微波遥感PPT
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《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
第三章微波遥感器.ppt
9
西安电子科技大学 理学院
a是辐射计常数，与辐射计类型有关，通常取1-3,Tsys是系 统的噪声温度，BRf是输入的射频噪声带宽，由中放带宽决定； τi是积分器的有效积分时间。
厘米波段辐射计的温度分辨率一般为0.1K，毫米波段要差 一个数量级
大作业（三）常用微波辐射计简介。（查阅目前为止，具 有的微波辐射计类型，针对其中一种或几种较为详细的描述）
全功率辐射计、Dicke比较型辐射计、Graham辐射计、噪 声相加型辐射计、相关辐射计等。
10
西安电子科技大学 理学院
二、微波辐射计的校准（或者称为定标）
建立接收机输出指示器(如电压、电流、极化等)与辐射计 输入噪声温度之间的关系，由测量输出指示与校准源噪声温度 之间的函数关系来实现。输出指示器与Tcai之间的关系所得的 结果，为建立接收机输出与天线温度T‘A之间的关系提供了所必 要的标定因子。（接收机校准）
1、接收机校准 大多数辐射计的接收机都是线性感应系统，其输出指示
Iout直接与天线温度T‘A成比例
只要对T‘A的两个已知值分别测出Iout，，就可确定上式中 的常数a和b。
已经采用的校准噪声源有三种。第一种是其温度保持在
已知恒定值的匹配负载(电阻器)。第二种是已知其发射率的
高吸收无反射材料。这些材料可构成其发射率接近于1的无
2、微波辐射计的接收机功率
微波幅射计实际上是一台工作在微波波段内的宽频带噪声接 收机。它由天线、微波宽带接收机、数据记录或储存装置等部 分组成。第一台实用的微波辐射计是Dicke在1946年首先制成的， 称为Dicke型接收机。至今，所有的各种微波辐射计，基本上都 是Dicke型接收机的不同改型。
辐射计系统的等效输入噪声功率Psys是由天线发送的噪声功率 P’A和传输线－接收机组合的等效输入噪声功率PREC两部分。
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a是辐射计常数，与辐射计类型有关，通常取1-3,Tsys是系 统的噪声温度，BRf是输入的射频噪声带宽，由中放带宽决定； τi是积分器的有效积分时间。
厘米波段辐射计的温度分辨率一般为0.1K，毫米波段要差 一个数量级
大作业（三）常用微波辐射计简介。（查阅目前为止，具 有的微波辐射计类型，针对其中一种或几种较为详细的描述）
全功率辐射计、Dicke比较型辐射计、Graham辐射计、噪 声相加型辐射计、相关辐射计等。
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二、微波辐射计的校准（或者称为定标）
建立接收机输出指示器(如电压、电流、极化等)与辐射计 输入噪声温度之间的关系，由测量输出指示与校准源噪声温度 之间的函数关系来实现。输出指示器与Tcai之间的关系所得的 结果，为建立接收机输出与天线温度T‘A之间的关系提供了所必 要的标定因子。（接收机校准）
1、接收机校准 大多数辐射计的接收机都是线性感应系统，其输出指示
Iout直接与天线温度T‘A成比例
只要对T‘A的两个已知值分别测出Iout，，就可确定上式中 的常数a和b。
已经采用的校准噪声源有三种。第一种是其温度保持在
已知恒定值的匹配负载(电阻器)。第二种是已知其发射率的
高吸收无反射材料。这些材料可构成其发射率接近于1的无
2、微波辐射计的接收机功率
微波幅射计实际上是一台工作在微波波段内的宽频带噪声接 收机。它由天线、微波宽带接收机、数据记录或储存装置等部 分组成。第一台实用的微波辐射计是Dicke在1946年首先制成的， 称为Dicke型接收机。至今，所有的各种微波辐射计，基本上都 是Dicke型接收机的不同改型。
辐射计系统的等效输入噪声功率Psys是由天线发送的噪声功率 P’A和传输线－接收机组合的等效输入噪声功率PREC两部分。
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》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。
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参考书目：
航天微波遥感课件
发射电磁波信号，包括发射天线和发射机。
接收系统
接收和处理反射回来的电磁波信号，包括接收天线和接收机。
数据处理系统
对接收到的数据进行处理、分析和解译，生成遥感图像。
微波遥感信号处理
信号放大与滤波
对接收到的微弱信号进行放大和滤波，以提高信 噪比。
信号解调与解包
将调制的微波信号解调为原始数据信号。
数据校正与融合
网络化与实时化
通过建立遥感数据传输网络，实现遥感数据的实时传输和 处理，提高数据处理的速度和效率。
未来展望
拓展应用领域
随着技术的不断发展，航天微波遥感技术的应用领域将进一步拓展 ，如气象预报、环境监测、农业估产、军事侦察等。
提高数据共享程度
通过建立数据共享平台和标准，促进遥感数据的共享和交流，提高 数据利用效率和遥感应用水平。
地球资源卫星应用案例
பைடு நூலகம்
总结词
地球资源卫星利用微波遥感技术对地球资源 进行探测，为资源调查、环境保护、城市规 划等领域提供数据支持。
详细描述
地球资源卫星搭载的微波遥感器能够探测地 下矿产、水资源、森林覆盖等信息。这些数 据被广泛应用于资源调查、环境保护、城市 规划等领域，为人类合理利用地球资源提供 科学依据。
加强国际合作
加强国际合作和交流，共同推进航天微波遥感技术的发展和应用。
05
案例分析
气象卫星应用案例
总结词
气象卫星利用微波遥感技术获取全球气象信息，为天气预报、气候变化研究等 领域提供数据支持。
详细描述
气象卫星搭载的微波遥感器能够穿透云层，获取地球表面和大气层中的温湿度 、风速、降水等信息。这些数据被广泛应用于天气预报、气候变化研究、自然 灾害监测等领域，为人类生活和经济发展提供保障。
接收系统
接收和处理反射回来的电磁波信号，包括接收天线和接收机。
数据处理系统
对接收到的数据进行处理、分析和解译，生成遥感图像。
微波遥感信号处理
信号放大与滤波
对接收到的微弱信号进行放大和滤波，以提高信 噪比。
信号解调与解包
将调制的微波信号解调为原始数据信号。
数据校正与融合
网络化与实时化
通过建立遥感数据传输网络，实现遥感数据的实时传输和 处理，提高数据处理的速度和效率。
未来展望
拓展应用领域
随着技术的不断发展，航天微波遥感技术的应用领域将进一步拓展 ，如气象预报、环境监测、农业估产、军事侦察等。
提高数据共享程度
通过建立数据共享平台和标准，促进遥感数据的共享和交流，提高 数据利用效率和遥感应用水平。
地球资源卫星应用案例
பைடு நூலகம்
总结词
地球资源卫星利用微波遥感技术对地球资源 进行探测，为资源调查、环境保护、城市规 划等领域提供数据支持。
详细描述
地球资源卫星搭载的微波遥感器能够探测地 下矿产、水资源、森林覆盖等信息。这些数 据被广泛应用于资源调查、环境保护、城市 规划等领域，为人类合理利用地球资源提供 科学依据。
加强国际合作
加强国际合作和交流，共同推进航天微波遥感技术的发展和应用。
05
案例分析
气象卫星应用案例
总结词
气象卫星利用微波遥感技术获取全球气象信息，为天气预报、气候变化研究等 领域提供数据支持。
详细描述
气象卫星搭载的微波遥感器能够穿透云层，获取地球表面和大气层中的温湿度 、风速、降水等信息。这些数据被广泛应用于天气预报、气候变化研究、自然 灾害监测等领域，为人类生活和经济发展提供保障。
05第四章 微波遥感
31
第四章 微波遥感
微波传感器工作原理
•过程
(1) 脉冲发生器产生微波脉冲
(2) 发射机 (3) 双向通讯器（转换开关） (4) 方向天线把脉冲聚焦成一束 (5) 返回的脉冲被天线接收，发送到接收器，进行转换、 放大为视频信号。 (6) 数字式记录或实时显示
32
第四章 微波遥感
微波传感器的分辨率
第四章 微波遥感
14
地物的微波辐射
利用被动微波遥感海冰
北极地区海冰图。左图：冬季；右图：夏季 第四章 微波遥感
15
地物的微波辐射
利用被动微波估计陆地及海洋温度
美国南部陆地及墨西哥湾海水温度
第四章 微波遥感
16
地物对微波的反射
角反射 散射 镜面反射
17
第四章 微波遥感
18
第四章 微波遥感
地物对微波的反射
22
第四章 微波遥感
土壤对微波的反射
土壤的背向散射与下列因素有 关: • 散射几何 (specular--diffuse) • 雷达俯角（多数土壤近 镜面反射） • 与土壤含水量正相关
不同土壤湿度时背向散射 的变化
23
第四章 微波遥感
水对微波的反射
液体水的背向散射: 水的介电常数依赖于： • 温度——波长大于 10-15cm时,0摄氏度时的介电常数大 于20度。 • 波长——波长小于10-15cm时, 介电常数迅速减小 • 盐分—— 波长大于3-5cm 时，纯的 H20比海水的介电常 数更大 雷达是倾斜照射，水面平静时，背向散射很小，雷达影 像上通常很黑。但当波浪的尺度足够大时，影像也可以 探测到。
微波散射与表面粗糙程度的关系
对于长波雷达，地表较光滑，背向散 射小。
第七章微波遥感ppt课件
具有某些独特的探测能力。
广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。
二零零七年十二月十九日獲取的一幅 ENVISAT ASAR圖像。
（二）成像微波传感器
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。
7.1概述
一、微波波段的划分
微波是指波长1mm—1m(即频率300MHz~30GHz) 的电磁波。
常用的微波波长范围为0. 8～ 30厘米。其中又细分为Ka、 K、Ku、X、C、S、L等波段。 ERS及RADARSAT利用C波 段，日本的JERS利用L波段。 C波段可以用来对海洋及海冰 进行成像，而L波段可以更深 地穿透植被，所以在林业及 植被研究中更有用。
习题
1、名词解释：微波，距离分辨率，方位分 辨率，雷达阴影
2、问答题： （1）与可见光和红外波段遥感相比，微波
遥感有哪些优点？ （2）微波传感器分为非成像和成像传感器，
它们各自包括哪些传感器？ （3）理解侧视雷达系统的工作原理率—距离分 辨率
φ
rp=c /2sin
-脉冲持续期（脉冲宽度）， -视角，c-光速
A入射角;
视角;
C斜距;
E
D地距;
F
俯角；
E 近射程;
F 远射程
二、距离分辨率和方位分辨率
沿航线方向的分辨率—方位分辨率 ra= *R
-波束宽度或波瓣角， R-天线到该像元的倾斜距离 =/l, -波长，l-天线长度
β
7.3合成孔径雷达
合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）, 也是侧视雷达。
广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。
二零零七年十二月十九日獲取的一幅 ENVISAT ASAR圖像。
（二）成像微波传感器
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。
7.1概述
一、微波波段的划分
微波是指波长1mm—1m(即频率300MHz~30GHz) 的电磁波。
常用的微波波长范围为0. 8～ 30厘米。其中又细分为Ka、 K、Ku、X、C、S、L等波段。 ERS及RADARSAT利用C波 段，日本的JERS利用L波段。 C波段可以用来对海洋及海冰 进行成像，而L波段可以更深 地穿透植被，所以在林业及 植被研究中更有用。
习题
1、名词解释：微波，距离分辨率，方位分 辨率，雷达阴影
2、问答题： （1）与可见光和红外波段遥感相比，微波
遥感有哪些优点？ （2）微波传感器分为非成像和成像传感器，
它们各自包括哪些传感器？ （3）理解侧视雷达系统的工作原理率—距离分 辨率
φ
rp=c /2sin
-脉冲持续期（脉冲宽度）， -视角，c-光速
A入射角;
视角;
C斜距;
E
D地距;
F
俯角；
E 近射程;
F 远射程
二、距离分辨率和方位分辨率
沿航线方向的分辨率—方位分辨率 ra= *R
-波束宽度或波瓣角， R-天线到该像元的倾斜距离 =/l, -波长，l-天线长度
β
7.3合成孔径雷达
合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）, 也是侧视雷达。
微波遥感PPT
▲大气 微波遥感中，在较低频率的情况下，大气衰减会很少，因此 由于大气吸收而造成的辐射损失这个权重因数对于微波辐射影响 很小 ▲海面
影响盐度微波遥感的海面因素主要有海面粗糙度、泡沫和海温。 海面粗糙度不仅受风的影响，而且受海表温度等因素的影响。风通过 两类效应使微波亮温升高：一是海面粗糙度的增加；二是白帽和泡沫 的覆盖面积增加。因此风速被选做表征海面粗糙度的参量 海表粗糙度处理模型主要分为3大类：①基于大量卫星遥感和浮标 同步测量数据拟合得到的经验模型；②基于粗糙海面发射率的电磁波 辐射、散射理论的理论模型；③半经验半理论反演算法。由于海面粗 糙度对盐度反演的影响很大，并且存在相互遮阴多次散射问题，在诸 多粗糙度模型中，双尺度模型、微扰法SPM（Small Peturbation Method）和小斜率近似SSA（Small Slope Approximation）都可 以用来处理相互遮阴多次散射问题，并且在处理多次散射问题时，往 往综合考虑这几种方法
SMOS卫星以及获取的数据
美国SAC－D卫星
二、 原理与方法：
海面盐度微波遥感反演算法主要有两种：基于海表发射率 估算海表盐度的算法和基于贝叶斯定理提出的反演算法
根据瑞利— 金斯定律，黑体的辐射度Ｌ（ｆ）与表面温度的关系为：
其中：波尔兹曼常数kb ＝1.38×10-23（J•K-1）；Ｔ为黑体物理温度，单 位为K，c为光速，f为频率，λ为波长
③ 中国海洋卫星计划 由于微波遥感的在我国兴起时间较晚，目前为止针对海洋微 波遥感探测的卫星只有两颗，即海洋一号（HY—1）和海洋二 号（HY—2）[14]。而且专门针对海水盐度监测的卫星及传感 器依然是空白。但随着我国开始逐步重视海洋战略，这个领域 的科学研究也受到越来越多关注
华北理工微波遥感课件第6章 微波图像与测量
二、根据阴影和叠掩测量独立地物高度
S (s)
p
q
H P
h Q
根据独立地物阴影量测高度
S （s）
pt q
P H
T h
Q D
图上有叠掩时，直立地物高度量测
三、立体测量
h
雷达图 像
航空照 片
叠掩示意图
三、立体测量
侧视雷达图像由雷达天线在不同位 置收集同一地区的回波信号而构成立体 影像，这时是由目标产生的叠掩引起图 像位移，视差是由信号叠掩形成。
DP1 DP2 雷达视差=DP1+DP2
雷达视差 (a)对侧成像
DP2 DP1 雷达视差=DP1－DP2
雷达视差 (b)同侧成像
雷达视差=DP1－DP2
DP2 DP1
雷达视差 (c)同侧同高成像
uB v
Hc P
h
Lf L
n
对应相机立体观测
Rn
Hf
Hn Rf
n f
P
Dh
雷达立体几何 (a)立体成像飞行示意图
f
Rf P
h
f
Lf D
雷达立体几何 (b)远距位移
n
Rn
P
n h
Ln I 雷达立体几何 (c)近距位移
第三节 目标点的解析定位
S
Os
ys.my
Ps
Dr
Rs
H
ys.my
N
ro
yg.my
P=Pg
Rg
雷达图像斜距投影几何关系
S(Xs, YS, ZS)
飞行方向
零多普勒线
P(X, Y, Z) 零多普勒条件
第六章 微波图像与测量
第一节 简单的图上测量
石大遥感导论课件07微波遥感
覆盖地表呈扇形的狭长区域 距离分辨率、方位分辨率。距离分辨率近低远高，方
位分辨率近？远？
距离分辨率近低远高：传感器能够将两束回波区分开 来的最短距离。
脉冲越短，距离分辨率越高。
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 地面距离5km 地面距离20km
三、微波辐射的特征
微波：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）。
传感器可设置为只发射和接收特定极化方式的波。 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。 微波影像的四种极化方式：HH、HV、VV、VH，同 极化和交叉极化
微波在发射和接收时常常仅用很窄的波段，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
频率/GHz 26.5-40 18-26.5 12.5-18 8-12.5
3.微波对地表的穿透能力较强。可见光红外几无穿透 能力，接收的都是地球表面的反射信息（可见光可 以穿透清澈的水体达几米十几米）。穿透深度与微 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。
微波遥感图像特征PPT课件
1m
43
不 同 空 间 分 辨 率 的 图 像
44
1米
10米
30米
分辨率越高，目 标越清楚
45
一.遥感图像的空间分辨率
一般而言：遥感系统的空间分辨率越高，其识别物体的能力 越强。 实际上：每一目标在图像上的可分辨程度，不完全决定于空 间分辨率的具体值，和它的形状、大小，以及它与周围物体 亮度、结构的反差。 经验证明：遥感器空间分辨率的选择，一般应选择小于被探 测目标最小直径的1/2。
强回波
24
二.微波遥感方式和传感器
3)波长 波长越短反射能力越强。
ERS-1 C-band
JERS-1 L-band
25
二.微波遥感方式和传感器
4）极化方式： 极化：表示电磁波电场振动方向的变化。
水平极化：电场振动 方向平行于水平面 （“H”极化） 垂直极化：电场振动 方向垂直于水平面 （“V”极化）
长评估
16
二.微波遥感方式和传感器
1.主动微波遥感 微波主动遥感：微波散射计，雷达高度计，雷达 （1）雷达 雷达（Radar – Radio Detection and Ranging）
意为无线电波探测物体并测定物体距离。 应用波段：微波（主要），红外，激光； 类型：非成像雷达，
成像雷达
17
二.微波遥感方式和传感器
• 岩石的介电常数差别很小；
• 金属物体有很大导电率，介电常数很大，故雷达回波
信号也很强；
23
二.微波遥感方式和传感器
2）地表粗糙度对回波强度有明显影响。
地表粗糙度（H）往往是相对波长(λ)而 言的。 H<< λ 光滑表面；H >> λ 粗糙表面
地 物
43
不 同 空 间 分 辨 率 的 图 像
44
1米
10米
30米
分辨率越高，目 标越清楚
45
一.遥感图像的空间分辨率
一般而言：遥感系统的空间分辨率越高，其识别物体的能力 越强。 实际上：每一目标在图像上的可分辨程度，不完全决定于空 间分辨率的具体值，和它的形状、大小，以及它与周围物体 亮度、结构的反差。 经验证明：遥感器空间分辨率的选择，一般应选择小于被探 测目标最小直径的1/2。
强回波
24
二.微波遥感方式和传感器
3)波长 波长越短反射能力越强。
ERS-1 C-band
JERS-1 L-band
25
二.微波遥感方式和传感器
4）极化方式： 极化：表示电磁波电场振动方向的变化。
水平极化：电场振动 方向平行于水平面 （“H”极化） 垂直极化：电场振动 方向垂直于水平面 （“V”极化）
长评估
16
二.微波遥感方式和传感器
1.主动微波遥感 微波主动遥感：微波散射计，雷达高度计，雷达 （1）雷达 雷达（Radar – Radio Detection and Ranging）
意为无线电波探测物体并测定物体距离。 应用波段：微波（主要），红外，激光； 类型：非成像雷达，
成像雷达
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二.微波遥感方式和传感器
• 岩石的介电常数差别很小；
• 金属物体有很大导电率，介电常数很大，故雷达回波
信号也很强；
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二.微波遥感方式和传感器
2）地表粗糙度对回波强度有明显影响。
地表粗糙度（H）往往是相对波长(λ)而 言的。 H<< λ 光滑表面；H >> λ 粗糙表面
地 物
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③ 中国海洋卫星计划
由于微波遥感的在我国兴起时间较晚，目前为止针对海洋微 波遥感探测的卫星只有两颗，即海洋一号（HY—1）和海洋二 号（HY—2）[14]。而且专门针对海水盐度监测的卫星及传感 器依然是空白。但随着我国开始逐步重视海洋战略，这个领域 的科学研究也受到越来越多关注
三、海水盐度在遥感中的反演算法及影响因素
●SMOS卫星海水盐度遥感反演算法
其中S为海表盐度，TBV，sur和TBH，sur分别为垂直极化和水 平极化方向的海表面发射，ts为海表温度（℃），W为海表面风速 （m/s），θi为入射角，系数s是θi和ts的功能函数。
● SAC－D卫星海水盐度遥感反演算法
该卫星上最重要的科学探测仪器就是美国研制的“宝瓶座”。它 由被动式的Ｌ频段推扫式微波辐射计和主动式的Ｌ频段散射计组成， 具有辐射分辨率更高、精度与稳定性更好的优点。前者用于测量海洋 表面的微波辐射亮温，工作频率为1.413GHz；后者用于测量海洋表 面的后向散射，工作频率为1.26GHz，也可测量海面粗糙度，对辐射 亮温数据进行修正
② SMOS卫星 SMOS卫星基于独特的被动微波干涉成像技术，能够观测大气
与海洋、陆地之间的水汽循环，将在观测全球气候变化领域起到 关键作用。SMOS卫星唯一的载荷“基于孔径综合技术的微波成 像仪（MIRAS）”是全球第一台采用该技术的星载微波遥感器。 SMOS卫星的任务目的是应用Ｌ波段的微波辐射计，观测两个从 未通过卫星测量的关键参数：土壤湿度和海水盐度。在卫星运转 期间，将提供分辨率为200×200km的10~30d平均的全球大洋盐 度数据，精度预计达到0.1psu模型 （2）直接发射率模型 （3）半经验半理论模型
四、海洋遥感卫星及传感器介绍
① Aquarius/SAC－D卫星计划
Aquarius/SAC－D卫星是一颗搭载Ｌ波段主被动联合微波遥感 仪器，并且可以在太空中对海洋表面盐度进行观测的卫星。卫星的设 计寿命是3a，卫星主要的科学目的是进行全球海洋盐度的测定，空 间分辨率为150km，并且在时间分辨率为30d、考虑所有传感器和地 球物理学的随机误差和偏差前提下，精度要达到0.2 psu[11]。
1.2 微波测定盐度的发展
上世纪70年代，盐度是唯一未实现从太空进行遥感监测的海面 关键要素，海水盐度遥感观测技术的发展远远滞后于研究的需要。 随着时间的发展，海水盐度遥感观测技术的基本理论体系已经建立 起来，并广泛开展了盐度遥感的航空实验，获取数据研究。现在应 用的卫星有欧空局SMOS卫星、美国SAC－D卫星
计算得到的亮度温度对应该辐射亮度的黑体的物理温度，即：辐射亮度
利用公式 ：
可知：海面的亮度温度与极化角、方位角、海面状态、海水温度 和海水的介电常数有关，而海水的介电常数与海水盐度、海水温度和 射频有关，海水的介电常数本身是盐度、温度和射频的函数。因此， 应用微波辐射计观测海水的亮温，再通过亮温与盐度的关系，应用算 法进行盐度反演，就可以从微波辐射计得到的亮温数据中反演出海水 的盐度。
海表粗糙度处理模型主要分为3大类：①基于大量卫星遥感和浮标 同步测量数据拟合得到的经验模型；②基于粗糙海面发射率的电磁波 辐射、散射理论的理论模型；③半经验半理论反演算法。由于海面粗 糙度对盐度反演的影响很大，并且存在相互遮阴多次散射问题，在诸 多粗糙度模型中，双尺度模型、微扰法SPM（Small Peturbation Method）和小斜率近似SSA（Small Slope Approximation）都可 以用来处理相互遮阴多次散射问题，并且在处理多次散射问题时，往 往综合考虑这几种方法
海水盐度监测与反演
—— 微波遥感
姓名：张伟文 班级：064111 学号：20111002758
目录
一、绪论 二、原理与方法 三、海水盐度在遥感中反演算法及影响因素 四、海洋遥感卫星及传感器介绍 五、总结与展望
1.1 海水表面盐度测定的科学性及应用
海表面盐度SSS是研究大洋环流和海洋对全球气候影响的重要 参量、是决定海水基本性质的重要因素之一。海洋环流和全球水 循环是海洋—气候系统中的两个重要组成部分，它们的相互作用 导致盐度发生变化，从而影响海洋储存和释放热能的能力，并且 影响海洋调节地球气候的能力。海洋盐度是描述海洋环流的关键 变量，对海洋盐度进行观测可以加强对全球水循环的理解，同时 它也是研究水团的重要流量示踪物。
▲大气 微波遥感中，在较低频率的情况下，大气衰减会很少，因此
由于大气吸收而造成的辐射损失这个权重因数对于微波辐射影响 很小 ▲海面
影响盐度微波遥感的海面因素主要有海面粗糙度、泡沫和海温。 海面粗糙度不仅受风的影响，而且受海表温度等因素的影响。风通过 两类效应使微波亮温升高：一是海面粗糙度的增加；二是白帽和泡沫 的覆盖面积增加。因此风速被选做表征海面粗糙度的参量
SMOS卫星以及获取的数据 美国SAC－D卫星
二、 原理与方法：
海面盐度微波遥感反演算法主要有两种：基于海表发射率 估算海表盐度的算法和基于贝叶斯定理提出的反演算法
根据瑞利— 金斯定律，黑体的辐射度Ｌ（ｆ）与表面温度的关系为：
其中：波尔兹曼常数kb ＝1.38×10-23（J•K-1）；Ｔ为黑体物理温度，单 位为K，c为光速，f为频率，λ为波长
▲ 电离层
对于线性极化测量值来说，法拉第旋转可以导致几个Ｋ 的误差。 Yueh等认为由于来自地球表面的微波辐射穿过电离层进行传播， 依靠地球磁场和电离层中电子含量，线性极化场的分量以一个 角度Ω进行旋转，在法拉第旋转的影响下，微波辐射极化是旋 转的，并且通过天线检测到的亮温将与通过ΔTB计算的海表面 辐射不一致。
σ ｉ为ＳＭＯＳ卫星测量值个数，Ｐ 为参数矢量， Ｐ平方为
参考值期望误差的方差
● 影响因子： 下层海洋状况对遥感没有直接影响，影响因素集中在海面和辐
射计之间，具体分为四方面：太空、电离层、大气和海面
▲太 空
来自太空的影响包括银河射电辐射和各种天体辐射（主要是 太阳系辐射）。它们主要通过海面和大气的反射和散射进入辐 射计天线。在卫星遥感时，还可能有小部分辐射直接进入天线 的旁瓣，这部分辐射通常是恒定的或者缓变的，大多可以通过 公式定量计算进行修正
由于微波遥感的在我国兴起时间较晚，目前为止针对海洋微 波遥感探测的卫星只有两颗，即海洋一号（HY—1）和海洋二 号（HY—2）[14]。而且专门针对海水盐度监测的卫星及传感 器依然是空白。但随着我国开始逐步重视海洋战略，这个领域 的科学研究也受到越来越多关注
三、海水盐度在遥感中的反演算法及影响因素
●SMOS卫星海水盐度遥感反演算法
其中S为海表盐度，TBV，sur和TBH，sur分别为垂直极化和水 平极化方向的海表面发射，ts为海表温度（℃），W为海表面风速 （m/s），θi为入射角，系数s是θi和ts的功能函数。
● SAC－D卫星海水盐度遥感反演算法
该卫星上最重要的科学探测仪器就是美国研制的“宝瓶座”。它 由被动式的Ｌ频段推扫式微波辐射计和主动式的Ｌ频段散射计组成， 具有辐射分辨率更高、精度与稳定性更好的优点。前者用于测量海洋 表面的微波辐射亮温，工作频率为1.413GHz；后者用于测量海洋表 面的后向散射，工作频率为1.26GHz，也可测量海面粗糙度，对辐射 亮温数据进行修正
② SMOS卫星 SMOS卫星基于独特的被动微波干涉成像技术，能够观测大气
与海洋、陆地之间的水汽循环，将在观测全球气候变化领域起到 关键作用。SMOS卫星唯一的载荷“基于孔径综合技术的微波成 像仪（MIRAS）”是全球第一台采用该技术的星载微波遥感器。 SMOS卫星的任务目的是应用Ｌ波段的微波辐射计，观测两个从 未通过卫星测量的关键参数：土壤湿度和海水盐度。在卫星运转 期间，将提供分辨率为200×200km的10~30d平均的全球大洋盐 度数据，精度预计达到0.1psu模型 （2）直接发射率模型 （3）半经验半理论模型
四、海洋遥感卫星及传感器介绍
① Aquarius/SAC－D卫星计划
Aquarius/SAC－D卫星是一颗搭载Ｌ波段主被动联合微波遥感 仪器，并且可以在太空中对海洋表面盐度进行观测的卫星。卫星的设 计寿命是3a，卫星主要的科学目的是进行全球海洋盐度的测定，空 间分辨率为150km，并且在时间分辨率为30d、考虑所有传感器和地 球物理学的随机误差和偏差前提下，精度要达到0.2 psu[11]。
1.2 微波测定盐度的发展
上世纪70年代，盐度是唯一未实现从太空进行遥感监测的海面 关键要素，海水盐度遥感观测技术的发展远远滞后于研究的需要。 随着时间的发展，海水盐度遥感观测技术的基本理论体系已经建立 起来，并广泛开展了盐度遥感的航空实验，获取数据研究。现在应 用的卫星有欧空局SMOS卫星、美国SAC－D卫星
计算得到的亮度温度对应该辐射亮度的黑体的物理温度，即：辐射亮度
利用公式 ：
可知：海面的亮度温度与极化角、方位角、海面状态、海水温度 和海水的介电常数有关，而海水的介电常数与海水盐度、海水温度和 射频有关，海水的介电常数本身是盐度、温度和射频的函数。因此， 应用微波辐射计观测海水的亮温，再通过亮温与盐度的关系，应用算 法进行盐度反演，就可以从微波辐射计得到的亮温数据中反演出海水 的盐度。
海表粗糙度处理模型主要分为3大类：①基于大量卫星遥感和浮标 同步测量数据拟合得到的经验模型；②基于粗糙海面发射率的电磁波 辐射、散射理论的理论模型；③半经验半理论反演算法。由于海面粗 糙度对盐度反演的影响很大，并且存在相互遮阴多次散射问题，在诸 多粗糙度模型中，双尺度模型、微扰法SPM（Small Peturbation Method）和小斜率近似SSA（Small Slope Approximation）都可 以用来处理相互遮阴多次散射问题，并且在处理多次散射问题时，往 往综合考虑这几种方法
海水盐度监测与反演
—— 微波遥感
姓名：张伟文 班级：064111 学号：20111002758
目录
一、绪论 二、原理与方法 三、海水盐度在遥感中反演算法及影响因素 四、海洋遥感卫星及传感器介绍 五、总结与展望
1.1 海水表面盐度测定的科学性及应用
海表面盐度SSS是研究大洋环流和海洋对全球气候影响的重要 参量、是决定海水基本性质的重要因素之一。海洋环流和全球水 循环是海洋—气候系统中的两个重要组成部分，它们的相互作用 导致盐度发生变化，从而影响海洋储存和释放热能的能力，并且 影响海洋调节地球气候的能力。海洋盐度是描述海洋环流的关键 变量，对海洋盐度进行观测可以加强对全球水循环的理解，同时 它也是研究水团的重要流量示踪物。
▲大气 微波遥感中，在较低频率的情况下，大气衰减会很少，因此
由于大气吸收而造成的辐射损失这个权重因数对于微波辐射影响 很小 ▲海面
影响盐度微波遥感的海面因素主要有海面粗糙度、泡沫和海温。 海面粗糙度不仅受风的影响，而且受海表温度等因素的影响。风通过 两类效应使微波亮温升高：一是海面粗糙度的增加；二是白帽和泡沫 的覆盖面积增加。因此风速被选做表征海面粗糙度的参量
SMOS卫星以及获取的数据 美国SAC－D卫星
二、 原理与方法：
海面盐度微波遥感反演算法主要有两种：基于海表发射率 估算海表盐度的算法和基于贝叶斯定理提出的反演算法
根据瑞利— 金斯定律，黑体的辐射度Ｌ（ｆ）与表面温度的关系为：
其中：波尔兹曼常数kb ＝1.38×10-23（J•K-1）；Ｔ为黑体物理温度，单 位为K，c为光速，f为频率，λ为波长
▲ 电离层
对于线性极化测量值来说，法拉第旋转可以导致几个Ｋ 的误差。 Yueh等认为由于来自地球表面的微波辐射穿过电离层进行传播， 依靠地球磁场和电离层中电子含量，线性极化场的分量以一个 角度Ω进行旋转，在法拉第旋转的影响下，微波辐射极化是旋 转的，并且通过天线检测到的亮温将与通过ΔTB计算的海表面 辐射不一致。
σ ｉ为ＳＭＯＳ卫星测量值个数，Ｐ 为参数矢量， Ｐ平方为
参考值期望误差的方差
● 影响因子： 下层海洋状况对遥感没有直接影响，影响因素集中在海面和辐
射计之间，具体分为四方面：太空、电离层、大气和海面
▲太 空
来自太空的影响包括银河射电辐射和各种天体辐射（主要是 太阳系辐射）。它们主要通过海面和大气的反射和散射进入辐 射计天线。在卫星遥感时，还可能有小部分辐射直接进入天线 的旁瓣，这部分辐射通常是恒定的或者缓变的，大多可以通过 公式定量计算进行修正