2013微波遥感课件

常用微波波段
Ka, K, and Ku bands: very short wavelengths used in early airborne radar systems but uncommon today. X-band: used extensively on airborne systems for military reconnaissance and terrain mapping. C-band: common on many airborne research systems (CCRS Convair-580 and NASA AirSAR) and spaceborne systems (including ERS-1 and 2 and RADARSAT). S-band: used on board the Russian ALMAZ satellite. L-band: used onboard American SEASAT and Japanese JERS-1 satellites and NASA airborne system. P-band: longest radar wavelengths, used on NASA experimental airborne research system.
Duplexer ? sends and receives Receiver antenna
transmitted pulse backscattered pulse
CRT Display or Digital Recorder
b.
20
微波传播示意图
21
侧视雷达工作原理(真实孔径雷达)
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.
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。
16
微波传感器
3. 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。 目的：提高图象在飞行方向的分辨率。
二. 微波遥感波段
300MHz到300GHz（波长从1mm到1m） 被无线电界划分为：甚高频(VHF)、特高频（UHF）、超 高频（SHF）和极高频（EHF）。
•地球资源应用中的常用波段：X,C，L •波长增加，穿透能力增加。 •在晴朗天气状况下，大气对于波长小于30mm的微波 略有衰减。随波长减小，衰减增大。 •波长小于10mm时，暴雨呈现强反射（用到了机载天 气探测雷达系统）
22
有关术语
A：飞行方向；B：天底nadir E：方位向azimuth flight direction ； D：距离向look direction ；C：扫描宽度
23
有关术语
A入射角incidence angle; B视角; C斜距Slant distance; D地距Ground distance;
一. 微波遥感分类
被动微波遥感
被动微波遥感、主动微波遥感
信号来源： 系统自身不发射微波波束，只是接收目标物发射或散 射微波辐射（用亮温表示）。 典型传感器： 传感器一般为微波辐射计，辐射精度目前约1K，空间分辨率 一般都在公里级(卫星遥感)或米级(航空遥感)。
主动微波遥感
信号来源： 系统自身发射微波辐射，并接收从目标反射或散射回 来的电磁波。 构成： 一部发射机，一部接收机，通常共用一幅天线。 典型传感器： 高度计、散射计和成像雷达。 高度计和散射计的空间分辨率较粗。
7
被动与主动遥感
8
微波遥感的特点
1.具有穿云透雾的能力
2.可以全天候工作 3.对地表面的穿透能力较强 4.具有某些独特的探测能力(海洋参数、 土壤水分、地下测量)
9
微波辐射的特征
（电磁波）特性：
叠加：当两个或两个以上的波在空间传播时 , 如果在某点 相遇 , 则该点的振动是各个波独立引起该点振动时的叠加。
相干性：当两个或两个以上的波在空间传播，它们的频率相同，振
动方向相同，振动位相差是一个常数时。这时叠加后合成波的振幅是 各个波振幅的矢量和，这种现象称为干涉。 两波相干时，在交叠的位置，相位相同的地方，振动加强，相位 相反的地方振动抵消 , 其他位置均有不同程度的减弱。当两束微波相 干时，在微波雷达图像上会出现颗粒状或斑点状特征。
11
微波辐射的特征 极化： 当电场矢量的方向不随时间变化时，称为线极化； 线极化分为：水平极化和垂直极化
水平极化：电场矢量与雷达波束入射面垂直，记作H 垂直极化：电场矢量与雷达波束入射面平行，记作V。
雷达波遇目标平面而反射，其极化状况在反射时会 发生改变。
若发射和接收的电磁波同为水平状况，则得到同极化图象HH； 若同为垂直状况，则得到同极化图象VV； 发射H，接收V，得到交叉极化图象HV； 发射V，接收H，得到交叉极化图象VH； 12
43
透视收缩
a.
C-band ERS-1 depress ion angle =67 ? look angle = 23
b.
look di rect ion L-band JERS-1 depress ion angle =54? look angle = 36
44
c.
X - band look di rect ion d.
极化
13
微波传感器
非成像传感器：一般都属于主动遥感系统。通过发射雷达
信号，再接收回波信号测定参数，不以成像为目的 微波散射计：测量地物的散射或反射特性
雷达高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得 知地表高度变化，海浪的高度等参数。
根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。
成像传感器：
获取在地面扫描所得到的带有地物信息的电磁波信号并形成 图象 微波辐射计、侧视雷达、合成孔径雷达
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，形成相干影象。经过复杂的处 理，得到地面的实际影象
32
合成孔径雷达原理
33
合成孔径雷达原理
理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的 分辨率为： ra =D/2
阴影(Shadow)：
当后坡坡度较大，雷达波束不能到达后坡坡面时，没有回 40 波信号产生，图象上出现暗区
41
地形引起的变形：透视收缩
山上面向雷达的一面在图象上被压缩， 这一部分往往表现为较高的亮度；
坡底的收缩度比坡顶大；山坡的坡度越 大，收缩量越大。
42
透视收缩
The figure above shows a radar image of steep mountainous terrain with severe foreshortening effects. The foreshortened slopes appear as bright features on the image.
电磁波在空间中的传播速度c是一定的, 当雷达在时间t1发射出一个窄脉冲,被目 标反射后,在时间t2返回, 则目标地物的距 离为: (t2-t1)*c/2
19
Side-looking Airborne RADAR (SLAR) System
antenna
a.
Pulse Generator
Transmitter
第七章 微波遥感
1 概述 2 侧视雷达系统的工作原理 3 合成孔径雷达（SAR） 4 侧视雷达图象的几何特征 5 侧视雷达图象的信息特点
6 微波传感器及其遥感平台
1
7.1 概述
微波：在电磁波谱中，波长在1mm ～1m的波段范围称微波。 微波遥感：指通过微波传感器获取从目标地物发射或反射的微波辐射，通过判读 处理来识别地物的技术。
D为天线长度
遥感导论page78
34
微波遥感
概述 侧视雷达系统的工作原理 合成孔径雷达（SAR） 侧视雷达图象的几何特征 侧视雷达图象的信息特点
微波传感器及其遥感平台
35
斜距图象的比例尺变化
A、B、C为三个长度相等的线性地物。
斜距图象、地距图象
36
雷达图象变形：距离向
37
地距图象与斜距图象
38
Aerial P h o to grap h
10
微波辐射的特征
衍射：电磁波传播过程中，如果遇到不能透过的有限直
径的物体，会出现传播的绕行现象，即一部分辐射没有遵 循直线传播的规律而绕到障碍物的后面，这种改变传播方 向的现象称为衍射。
微波传播时会发生衍射现象。
极化（偏振性）：电磁波传播是电场和磁场交替变化
的过程，且它们的方向相互垂直。 电场常用矢量表示，矢 量必定在与传播方向垂直的平面内。矢量所指的方向可能 随时间变化，也可能不随时间变化。
距离向变形
上图：左侧地物压缩
下图：恢复（地距图象）
39
地形畸变 透视收缩（foreshortening）：
山上面向雷达的一面在图象上被压缩，这一部分往往表现 为较高的亮度； 坡底的收缩度比坡顶大；山坡的坡度越大，收缩量越大。
叠掩(Layover)：
当面向雷达的山坡很陡时，出现山顶比山底更接近雷达的 情况，因此，在图象的距离方向，山顶和山底的相对位置 颠倒； 收缩度：坡顶的收缩度比坡底大
17
微波遥感
概述 侧视雷达系统的工作原理 合成孔径雷达（SAR） 侧视雷达图象的几何特征 侧视雷达图象的信息特点