第一讲 微波遥感绪论

二、微波遥感发展现状
（4）1982年2月，NSADA 发射了地球资源卫星 JERS-1，搭载合成孔径 雷达。
☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ 轨道倾角：98.5° 轨道高度：568km 侧视角：35° 幅宽：75km 波长：23cm 工作波段：L 极化方式：HH 分辨率：18m
冰川上的火山口
二、微波遥感发展现状
二、微波遥感发展现状
（5）RADARSAT 分辨率10-100 m 工作波段：C 极化方式： HH 侧视角：20°50° 工作时间：1995－ －
二、微波遥感发展现状
（6） Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR)



One of ENVISAT instrument (ESA, 2002) C-band (5.33 GHz) Mulli-polarization: VV+HH, VV+VH, or HH+HV 7 incidence angle option High resolution
一、微波遥感的特点
（4）同时记录振幅和相位信息，可获取高程信息 ★ 利用干涉测量技术，可以监测地形变化，如地震、地壳运 动等，精度可以达到厘米级。
一、微波遥感的特点
（5）微波遥感也存在缺陷 ★ 空间分辨率低，地物判读困难。 ★ 图像噪声消除困难。
二、微波遥感发展现状
1. 早期阶段 （1）1922年，美国海军实验室A.H.Taylor等人开始研制 雷达。1923年研制脉冲雷达。此时英国也在研究。 （2）第二次世界大战的军事需要，雷达技术获得飞速发 展。当时主要参战国都已拥有脉冲雷达系统，应用目的 是对飞机和舰艇进行定位。 （3）1940年代，成像雷达在阴极射线管成像，只能显示 或暗或亮两种状态。
（6）1953年7月，依利诺斯大学用机载X波段雷达对地面 和海面的反射信号进行了研究，第一次证明了合成孔径 雷达原理，并获取了第一张合成孔径雷达图像。
（7）1956～1957年，美国密执安大学研制成功第一部采 用光学处理的合成孔径雷达，并于1957年8月进行了飞行 试验，得到的数据胶片，经地面光学透镜组处理，获得 了高分辨率的聚焦型合成孔径雷达图像。
二、微波遥感发展现状
可 见 光 所 遭 遇 的 难 题
地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖着，尤其是占地球面积 五分之三的海洋上，气候条件变化更大，经常被云层遮蔽。
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性 （1）微波能穿透云雾、 雨雪，具有全天候、全 天时工作能力
冰云对微波 几乎无影响
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性 （1）微波能穿透云雾、 雨雪，具有全天候、全 天时工作能力 波长大于3cm， 大于倾盆地区对微 波传输影响很小
一、微波遥感的特点
1. 基本概念 微波遥感是利用工作在微波范围内的微波遥感器 对远距离目标物进行非接触性的探测、成像，并对所
获得的数据或图像进行测量、分析和判读的技术。
一、微波遥感的特点
1. 基本概念 以合成孔径雷达(SAR)为代表的微波遥感器取得的雷 达图像，具有与摄影像片相媲美的空间分辨率和独特的物
二、微波遥感发展现状
（8）1965年至1966年，美国利用机载侧视雷达SLAR获得 了约50万km2的图像，天线固定在与机身平行方向，15米 长，可以得到分辨率较高的图像。
（9）1967年，第一次利用雷达测绘的是美国与巴拿马政 府采用真实孔径雷达在多云山地的测绘计划。
二、微波遥感发展现状
2. 发展阶段 （1）1967年美国第一次用微波辐射计测量金星表面稳定， 微波传感器开始用于空间遥感。 （2）1968年，前苏联发射“宇宙－243”卫星，第一次 用微波辐射计进行对地球的微波遥感。 （3）1972年，美国相继发射“云雨”系列气象卫星，标 志着微波遥感进入了一个新的阶段。
这张由ENVISAT卫星 摄于2002年3月18日 的照片显示出最近 10年拉森B(Larsen B)冰架下沉的情况。 南极冰架最近几年 来一直在大幅下沉， 这可能是自1.2万年 前冰河时代结束以 来南极冰架下沉幅 度最大的一段时间。
合成孔径雷达发展趋势
1978 1981 SIR -A ( Lhh ) 1984 SIR -B ( Lhh ) 1991 1994 SIR -C/XSAR (L,C Quad pol , Xvv ) 1996 2000 SRTM, InSAR C Wide Swath X Narrow, Hi Res
不同能见度下，云和雾在海平面水平路径的衰减率
能见度 可见光 红外 (m) （dB/km) （dB/km
152 305 610 1219 120 60 30 10 24 12 6 3
9.4GHz （dB/km) （X)
0.88 0.32 0.13 0.044
3.7GHz （dB/km) (S)
0.19 0.062 0.022 0.009
二、微波遥感发展现状
（4）20世纪50年代初期，美国研制成功了能够产生地面 图像的机载真实孔径侧视雷达。 （5）1951年6月美国的Carl Wiley首先提出了合成孔径 侧视雷达的概念，并于1952年研制了一种称之为“多普 勒波束锐化”的系统，这就是合成孔径雷达的最初型式。
二、微波遥感发展现状
微波信号穿过植被的穿透性
1厘米波长 1米波长
由树顶反射的微波信号
由树顶、树干、 地面反射的信号
由树顶、树干反 射的信号
一、微波遥感的特点
（3）微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的信息 ★ 例如，微波高度计和合成孔径雷达具有测量距离的能力， 可用于测定大地水准面。 ★ 利用微波探测海面风力场，可提取海面动态信息。 ★ 根据冰的界电常数不同，可以探测海冰的结构和分类。 ★ 根据含盐度对水的界电常数的影响可以探测海水的含盐度。
理特性，有很大的应用潜力，是20世纪90年代以来研究和
应用的热点。
一、微波遥感的优越性
为什么要研究微波遥感
？
微波遥感究竟能解决哪些其他遥感手段 （光学、红外）所不能解决的问题？
IK0NOS影像(Beijing)
一、微波遥感的特点
光学和红外遥感取得了巨大的成功！
北京（30米）
台北（0.6米）
一、微波遥感的特点
X-Band Radar Platform
Hangers at Kirtland AFB, Albuquerque, New Mexico (1-m resolution)
Albuquerque International Airport (3-m resolution)
M-47 Tanks, Kirtland Air Force Base, Albuquerque, NM (1-ft resolution)
（5）RADARSAT 分辨率10-100 m 工作波段：C 极化方式： HH 侧视角：20°50° 工作时间：1995－ －
纽约世贸中心被进攻前RADARSAT-1图像（1999.6.8）
纽约世贸中心被进攻后RADARSAT-1图像（2001.9.13）
华盛顿五角大楼被进攻后RADARSAT-1图像（2001.9.14）
Seasat (Lhh )
NASA, USA
1991 ERS -1 Cvv
1994 ERS Cvv
-2
ESA, European
NASDA, Japan
1992 JERS -1 Lhh
1995
CCRS, Canada
RADARSAT Chh
-1
二、微波遥感发展现状
4.发展趋势
★提高分辨率，增大幅宽 军事目标准确侦察要求其分辨率小于1米，最近美国提出 的侦察小卫星，SAR分辨率可达到0.3 米。法国计划今年发 射的军用雷达卫星Horus，分辨率可达3米-5米。 雷达图像的幅宽越来越受到人们的重视，如Radarsat-1最 大幅宽可达500公里，欧洲环境卫星Envisat-1上的先进合成 孔径雷达（ASAR）幅宽为400公里，下一代的X-SAR在低分 辨率时幅宽将大于500公里。
二、微波遥感发展现状
（1）1981年11月“哥伦比亚号”航天飞机 第二次飞行时，为微波遥感的进一步发展奠 定了基础。 ✰ 主要应用于地质探测。 ✰ 验证了 L 波段对干旱沙地具有几米 的穿透能力。 ✰ 在二天内获取超过1千万平方公里的 地表SAR图像。
苏丹西北部撒哈拉沙漠SIRA 1981年12月影像，彩色部 分为Landsat影像。由于干 燥沙漠介电常数较小，SAR 能穿透地表，发现沙漠地表 下面有古河床。
二、微波遥感发展现状
（2）1984年10月“挑战者号”航天飞机又 将SIR-B载入太空 ✰ 由 SIR-A 改进 ✰ 检验 L 波段在以下方面的探测能力： - 土壤湿度 - 地质结构和岩石特征 - 海洋波浪谱 ✰ 安装了变侧视角的可移动天线
二、微波遥感发展现状
（3）1988年12月2日，美国“亚特 兰蒂斯号”将“长曲棍球” （Lacrosse）新型军事侦察卫星送 入轨道。 该卫星是世界上第一颗高分辨率 雷达成像卫星，采用X、L两个频段 和双极化方式，卫星重14.5吨，地 面分辨率为1m，设计寿命8年。
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性 （2）微波对地物具有一定的穿透能力 微波越长，穿透能力越强 干沙：几十米 冰层：100米 潮湿土壤：几厘米到几米
一、微波遥感的特点
（2）微波对地物具有一定 的穿透能力 ★ 微波穿透土壤的深度 与土壤湿度、类型及工作 频率有关。
一、微波遥感的特点
（2）微波对地物具有一定的穿透能力 ★微波穿透植物层的深度，取决于植物的含水量、密度、波 长和入射角。 如果波长足够长而入射角又接近天底角，则微波可穿透植被 区而到达地面。因此，微波频率的高端（波长较短）只能获得 植被层顶部的信息，而微波频率的低端（波长较长），则可以 获得植被层底层甚至地表以下的信息。
One of the first photos taken by Envisat, ESA's Earth observation satellite in March 2002. The collapse of the Larsen B ice shelf observed on 18 March 2002.
一、微波遥感的特点
雨的衰减系数 与频率的关系
一、微波遥感的特点
2. 微波遥感的优越性 （1）微波能穿透云雾、 雨雪，具有全天候、全 天时工作能力 烟雾和尘埃对微波的衰减比较 复杂，目前尚无定量的系统资 料，但从烟雾和尘埃对红外波 段的衰减特性变化可得出，波 长越长，衰减越小。
一、微波遥感的特点
微波遥感
Microwaves Remote Sensing
遥感信息工程系 战场监测技术教研室
冯伍法
第一讲 绪论
一、微波遥感的特点 二、微波遥感发展现状
一、微波遥感的特点
1. 基本概念 微波是电磁波的一种形 式，把微波与可见光、红 外线、紫外线wenku.baidu.comX射线、ƴ 射线以及无线电波按波长 大小顺序排列，构成电磁 波谱。
二、微波遥感发展现状
（4）1978.6.28，美国发射SEASRT-A 运行 105 天 用于地球海洋遥感探测 以 110 Mbits/S，获取了42小时数据 搭载微波高度计、微波散射计和合成 孔径雷达 微波高度计测量海洋水准面精度达到 7cm，超过了10cm的设计精度。
二、微波遥感发展现状
Seasat卫星 参数 轨道高度 波长 极化 方位向分辨率 距离向分辨率 入射角 观测带宽度 性能 800km 23.5cm HH 25m 25m 23° 100km
太阳能面板 SAR天线
洛杉机地区 SEASAT 图像, 1978
SEASAT Image of Death Valley, 1978
二、微波遥感发展现状
3. 成熟阶段
20世纪90年代，SAR的发展进入了一个崭新的时代。 欧空局（ESA）于1991年7月发射了ERS-1； 日本于1992年2月发射了JERS-1； 前苏联于1991年3月发射了Almaz-1； 1995年11月加拿大发射了RadarSat 1994年和1996年美国航天飞机两次搭载的SIR-C/X-SAR。 以上标志着SAR时代的到来，表明了SAR将可与可见光遥感 和红外遥感并驾齐驱。