第二章-微波遥感系统教材
华北理工《微波遥感》课程教学大纲
《微波遥感》课程教学大纲课程名称：微波遥感课程编号：812128英文名称：Microwave Remote Sensing课程属性：选修课课学时：40（包含8上机课）学分：2.5先修课程：高等数学（微积分）、遥感原理及应用、计算机绘图适用专业：海洋技术一、课程简介《遥感原理》课是一门专业方向选修课程，本教学大纲适用于海洋技术专业的本科生教学。
通过本课程的学习，使学生掌握必要的微波遥感基本理论知识、常用微波遥感数据的特征和应用、信息提取的方法。
在内容上侧重于微波遥感基本原理和方法介绍，使学生在掌握基本知识的基础上，进一步了解微波遥感技术的应用。
微波遥感是遥感科学与技术专业学生的一门专业基础课。
作为遥感技术的一个重要手段，微波遥感以其全天时全天候的优势在遥感领域占有无法替代的地位。
本课程电磁波传播及其与各种物质相互作用为出发点，主要介绍微波遥感的基本理论以及主被动遥感的各种传感器。
教学目的是使学生熟悉微波遥感的基本原理，了解微波遥感的常用手段，掌握微波遥感数据处理的常用方法。
微波遥感是理论与实践结合较强的专业基础课。
在教学过程中综合运用先修课程中所学到的有关知识和技能，结合教学环节，进行微波遥感技术人员所需的基本训练，为学生日后从事相关工作打下基础，因此是遥感科学与技术教学计划中占有重要地位。
二、课程内容及学时分配第一单元：绪论和微波遥感的物理基础（建议学时数：4学时）【学习目的和要求】1.知识掌握本单元主要介绍微波遥感技术的概念、微波遥感技术的分类以及微波遥感技术的特点。
对微波遥感技术的发展过程以及当前微波遥感技术的主要技术特点和主要发展趋势作了系统的阐述。
要求学生深刻理解微波遥感的概念，掌握微波遥感技术的基本分类和技术特点。
对微波遥感技术的发展过程和微波遥感在地理学中的重要作用有一定的了解。
在此基础上介绍微波遥感物理基础的电磁学部分。
2.能力培养本单元研究微波遥感技术的特点和发展趋势，并使学生理解微波遥感的物理基础。
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》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
微波遥感-2.4
Water level changes (dh/dt) measured via interferometric synthetic aperture radar from the Japanese Earth Resources Satellite (JERS-1). The spatial patterns of the images have led to new insights concerning the Amazon (A) and Congo (B) floodplains. The Amazon floodplain is highly interconnected by channels, resulting in complex flow patterns. In contrast, flow patterns in the Congo are less governed by channel connectivity and flooded areas lack well-defined boundaries.
第二章 微波遥感系统
空间微波遥感系统-星载、空载、机载
第四节 空间微波遥感系统
4.1 星载微波遥感系统 1，SEASAT-A 2，ERS-1/2 3，JERS-1/PALSAR 4，ENVISAT-1 ASAR 5，RADARSAT-1/2 6，COSMO SKY Med/TERRA SAR-X
Map of the world's oceans floor as acquired by the Seasat satellite. The mid-Atlantic ridge runs down the middle of the ocean floor separating Africa from North and South America. As shown here, a succession of great ridges runs through all of the world's ocean floors, although not always in the middle. (Courtesy of William F. Haxby, Lamont-Doherty Geophysical Observatory, Columbia University.辨 距离分辨
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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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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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。
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△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。
微波遥感第二章电磁场理论_电磁波与地表作用
入射电磁波与地表面各类地物发生相互作用的过程中，
在地物表面产生镜面发射或漫反射（或称散射），并 由透射或绕射进入表层以下，在部分或全部被吸收后， 可能部分或全部再辐射出去。通常地物表面的反射， 散射，透射，吸收和发射仅仅作为表面现象处理。更 全面的分析则还应考虑表面以下介质的作用，因为即 使是金属，不光其表面产生反射，也还有电磁波的透 入，只不过其透入的深度有限，随波长而异。这样在 表面以下物质与电磁波发生相互作用的积累就构成地 物对电磁波相互作用的一个组成部分。
k不是任意常数，它与时变场的频率，媒质的电容率和 磁导率有关。
(k1 / k2 )sin1 1
镜面特性
sin2 (k1 / k2 )sin1
若波从一密集的媒质投射到一较低密集的媒质（即k1>k2）时，上 式右边可能大于1。在这种情况下，不存在透射角，称这种波被全 反射了，发生这种现象的最小透射角称为临界角，它定义为：
镜面特性
镜面特性
镜面特性
镜面特性
反射光振幅与入射光振幅的比值,其数值多以百分数表示。反 射系数的平方称为反射率。 一般的波动方程可以写为：
方程中复系数可以写成：
镜面特性
如果k1，k2分别为电磁波在两类介质中的传播矢量，由 于在界面上的切向分量连续，相位相等，于是可以得到 斯涅耳折射定律：
sinc k2 / k1
这样大于thetaC这个角度的所有波遭受全反射。
镜面特性
当theta1大于thetaC时，cos（theta2）是纯虚数。因 此将上式带入反射系数和透射系数的表达式，可以得 到反射系数为1，透射系数为0
镜面特性
特殊情况下，对于TM波，当入射角为某一角度时，入射电磁波将 全部透过两种均匀介质的界面，进入第二种介质，毫无反射，这 时的入射角称为布儒斯特角。
2.4 微波遥感基础原理
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侧视SAR阴影 侧视雷达成像在距离向会产生雷达阴影。起伏地形 的后坡雷达波束不能到达，没有回波信号，在图像 相应位置出现暗区 有三种情况：
1，地形后坡坡度小于雷达俯角：不会产生阴影 2，地形后坡坡度等于雷达俯角：视后坡粗糙度如何 3，地形后坡坡度大于雷达俯角：产生阴影
2 微波遥感基础原理
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章节内容
§ 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
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2
SAR的分辨率 ？
距离向分辨率
Rr
方位向分辨率
c
2 cos
D Rs 2
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Fp (1 sin ) 100%
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侧视SAR叠掩
侧视雷达为距离成像，最早返回的信号记录在近距端， 后返回的记录在远距端 在起伏地形成像，当坡度与雷达俯角之和大于90度时 （即当地入射角为负时），山顶部分的回波比来自山 脚部分的回波更早被雷达接收记录，从而使山顶影像 “叠置”在山脚影像之前
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穿透性
rough low reflectivity 穿 透 性 （3） penetration
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smooth high reflectivity no penetration
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穿透性
Balbina Reservoir from JERS-1 SAR imagery (Oct. 1993)
23
多视处理
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
华北理工微波遥感课件第2章 微波遥感系统
工作原理
天线
转换 开关பைடு நூலகம்
发射 机
定时系 统
接收 机
距离 测量 系统
数据
简化的高度计的方框图
太空船利用一种激光高度测量器(Mars Orbiter Laser Altimeter) 绘制的火星立体图片
时间延迟
海面高度
卫星高度计 海面有效波高
大地水准面 海洋动力地形
海面回波波 形强度
海面风速
海洋地球物理应用
海海 地 海 洋洋 球 洋 测岩 引 潮 深石 力 汐 无圈 场 图结 模 区构 型 测特 改 绘性 善
海洋动力学应用
海洋环境监测
大中 大 全
厄
海
海
尺等 洋 球
尔
浪
冰
度尺 边 海
尼
与
及
海度 界 平
诺
风
极
洋涡 流 面
与
速
区
环流 研 变
南
场
冰
流旋 究 化
方
盖
研研
涛
究究
动
用于“神舟”四号飞船 的多模态微波遥感器由 微波辐射计、雷达高度 计、雷达散射计三种模 态仪器构成。
二、侧视雷达 1、一般结构
发射器 显示器
转换开关 接收机
天线
S 航迹向
S 90o
成像带 距 离 向
雷达波束
二、侧视雷达
雷达：radio detection and ranging，RADAR 侧视雷达：side-looking radar，SLR
S 航高 斜距
图像胶片
X YZ
阴极射线管
第二章 微波遥感系统
一、非成像微波传感器 二、成像微波传感器 三、天线、雷达方程和灰度方程 四、空间微波遥感系统 五、辐射测量原理
微波遥感系统
2.3 主动微波传感器中国遥感卫星地面站2.3.1 高度计中国遥感卫星地面站中国遥感卫星地面站•美国国防部\商务部在1964年联合制定的”国家测地卫星计划”中就提出了正负10厘米精度的雷达高度计需求.•美国科学家在20世纪60年代中期提出利用窄脉冲雷达从卫星轨道高度上测量海平面变化的设想。
根据这一科学设想研制出来的雷达高度计原型样机于1973年在美国天空实验室（skylab)上进行了概念验证性实验。
实验结果表明，这一技术完全可行，并达到测高精度1~2m 的水平。
•1975~1978年间，美国NASA 将一部Ku 波段（13.9GHz)雷达高度计装载在Geos-3（Geodynamics Experimental Ocean Satellite)卫星上，进行了长达3年的实验。
Geos-3高度计的测高精度达到50厘米的量级。
•此后，Seasat(美国，1978）、Geosat（美国，1985）以及ERS-1（欧洲空间局，1991）、Topex/Poseidon（美/法，1992）、ERS-2 （欧洲空间局，1995）和GFO（美国，1998）等专业海洋卫星上都搭载雷达高度计，其测量精度由最初的米级提高到目前的3cm。
进入20世纪90年代以来，卫星测高资料越来越丰富，测高精度越来越高，因此，研究工作也越来越精细、深入并模式化，并重在定量地解中国遥感卫星地面站决问题。
雷达高度计在工作状态时的基本特点为:(1)与电磁波作用的地(海)面目标为分布目标(平滑的或粗糙的)(2)雷达波束对目标的入射角接近零度(近垂直入射)(3)为提高高度分辨率,必须发射大带宽或极窄脉冲(4)高度计提取的相对高度信息是波束照射足迹的平均高程.(5)为了探测目标表面的地球物理特性,充分利用了回波前沿的信息中国遥感卫星地面站(6)为了提取准确的高度信息,要求载体平台稳定,以确保天底指向精度.中国遥感卫星地面站•雷达高度计发射机向海面发射窄脉冲序列，当发射脉冲开始触及海面，海面开始返回脉冲，随着接触的增加，回波功率也随之增大，回波幅值上升到峰值，之后由于天线衰减，使之饱和并下降。
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》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2
主要内容 • • • • 简介 天线 被动微波传感器 主动微波传感器
2.1 简介
In the microwave region the wavelength is often similar to that of major scatterers in the medium, and we can make physical models for their interactions. This helps in the understanding of the interactions and means that we are not primarily dependent on statistical aspects, which is often the case in the optical regime. This is the reason why models for electromagnetic waves and medium interactions are so important for microwave remote sensing.
350 100 200 400 1,000 3,000
75 x 43 51 x 29 27 x 16 32 x 18 14 x 8 6x4
JERS-1 日本
TMI (TRMM Microwave Imager) 热带降雨测量任务（Tropical Rainfall Measuring Mission）微波成像仪 WindSat
• 微波辐射计在海洋卫星上用来遥感海表面温度、海表面风速和风向
（sea surface wind vector）、海面上空水汽含量、降水率（total
column precipitable water vapor）等，在飞机上用来遥感海表面温度、 海表面盐度（sea surface salinity）等。
《微波遥感》PPT课件
应用范围
微波被动遥感对于水特别敏感，因此在区域 和全球性水圈遥感中起着十分重要的关键作用。
比如，探测大气温度、水汽廓线，大气降雨、 大气可降水量、云中液态水含量；反演海面风 场(风速、风向)、台风、海冰的监侧；获取陆 地面温度、土壤湿度、积雪深度与水当量、干 旱、洪涝、沙漠，陆地水文与地理环境、植被 生物量、农作物生长评估及其在空间尺度上的 分布与时间尺度上变化等。
1.1.1 微波遥感的学科地位、优越性
微波在电磁波谱中的位置-长波端
1）波长范围
微波遥感载波波长1-1000mm
微波的频谱与能量谱(1焦耳=107 耳格)(MKS制-CGS制)
2）波段划分
微波波段
毫米波 厘米波 分米波
Ka K,Ku,X,C,S
S,L,P
3）微波波段名称与相对频率、波长
X
C
S
2）全天时工作Day/night capabilities
雷达是有源传感器（自己提供照射）并不依赖于日光。
在汶川地震遥感监测中，高分辨率SAR发挥了重要作用。 在5月13日至5月15日，灾区一直是阴雨天，光学遥感（卫星和航
空）都无法得到图像，通讯也基本中断，5月13日日本方面ALOS PALSAR首先获得ScanSAR模式的图像，但是分辨率为100米，无法 应用；意大利的COSMO SkyMed首先得到都江堰3米和1米分辨率的 SAR图像；5月14日我国的遥感1号得到分辨率为5米的灾区SAR图 像。 5月底直升飞机失事，在找寻飞机残骸的过程中，P波段和L波段的 雷达也发挥了重要的作用。
《微波遥感》PPT课件
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学完请删除！
参考书目：
《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.。
微波遥感系统
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２. 方位分辨率 沿航线方向的分辨率—方位向分辨率 ra=*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 ra= (/L)*R 天线越长， ra越小，方位分辨率越高
距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反. 18
例: 设卫星天线孔径D=4m,波长=3cm,距目标地物800km, 则方位分辨力
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。
属被动遥感
6
ห้องสมุดไป่ตู้
② 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。 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。
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机载SAR 系统
E-SAR
SRTM ? 一般使用双天线
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星载 SAR系统
NASA 1978年 Seasat卫星 L Band
ESA 1991年ERS-1;1995年ERS-2 C-Band
2002年 EnviSat-1 C-Band
JAXA 2006年 ALOS PALSAR
DLR 2009年 TerraSAR-X 以及 TanDEM-X
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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
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2
2.1 非成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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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
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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
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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)
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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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
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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》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。
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第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
方位向分辨率
第二章 微波遥感系统
e e j2kRi
j 2kRi
T = 2kRi 2kRi = 0
聚焦处理
使得不同位置的相移经过补偿能够进行叠加
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
第二章 微波遥感系统
一、雷达天线及其参数
辐射方向图 F(,) 天线辐射能量的空间分布。通常用两平面方向图 来代表天线立体方向图
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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
k
=
2
1
e jT
多极化 多频段
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2
2.1 非成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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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
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2.2 成像微波传感器
一、侧视雷达
第二章 微波遥感系统
第二章 微波遥感系统
2.1 非成像微波传感器 2.2 成像微波传感器 2.3 天线、雷达方程和灰度方程 2.4 空间微波遥感系统
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2.1 非成像微波传感器
一、微波散射计
散射计
强度——后向散射系数 即定标后的雷达
第二章 微波遥感系统
用于测量目标的散射特性随雷达波束入射角变化的规 律，也可以用于研究极化和波长变化对目标散射特性 的影响。
二、雷达方程与灰度方程
第二章 微波遥感系统
发射机将电磁能供给天线后，天线获得的总功率为Pt
天线将电磁波发射出去时，进入自由空间的电磁波功率为 Po
一部分能量 Pl 在天线中耗散为热能
辐射效率
l
=
Po Pt
天线在某一方向(θ,φ)上的增益 G(θ,φ)
G( ,) = Sr ( ,) 天线辐射的功率密度
4
4
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
第二章 微波遥感系统
由于
Pt
= Poi
=
Po 故有
l
Sri =
Poi
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如米波波宽为10度量级 厘米波波宽为几度左右
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2.2 成像微波传感器
二、合成孔径侧视雷达（SAR）
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
合成孔径基本思想
是用一个小天线沿一直线方向不断移动，在移动中每 个位置上发射一个信号，接收相应发射位置的回波信 号存储下来。存储时必须同时保存接收信号的振幅和 相位。
第二章 微波遥感系统
距离向分辨率 地面可以分辨的两目标最短距离
雷达发射的是短脉冲，信号之间必须相差一个脉冲 长度才能分开来。
距离分辨率 与飞机－目标之间的距离无关。 与俯角有关 与航空摄影相反
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
近似表示为
p xz yz
xz 为xz平面内半功率宽度
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
天线有效面积
2
2
Aeff =
p
xz yz
由波辨角 =
d
有 d=
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
1
4
p
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
辐射立体角 单位立体角
第二章 微波遥感系统
辐射源与距它r 处的球面微分dA所形成的立体角
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
第二章 微波遥感系统
方向图立体角 p = Fn ( ,)d 4
可以理解为每一个单位立体角的能量相对大小加权和
主要方向显著
如果发射和接收时 辐射方向图是一致 的，则称为互易元件
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
第二章 微波遥感系统
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
第二章 微波遥感系统
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
第二章 微波遥感系统
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第二章 微波遥感系统
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第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
Sri 无耗各向同性天线辐射功率密度
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2.3 天线、雷达方程和灰度方程
无耗各向同性天线辐射的总功率为
第二章 微波遥感系统
Poi = 4 r 2Sri
实际天线辐射的总功率
由 Sr(θ,φ) 在半径为 r 的球面内积分得
Po = Sr (,)r2d = r2 Sr (,)d
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
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2.2 成像微波传感器
合成孔径雷达方位分辨率
RS
=
R Ls
Ls = R = d R
RS = d
第二章 微波遥感系统
S1
S2
Ls
Ls
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2.2 成像微波传感器
第二章 微波遥感系统
归一化辐射方向图 F(,) , 能量大小相对估计
单位为分贝
Fn ( ,) =
F ( ,) F ( ,)max
方向系数：天线在该方向上的归一化辐射方向图 与辐射方向图在4π 立体角内的平均值之比。 反映能量分布比例
D( ,) =
Fn ( ,)
= Fn ( ,)
1
4
Fn ( ,)d