矢量与入射面平行。
8
同一地区 同一波段 不同极化 的雷达图 像存在着 明显的区 别。 不同极化 的图像就 象不同波 段一样可 彩色合成。
9
7.2 微波遥感与成像
目的：提高图象在飞行方向的分辨率。
7
HH - for horizontal transmit and horizontal receive, VV - for vertical transmit and vertical receive, HV - for horizontal transmit and vertical receive, and VH - for vertical transmit and horizontal receive.
雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不同部位时，要有时 间先后差异，这样从目标反射的回波也同时出现时间差，才有可能区 分目标的不同部位。
6
微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
合成孔径雷达
合成孔径雷达与侧视雷达类似 , 也是在飞机或卫星平台上由传感 器向与飞行方向垂直的侧面发射信号。所不同的是将发射和接收天线 分成许多小单元 , 每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位 置不同，记录的回波相位和强度都不同。
11
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理——有关术语
A：飞行方向；B：天底方向 E：方位向；D：距离向； C：扫描宽度
A：入射角; B：视角;
C：斜距; D：地距;φ：俯角 12
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理——距离分辨力Pg
在侧视方向的分辨率—距离分辨率 Pg=c /2sin 脉冲持续期(脉冲宽度)， 视角，c光速 越大（俯角（90-）越小）， Pg越小，分辨率越高
天线越长， Pa越小，方位分辨率越高
β
距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反。
14
微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理 合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）, 也是侧视 雷达。 基本原理：利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术， 产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高观 测精度。 在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记录和处 理过程联系在一起。 在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时间不同， 相位和强度不同，形成相干影像。经过复杂的处理，得到地 面的实际影像。 15
3.4 微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为： ra =l/2 l为天线长度
16
微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
17
微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
18
3.4 微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
19
雷达遥感图像畸变
20
斜距向几何畸变
21
近 距 离 端 图 像 压 缩
侧视雷达（SLR）工作原理 雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能 量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再 被天线接收。 由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时 间不同。
10
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理 遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行； 在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不 同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。 返回的信号被天线接收并记录下来
33
雷达侧视地面目标时，如果 与地面线性目标的走向垂直 （A），在图像上就表现明 显，否则（B），就弱。
34
形成角反射器的原理
35
城市 地区 的雷 达图 像上 角反 射器 现象 严重
36
雷达后向体（volume scattering）散射
37
雷达图像特性
38
光 斑
39
光 斑
40
均匀草地成像 后，没有光斑 时（A），有 光斑时（B）。
55
加拿大Convair-580 C/X SAR 系统
美国NASA的AirSAR系统
加拿大Sea Ice and Terrain Assessment(STAR)系统
56
航天雷达系统
卫 星 雷 达 系 统 卫欧 星空 雷局 达 系 统一 系 列 SEASAT 卫日 星本 雷 达 系 统一 系 列 JERS-
4、对海洋遥感具有特殊意义：
适合于海面动态情况（海面风、海浪等） 的观测
5、分辨率较低，但特性明显。 3
微波遥感与成像
微波遥感传感器分类 1、雷达（侧视雷达）：成像 主动方式 2、微波高度计：不成像 3、微波散射计：不成像 1、微波辐射计：成像
被动方式
2、微波散射计：不成像
微波散射计：测量地物的散射或反射特性 微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确
第七章 微波遥感与成像
介绍 雷达基础知识 几何特性与空间分辨率
雷达图像畸变
目标微波特性
雷达图像特性
雷达遥感应用
雷达遥感系统
1
微波遥感与成像
微波波段划分
2
微波遥感与成像
微波遥感的特点： 1、能全天候、全天时工作 2、对某些地物具有特殊的波谱特征：
在微波波段，水的比辐射率为0.4，冰的 比辐射率为0.99；而在红外波段，水的 比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92。 3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿 透能力。
得知地表高度变化，海浪的高度等参数。
4
微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
微波辐射计
微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度并生成 亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力 , 其 发射强度与自身的亮度温度有关。通过 扫描接收这些信 号并换算成对应的亮度温度图 , 对地面物体状况的探测很 有意义。