第七章微波遥感
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
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
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。
微波遥感的种类
总结词
微波辐射计是被动微波遥感的主要设备之一，用于测量地球表面或大气层中的微 波辐射能量。
详细描述
微波辐射计通过接收来自地球表面或大气层的微波辐射，经过处理和分析，能够 获取有关地表覆盖、土壤湿度、植被生长状况、云层结构等信息。这些信息对于 气象预报、农业监测、环境评估等领域具有重要意义。
微波散射计
VS
对于某些特定目标，如军事侦察、夜 间交通监测等应用场景，微波遥感具 有独特的优势。
对植被、土壤和水体的敏感度
微波遥感能够敏感地感知植被、土壤和水体的介电常数和含 水量等参数变化。
在农业、环境监测等领域，微波遥感可以用于评估作物长势 、土壤湿度和地表水体变化等情况。
05
微波遥感的未来发展
高频和超高频微波遥感技术
04
微波遥感的特点与优势
对云层和恶劣天气的穿透能力
微波波长较长，能够穿透云层和恶劣 天气，获取到被遮挡的目标信息。
在气象预报、灾害监测等领域具有重 要应用价值，能够实时获取地面目标 的情况。
获取全天候、全天时数据的能力
微波遥感不受光照条件限制，可以在 白天和夜晚进行观测，获取全天候、 全天时的数据。
多频段和多模式微波遥感技术
多频段和多模式微波遥感技术能够提供更全面 的地面信息，包括土壤湿度、地下水分布等， 有助于提高遥感监测的全面性和准确性。
多频段和多模式微波遥感技术能够实现不同频 段和模式的组合，提高遥感监测的灵活性和适 应性，满足不同应用需求。
多频段和多模式微波遥感技术需要解决不同频 段和模式之间的干扰问题，提高信号的稳定性 和可靠性。
气象参数反演
微波遥感能够通过测量大气中的水汽 、云雨等气象参数，反演得到温度、 湿度、风速等气象信息，为气象预报 提供重要数据。
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。
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。
第七章 微波遥感
真实孔径雷达分辨率
真实孔径雷达与合成孔径雷达
合成孔径雷达
•
L=R·β 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 天线。
合成孔径雷达
三、雷达图像特征
SAR图像分辨率 SAR图像分辨率
•空间分辨率 •灰度分辨率
雷达阴影、 雷达阴影、叠掩
• 近几年较新的雷达干
涉技术有PS涉技术有PS-InSAR （永久散射体雷达干 涉技术）、GB涉技术）、GB-InSAR （地基雷达干涉技术） 等。
DINSAR技术 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
合成孔径雷达SAR 合成孔径雷达SAR
真实孔径雷达工作原理
真实孔径雷达SAR 真实孔径雷达SAR
真实孔径雷达工作原理
真实孔径雷达SAR 真实孔径雷达SAR
真实孔径雷达天线长度就是实际的长度，为了提高 方位向的分辨率，要求发出的波束沿方位向是很窄 的，波束宽度与天线长度有关； • 波束沿距离向是很宽的，不过由于是时间测距的 工作方式，距离向的分辨率则取决于发送波束的脉 冲宽度τ。
极化合成孔径雷达PolSAR 极化合成孔径雷达PolSAR (Polarimetric SAR)
• 电场矢量方向不随时间变化的电磁波称为线极化波，它可 • • •
垂直极化（V 分解为水平极化（H 分解为水平极化（H）和垂直极化（V）。 同极化 ：HH 和VV 交叉极化：HV和 交叉极化：HV和VH 同一目标在不同极化方式下的后向散射回波是不同的. 同一目标在不同极化方式下的后向散射回波是不同的.
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。
微波遥感
1． 微波遥感的优势与不足？优越性1．微波能穿透云雾，雨雪，具有全天候工作能力2．微波对地物有一定的穿透能力3．微波能提供不同于可见光和热红外遥感所能提供的某些信息4．微波遥感的主动方式可进行干涉测量。
不足1．雷达传感器的空间分辨能力比可见光和近红外传感器低2．其特殊的成像方式使得数据处理和解译相对困难3．与可见光和红外传感器数据不能在空间上位置一致2．电磁波的干涉：有两个（或两个以上的）频率，振动方向相同，相位相同或相位差恒定的电磁 波在空间叠加时，合成波振幅为各个波振幅的矢量和。
因此，会出现交叠区某些地方振动增强，某 些地方振动减弱或完全抵消现象，这种现象称为电磁波的干涉3．电磁波的衍射：如果电磁波投射在一个它不能透过的有限大小的障碍物上，将会有一部分波从 障碍物边界外通过。
这部分波在超越障碍物时，会改变方向，绕过边缘到达障碍物后面，这种使一 些辐射量发生方向改变的现象称为电磁波的衍射4．电磁波的极化：波的极化是指在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性。
用电 场强度矢量的端点在空间描绘出的轨迹来表示。
如果这种变化具有确定的规律，就称为极化电磁波5．微波的主要大气效应（1）一般来说，电磁波波长越短（频率高），大气衰减越显著，相反，波 长越长（频率低），大气衰减可忽略（2）大气对微波的衰减作用主要有：1．大气中的水分子和氧 分子对微波的吸收2．大气微粒对微波的散射（微粒直径<波长，发生瑞利散射；微粒直径>波长， 发生米氏散射）3．随波长的减小，云层微粒与雨滴微粒对微波的衰减也变得愈发显著1．微波散射计：是一种有源微波遥感器，功能是测量地物表面（或体积）的散射或反射特性2．微波高度计：高度计是一种主动式微波测量仪，具有独特的全天时，长时间历程，观测面积大， 观测精度高，时间准同步，信息量大的能力和特点、3．真实（合成）孔径雷达：运动平台携带真实孔径天线从空中掠过，由天线向平台的一侧或两侧发 射波束并扫描地面。
3.7微波遥感—南京师范大学遥感导论
二、侧视雷达成像系统
雷达（RADAR）一词是取自 Radio Detection and Ranging （无线电探测和 测距）的缩写词，它不仅能探测，而且 能测距。 机载侧视雷达 星载侧视雷达
雷达自二十年代开始，在军事目标的探 测和侦察中初露头角。第二次世界大战 使空中侦查手段进入雷达时代，1953年 侧视雷达的出现，在短时间内成为大面 积快速探测地表地物的一种极为有效的 工具。1954年合成孔径雷达开始研究， 1957年，美国研制成功用于近视目的的 机载侧视雷达系统。六十年代中期，合 成孔径侧视雷达已不成为秘密，它不仅 用于军事侦察，而且也渗入到国民经济 的各部门。
不考虑波长的话，雷达信号的发射和(或)接收可以是不同模式的极化。 在极化测定的雷达系统中，信号能够以这样一种方式滤波，即它的电波 振动严格限制在一 个与波传播垂直的单一平面上(非极化能量在所有垂直 于传播的方向上振动)。一个雷达信号既可以在一个水平平面上(H)发射， 也可以在一个垂直平面上(v)发射。同样，它既可以在水平面上接收，也 可以在垂直平面上接收。 因此，我们可能处理四种信号传播和接收的组合：H发射，H接收（HH)； H发射，V接收(HV)；V发射，H接收(VH)；V发射，V接收(VV)。HH组 合或VV组合会产生同极化图像。而HV、VH组合会产生交叉极化图像。 因为不同的目标物体将其反射能量的极化改变到不同程度，所以信号极 化的方式会影响图像上物体的外观。
L、C H、V 15~9km
15~40k m
分辨率m
25 × 12.5
10 × (10~20)
30 × 30
25 × 28
侧视成像雷达是一种主动微波遥感系统。 它是测量目标物对雷达波束后向散射回 波强度的成象设备。
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
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。
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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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：
波段名称 Ka R Ku X C S L P
波长/cm 0.75-1.1 1.1-1.67 1.67-2.4 2.4-3.75 3.75-7.5 7.5-15 15-30 30-100
雷达影像中距离和方位分辨率在不断发生变化，且 相互交叠，6km平台高度时机载雷达分辨率的变化：
波长 0.86cm 3.2cm 地面距离5km 8.6*14.1 46.9*18.7 地面距离20km 23.0*9.4 125*12.5
为解决图像中地物信息交叠和方位分辨率低的问题，50 年代末人们研制出合成孔径雷达技术，以前的雷达被叫 做真实孔径雷达，方位分辨率由天线的真实长度决定。
地物性质（物理性质）对散射强度的影响： P174。
地物的物理性质主要表现在电子特性上，在物理上被称为复 介电常数，用以描述材料的电性质（电容、传导率、反射 率）。通常定义为物体电容与真空电容之比。物体的复介电 常数越高，反射越强，穿透越弱。
自然界一般物体在干燥时，介电常数在3-8之间，水的介电常
水：有波浪的水面可视为粗糙面，当水面风速超过2m/s时，
水面波高大于1m，L波段可探测到波长大于100m的波浪，可观
测到潮汐运动形成的明暗纹理。
冰：可用于探测其空间分布、年龄、表面粗糙度、融水度和 杂质、厚度、是否有雪覆盖等，一般来说X和C波段可探测冰 的类型和冰层厚度，而L波段则只能对冰做整体探测。 城区：建筑物多，金属和光滑材料多，但地物多直角起伏， 易产生角反射，故城区在雷达图像上一定是高亮的。
频率/GHz 26.5-40 18-26.5 12.5-18 5-12.5 4-5 2-4 1-2 0.3-1
水气强吸收波段， 可用于探测天气
雨云
二、微波遥感的优点
早在二战中，微波已被用来作为夜间侦察的工具，
做为遥感技术手段之一，真正被重视是在20世纪60
年代，但由于硬件技术问题，90年代才形成微波遥
c.地物组成越疏松，穿透深度越大。30cm微波可穿透
干燥沙土达一两百米，沃土不到百米，粘土仅50米，
对冰层穿透能力更强。
4.微波具有某些独特的探测能力：
探测土壤含水量
地表覆盖下的探测
精确的距离测量：对地物距离的探测可利用到相位，
测距精度远高于可见光红外。测地面高程、大地水
准面，对海洋表面波动测量，如测波高波长、风力
要求2-3天，空间分辩率为250-1000m
可见光传感器主要用来探测水色，要求波段多而窄，灵敏度 和信噪比高。
要求水色卫星的降交点地方时在正午前后 某些海洋要素的测量，例如海面粗糙度的测量、海面风场的
测量，需要使用微波遥感（海洋多云雾、斜距式投影对地形
起伏敏感等）
按海洋卫星的用途，可分为三类卫星： 海洋水色卫星：水团颜色、温度、叶绿素含量
该合成孔径雷达的方位分辨率是？
7.4 侧视雷达图像的几何特征 一、斜距式投影固有的几何变形：
侧视雷达图像是斜距投影，距离分辨率近低远高。
如果三个地物目标ABC，长度相等，在图像上的大小
也等长，即为地距图像。机载雷达扫描带的角度变
化大，图像变形大。
二、地形畸变：在雷达波束覆盖的区域，地形如果有起伏，
传感器可设置为只发射和接收特定极化方式的波。
微波影像的四种极化方式：HH、HV、VV、VH，同极
化和交叉极化
极化方式的改变及改变量反应了地物的某些特征， 利用不同极化特征的图像，可解译出更多信息。一 般说来交叉极化图像更能体现地物的边缘和轮廓。
最常用的是HH极化（对地物的探测效果最好）
四、微波传感器
7.2 侧视雷达的工作原理：side-looking radar SLR， 如是机载，是SLAR，通过记录回波的时间和强度，来分 辨地物及其远近。
可见光红外传感器的分辨率，对应地物的范围是？形
状。但雷达发射微波覆盖地面，是一近处窄，远处宽
的扫描带，影像中一个像元，对应的地面长宽常不相 航线向为方位分辨率。距离分辨率近低远高，方位分 辨率近？远？
等
三、微波辐射的特征
微波有反射、吸收、散射、透射、衍射、叠加、相
干、极化等特征。
极化：按电场方向与入射面的垂直平行关系，又可
分为水平极化（和入射面垂直）和垂直极化（和入 射面平行）。
某种极化方向的波接触到地表后，一部分波的极化
方向会改变，即反射波中包括原极化方向波和其他
极化方向的波。
7.3合成孔径雷达
合成孔径雷达，synthetic aperture radar，SAR。侧视雷达 的一种，基本原理是利用短天线，通过修改数据记录和处理 技术，产生很长孔径天线的效果，显著提高了方位分辨率。
具体作法是：在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，这些 天线在不同位置上接收同一地物的回波信号。回波的时间略 有不同，相位和强度也不相同，因地物距天线距离的远近也 在不断发生变化，产生多普勒频移，同时回波形成相干影像， 根据接收回波的频率的细微变化和相干的特征，可解算出更 细微的地物差异，就提高了方位分辨率。 其数据经过复杂的处理，才能得到地面的实际影像。
海洋动力环境卫星：海流位置、界线、流向、流速、海浪周
期、速度、波高
海洋综合探测卫星：海冰类型、海洋温度、海洋环境、海洋 净化等动态监测
雷达影像中像元亮度与？、？、波长、入射角、极化 方式有关，主要反映？。雷达影像的形象性较差（胡
椒面效应）
地物性质：指地物的复介电常数，值大，则反射？地
物如含水，则反射？水体？土壤？建筑区？树木？
1、非成像传感器：一般为主动式。 a.微波散射计：测量地物的散射或反射特性，通过 变换发射波的入射角和极化方式，以及波长，研究 地物散射特性的变化，研究用。
b.雷达高度计：根据发射和接收波的时间差，测量
目标物和遥感平台的距离：测地表高度、海浪高度
等
成像传感器：可以是主动形式，如侧视雷达、合成孔 径雷达，也可以是被动式，如微波辐射计（接收地物 热辐射的微波，再将其转化为黑体的温度，并生成亮 度温度图像，亮温图，非地物真实温度）
微波波长和地物性质有关。
a.波长越长，穿透能力越强：30cm的微波可穿干沙 土百米，3cm则仅能穿0.2m。
MSS彩红 外影像
SIR-A L波段
b.地物含水量和介电常数越大，穿透能力越弱：30cm
的微波可穿干燥沙达百米，沙中如含0.1%水，则仅能
穿透0.5米。微波对金属和良导体几无穿透能力。
开创了海洋-微波遥感的新阶段。近极地太阳同步轨道，轨高
之间的地区，覆盖全球海洋面积的95%。
790，倾角108，一次扫描海面宽度为1900km，能探测南北纬度？
搭载了5种传感器，三种为成像传感器。其SAR-A使用波长
23.6cm，HH极化，视角20-26度，扫描带宽度100km，空间分辨 率25m。被动多通道微波辐射计SNMR，有5个微波通道：0.811、 1.43、1.67、2.81、4.54cm。空间分辨率22-100km，扫描宽度 600km，辐射分辨率达零点几K，有云时测温精度为正负2K，测 风速精度为正负2m/s。可见光热红外辐射计VIR，通道0.520.73um、10.5-12.5um。可测海温，空间分辨率2-5km，带宽 1900km。
地物的微波辐射量很弱，能分辨地物，能测温，但空 分太低，微波遥感主要指主动的雷达遥感，微波穿云 透雾具穿透力，用途广泛，在海洋观测方面尤为重要。 主要的海洋卫星有Seasat、ERS、Envisat、Alos、
Radarsat等，也叫微波遥感卫星。
海洋卫星：第一颗海洋卫星是美国1978年6月发射的seasat-1，
等，其空间分辨率可分为两种，侧视向叫距离分辨率，
距离分辨率近低远高的原因：距离分辨率是指传感器 能够将两束回波区分开来的最短距离。近处两点间的 回波时间差小，传感器需要较宽的地面距离（即更多 的回波时间差）才能将两束回波区分出来，远处两点 的回波时间差大，传感器只需较短的地面距离即能将 两束回波区分出来。故近处距离分辨率小，而远处分 辨率高。脉冲越短，距离分辨率越高。