第一章微波遥感基础
微波遥感期末知识点复习资料全
1.微波遥感分类• 主动微波遥感，被动微波遥感• 微波辐射计，微波散射计，微波高度计，成像雷达• 真实孔径雷达，合成孔径雷达，机载和星载• 干涉SAR，极化SAR2.微波遥感的意义全天候，全天时，植被穿透性，地表穿透性，独特的遥感机理，干涉测量能力，多极化，多波段，高分辨率，与其它遥感手段互补电磁波谱微波波谱微波波段：0.1-100cm短K->X->C->S->L->P 长为什么星载雷达系统不采用K/P波段？答：K波段波长短，虽然有较好精确性，但是此波长可以被水蒸气强烈吸收，使这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。
P波段波长较长，由于微波穿过大气层时会产生法拉第旋转，低频长波旋转程度大，极大限制了空基P波段微波遥感系统的可行性。
且由于波长较长其分辨率低。
目标的散射特性与哪些因素有关？电磁波辐射在非均匀媒质或各向异性媒质中传播时多方位、多角度地改变原来传播方向的现象，即目标对入射电磁波能量的重定向。
瑞利散射：(a < 0.1λ)散射光波长等于入射光波长，散射粒子远小于入射光波长。
米氏散射：(0.1λ < a<10λ)当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。
光学(非选择性)散射（10λ < a）散射粒子的粒径比辐射波长大得多时发生的散射，散射系数与波长无关。
目标的散射特性首先取决于目标尺寸和雷达波长间的关系（粗糙度），入射角、介电特性（介电常数增加，反射增加）和极化特性。
如何提高真实孔径雷达分辨率？距离分辨率（地距分辨率）Rg = (tc/2) secβ斜距分辨率Rr=tc/2 (沿波束方向)脉冲宽度越小，俯角越小，距离分辨率越高，俯角太小地形影响严重，当俯角一定时，减小脉冲宽度可提高距离分辨率，所以合成孔径雷达在距离向采用脉冲压缩技术chirp（距离压缩）方位向分辨率Ra = (λ/d) R(又R=H/sinβ=H/cosθ )提高方位分辨率=>加大天线孔径，波长较短电磁波，缩短观测距离合成孔径技术合成孔径雷达分辨率与哪些参数相关？距离向分辨率Rg=(tc/2)/cosβ方位向分辨率Ls=βsR=D/2什么是多视？多视：用平均法减低相干观测系统上特有的乘性随机噪声光斑；把合成孔径长度分为N个区间，每区间内方位压缩后相加平均，N为视数降低了空间分辨率，换取辐射分辨率的提高SAR图像有哪些特点？1.穿透性：大气对电磁波的衰减与电磁波有关，波长越长，衰减越小2．斑点噪声：雷达图像上每个像素的信号是电磁波与各微散射体相互之间加强或减弱作用的集成，在影像中以斑点的形式表现出来。
微波遥感 期末复习
微波遥感哟不要第一章：微波遥感：利用某种传感器接收地面各种地物发射或反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需信息。
红外遥感是利用0.76~1000微米的红外涉嫌与各类地物关系来进行资源与环境调查和检测。
为什么微波遥感这么具有吸引力，它究竟具有什么优越性？一、微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
二、微波对地物有一定穿透能力。
三、微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息。
四、微波遥感的主动方式，雷达遥感不仅可以记录电磁波振幅信号，而且可以记录电磁波相位信息。
微波遥感分为主动和被动方式。
波长越长，穿透能力越强。
同一种土壤温度越小，穿透越深。
干涉测量：由数次同侧观测得到的数据可以计算出针对地面上每一点的相位差，进而计算出这一点的高程，其精度可以达到几米。
微波主动式传感器获得的图像常成为雷达图像，这是因为成像微波遥感常采用真实孔径雷达和合成孔径雷达，都是由雷达发展而来。
微波遥感也可以采用被动工作方式，这主要是微波辐射计的工作。
微波辐射计目前也成为重要的微波遥感工具。
所谓电磁波，就是以波动形式在空间传播并传递电磁能量的交变电磁场。
电磁波具有波长、传播方向、振幅和偏振面四个基本物理量。
这四个物理量一旦确定，一个平面电磁波就被完全决定了。
一般来说，振幅是指电场振动的幅度，它表示电磁波传递的能量大小，极化面是指电厂振动方向所在的平面。
电磁波的基本特性与微波微波是电磁波的一种形式，因此了解电磁波的一些基本特征也是对微波基本特征的了解。
1.叠加原理2.相干性和非相干性3.衍射4.极化（p7）在一定条件下，任何物体都能向外发射电磁辐射，而这种因热物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射，一般只要温度在0 K以上，一切物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射。
所有的物体都能吸收电磁辐射，吸收能力越强，其辐射能力也就越强。
大气对微波的衰减作用主要有大气中的水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
氧分子的吸收作用较强。
《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
2.4 微波遥感基础原理
2012-11-21 31
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
2012-11-21
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%
2012-11-21 37
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
10
穿透性
rough low reflectivity 穿 透 性 （3） penetration
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smooth high reflectivity no penetration
11
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
《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：
微波遥感基础
微波偏振与极化 Polarization
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量， 称为电磁破的偏振。
非偏振光，偏振光，部分偏振
E
Z
H
E线极化
E椭圆极化
E圆极化
H
Z
H
Z
H
Z
极化即电场振动方向的变化趋势，线极化是电场矢量方向不随时间变化的情况，分 为水平极化和垂直极化。
Polarization of Microwave
不同温度的物体，辐射峰值的波长
Mb(T ) T 4
黑体总辐射与温度的四次方成正比
黑体辐射瑞利-金斯定律
不适合高频段（紫外灾难）
Mb(,T )
2c 4
kT
ehc kT 1 hc kT
长波段时，黑体辐射与温度成正比
19世纪末的这两片乌云，恰恰予示了催生新的科学理论的风雨即将来临！
最小分辨角:
0 1.22
d
(设计遥感器空间分辨率
具有重要意义。)
d 物镜的有效孔径
电磁波的衍射
夫 琅 禾 费 衍 射 图 案
电磁波的衍射－夫琅禾费圆孔衍射
艾里斑半角宽 :
电磁波的衍射－瑞利准则
最小分辨角:
0 1.22
d d 物镜的有效孔径
“恰能分辨”的两个点光源的两衍射图样中心之间的距离，应等于艾里斑的半径。
大气影响（主要是吸收），实际的辐射曲线未不平滑 的折线。
地物的自发辐射
微波辐射指任何物体在向外辐射红外线的同时， 也辐射微波。
微波辐射特点如下：
1）微波与红外线相对，是物体低温条件下的重要 辐射特性，温度越低，微波辐射越强
2）微波辐射的强度比红外辐射的强度弱的多，需 要经过处理才能够使用接收器接收
2.1 微波遥感基础原理
2 微波遥感基础原理本章要点本章从电磁波传播的基本概念到SAR 的基本原理对于雷达遥感的基本知识作了概要的介绍，包括相干成像和合成孔径的概念、重要的参数、SAR影像的基本特征等。
主要内容§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2.1 微波遥感物理基础作业：目标的散射特性与哪些因素有关？在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。
E为电场矢量方向，M为磁场矢量方向，C为传播方向。
• 电磁波是时间和空间的函数• 电场矢量和磁场矢量相互垂直，而且又都垂直于传播方向• 电磁波具有波动性和粒子性• 波长、相干性、叠加性和极化等都是电磁波的重要特性＋幅度和相位• 如果某电磁波的电场矢量和磁场矢量均在垂直于传播方向的平面上，并且幅度为常数，则称为平面波在均匀介质中电磁波随时间作正弦变化，波长或频率是描述电磁波重要的参量。
微波偏振与极化Polarization电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量，称为电磁破的偏振非偏振光，偏振光，部分偏振EHZE 线极化H ZE 椭圆极化H ZE 圆极化H Z极化即电场振动方向的变化趋势，线极化是电场矢量方向Polarization of Microwave水平极化是指电场矢量与入射面垂直 垂直极化是指电场矢量与入射面平行EHZ 垂直极化同极化HH，VV交叉极化HV，VH目标入射平面衍射衍射：波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的传播方向弯曲现象。
远场衍射，也称夫琅和费衍射，若光源或观察屏离开衍射孔或缝为无限远，这种衍射现象称远场衍射。
衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象；孔隙越小，波长越大，这种现象就越显著。
衍射对微波遥感的两个意义：天线；感兴趣的地表目标的大小与微波传感器的波长是相当的（毫米-米），土壤粗糙度、树枝、麦秆、水波和海浪等。
微波遥感理论与技术基础董晓龙一
• 发展的初期，电磁场与电磁波，无勇线于电开和始，才能找到特成殊的散射体。
雷达，射电天文，成像雷达，星载功微的波路遥 感。
• 第六章：微波的检测
• 第三章：电磁波的基本参数及其应用 • 电磁波的基本参数，电磁波的能量和功率 ，相干性，微波的传播，微波的产生。
• 第四章：微波的极化测量
• 概述，基本的微波辐射 特性，微波接收机，相 ，系统性能，定标。
Interscience, 1985 • 金亚秋，“电磁散射和热辐射的遥感理论”，科学出版社1993年出版。 • Henri Sauvageot, “Radar Meteorology”, Artech House Publishers, 1992.
• NASA’s Earth Science program: A web-based remote sensing tutorial (http://rst.gsf
• Radiation and the Atmosphere (B) • as the energy travels from its source to the target, it will come in contact with and atmosphere it passes through. This interaction may take place a second time as th the target to the sensor.
• Remote sensing is the technology of using sensors such as conventional cam scanners sensitive to electromagnetic radiations outside the visible region, to analysis.
微波遥感基础
微波遥感基础微波遥感基础微波遥感基础 (1)⼀、微波遥感物理基础 (2)⼆、微波遥感技术的简介 (4)2.1 微波遥感 (4)2.2 微波遥感器 (5)2.2.1 雷达散射计 (5)2.2.2 微波辐射计 (5)2.2.3 雷达⾼度计 (6)2.3 微波遥感技术的特点 (7)2.4 微波遥感的优越性 (7)2.5 微波遥感的不⾜ (7)2.6 微波微波拥有强⼤⽣命⼒的根源 (7)2.7 我国微波遥感的差距 (8)三、雷达概念、分类 (8)3.1 成像雷达 (8)3.2 ⾮成像雷达 (8)3.3 真实孔径雷达 (9)3.4 合成孔径雷达 (9)3.5 极化雷达 (10)3.6 ⼲涉雷达 (11)3.7 激光雷达 (11)3.8 侧视雷达 (11)四、微波遥感图像 (11)4.1雷达图像 (11)4.1.1雷达图像 (11)4.1.2 雷达图像显⽰ (12)4.1.3 雷达图像分辨率 (12)4.1.4 雷达图像的处理 (12)4.2 侧视雷达图像 (13)4.3 雷达图像校准 (14)4.4 雷达图像定标 (14)4.5 雷达图像模拟 (14)五、微波遥感定标 (15)六、微波遥感概念、理论和技术的突破 (15)七、我国微波遥感的差距 (16)⼋、微波相关技术介绍 (17)8.1 偏振探测技术的特点 (17)8.2 微波散射特性 (18)九、微波遥感有待进⼀步研究的问题 (19)⼗、微波遥感的应⽤ (20)10.1 空间对地观测 (20)⼀、微波遥感物理基础电磁波具有波长（或频率）、传播⽅向、振幅和极化⾯（亦称偏振⾯）四个基本物理量。
极化⾯是是指电场振动⽅向所在的平⾯。
电磁波谱有时把波长在mm到km很宽的幅度内通称为⽆线电波区间，在这⼀区间按照波长由短到长⼜可以划分为亚毫⽶波、毫⽶波、厘⽶波、分⽶波、超短波、短波中波和长波。
其中的毫⽶波，厘⽶波和分⽶波三个区间称为微波波段，因此有时⼜更明确地吧这⼀区间分为微波波段和⽆线电波段。
遥感入门-微波遥感2013
Rg: ground-range resolution
C Rg 2 cosq d
Rs: slant-range resolution
Rs
C
2
C: speed of light : pulse width
脉冲宽度，则在一个脉冲宽度内，电磁波往返距离: 2Rs = C
微波遥感器
距离分辨率的物理含义：脉冲时间为t, 两个不同距离的 目标产生两个回波，要使两个回波不完全重叠，才能分 清是哪一个回来的信号，必须有 < 2Dr/C • 距离分辨率与距离无关。 • 若要提高距离分辨率，需要减小脉冲宽度。 • 脉冲宽度小，则S/N降低，需加大发射功率，造成设备 庞大，费用昂贵。 • 目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。
通过发射天线向飞行器的一侧沿扇状波束 宽度发射雷达信号照射与飞行方向垂直的 狭长地面条带，此波束在方位方向上窄， 在距离方向上很宽； 借助于发射、接收转换开关，再通过天线 接收地面返回的能量； 接收器将接收的能量处理成一种振幅/时间 视频信号； 这种信号再通过胶片记录仪产生图像。
雷达观测几何状态
L Ban；合成孔径雷达—SAR） • 一般结构 天线 脉冲发 生器 发射机 转换开 关 脉冲 回波 发射 脉冲
记录 显示器
接收机
侧视雷达工作原理
一个雷达成像系统，基本包括发射器、雷 达天线、接收器、记录器等四个部分。 由脉冲发生器，产生高功率调频信号； 经发射器，以一定的时间间隔反复发射具 有特定波长的微波脉冲；
雷达图像的特点
雷达图像的变形： 因为雷达图像是根据天线对目标物的射程远近记录在图 像上的，故近射程的地面部分在图像上被压缩，而远射 程的地面部分则伸长。 像片上呈正方形的田块，在雷达图像上往往被压缩成菱 形或长方形。
微波遥感复习知识点(李翔)
微波遥感复习重点说明：黄色为一班勾画二班未勾画重点，蓝色为二班勾画一班未勾画重点多项选择题6题18分1. 主被动微波传感器（给选项哪个是主动，哪个是被动？）主动：成像雷达、雷达散射计、雷达高度计、气象雷达等被动：微波辐射计等2. 给出几个传感器，要知道哪些是成像的，哪些是不成像的？非成像微波传感器：微波散射计、雷达高度计、无线电地下探测器成像微波传感器：微波辐射计、侧视雷达、合成孔径侧视雷达3. 考察微波波段电磁波性质叠加原理、相干性和非相干性、衍射、极化4. 微波对土壤有一定的穿透性，那么穿透深度受哪些因素控制？土壤湿度、土壤类型、微波频率。
5. 雷达图像的几何特点？给出几个特点（光学和雷达），要知道哪个是雷达图像的特点？斜距显示的近距离压缩、透视收缩和叠掩、雷达阴影6. 雷达图像上，图像距离跟哪些因素有关系？（目标在地面上的距离和在雷达图像上的距离的比例尺跟哪些因素是有关系，斜距和地距跟哪些因素有关系？）斜距显示时比例尺f ’不是常数，它与俯角成反比，俯角越大，f 越小。
地距显示的图像比例尺为常数，在距离向没有形变。
7. 引起侧视雷达几何变形的原因？斜距投影变形、外方位元素变化的影响、地形起伏的影响、地球曲率的影响、大气折射的影响、地球自转的影响名词解释5题25分1. *视在温度：也称表观温度，它是利用天线进行辐射能量量测时用到的一个物理量，表示入射到天线上的能量。
它不仅包括地面物体的辐射能量，还有大气的辐射能量，以及被地面物体反射或散射的大气辐射能量。
2. 亮温（亮度温度）：和被测物体具有相同辐射强度的黑体所具有的温度。
3. *透视收缩：雷达波束先到达坡底，最后才到达坡顶，于是坡底先成像坡顶后成像。
这种图像变形称为透视收缩。
4. 雷达阴影：在山的后坡雷达波束不能到达，因而也就不可能有回波信号，在图像上形成暗区，没有信息，从而形成雷达阴影。
5. 天线增益：天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。
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。
微波遥感复习讲诉
第一章微波遥感基础1、微波遥感的概念及分类微波遥感是利用某种传感器接收地面各种地物反射或散射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需的信息。
主要分为主动微波遥感和被动微波遥感，被动微波遥感包括微波成像仪和微波探测仪；主动微波遥感包括雷达高度计、雷达散射计和成像雷达。
2、微波遥感的优越性（1）微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候、全天时的工作能力，优于可见光和红外波段的探测能力（2）微波对地物有一定的穿透能力，对地物的穿透深度因波长和物质的不同而有很大差异，波长越长，穿透能力越强。
（3）微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息，比如微波高度计和合成孔径雷达具有测量距离的能力，可以用于测定大地水准面，还可以利用微波探测海面风场。
（4）雷达可以进行干涉测量3、微波遥感的不足（1）微波传感器的空间分辨率要比可见光和红外传感器低（2）其特殊的成像方式使得数据处理和藉以相对困难些（3）与可见光和红外传感器数据不能在空间位置上一致4、合成孔径雷达（SAR）特性及优势（1）全天候，不受云雾雪的影响，雨的影响有限（2）全天时，主动遥感系统（3）对地表有一定的穿透能力，与土壤含水量有关，依赖于波长（4）对植被有一定的穿透能力，依赖于波长和入射角（5）高分辨率，分辨率与距离无关（6）独特的辐射和集合特性（7）干涉测量能力（8）多极化观测能力5、极化，指得是电磁波的电场振动方向的变化趋势。
极化方式有线极化、椭圆极化、圆极化。
第二章微波遥感系统1、常见的微波遥感传感器在海洋、陆地、大气微波遥感应用中，常用的有效的传感器有五种：散射计、高度计、无线电地下探测器（以上为非成像系统）；微波辐射计、侧视雷达（以上为成像系统）。
2、散射计微波散射计是一种有源微波遥感器，专门用来测量各种地物的散射特性。
它是通过测量地物对微波的散射强度，达到测定地物的后向散射系数的相对值。
散射计按照观测方式可以分为以下四类：侧视观测散射计;前视（后视）观测散射计；斜视观测散射计；笔式光束环形扫描散射计。
2.3 微波遥感基础原理
2§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影像的主要特性真实孔径雷达的分辨率C τC τΔR r = ΔR g = (斜距分辨率) 2(地距分辨率) 2 cos βΔL = βR = λR d (方位向分辨率)=λH d sin β<==波束之脉冲时间 τ 越小，距离向分辨率越高，但 τ 太小则发射功率下降，降低后向散射的信噪比脉冲压缩技术理论上增加孔径 d 就可以提高方位向分辨率，但实际上难以实现，因为孔径的大小决定了天线几何尺寸的大小合成孔径技术<==1 SAR工作原理2 SAR分辨率3 聚焦补偿4 脉冲压缩原理5 多普勒频移与方位压缩6 SAR图像的成像SAR的出发点• SAR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，可以获得类似大孔径天线的探测效果• 地物对雷达发射的信号散射后会返回包含有地物信息（反射特性等）的信号• 如果雷达天线是固定不动的，则只能接受到一小部分从地物返回（后向散射）的信号• 如果雷达是快速移动的，就有可能收集到从地物后向散射到各个方向的信号，获得的信息量大为增加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。
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SAR在不同位置接收同一地物的回波信号，真实孔径雷达则在一个位置上接收目标的回波SAR工作过程SAR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（聚焦补偿，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两种天线接收信号的相似性34 1 2 SAR 多次成像分解示意图Through the moving of antenna along a line, image a scene for a number of times.通过沿着一条直线移动天线，对同一地物多次成像Synthesize the multiple imaging data of a scene to one image.把同一地物的多次成像合成为一幅图像Equivalent to “enlarge” the antenna, forming a very long antenna and thus improving the azimuth resolution.等效于增大天线，形成一根很长的天线，从而改善分辨率合成孔径大小要求实际波束宽度：实际分辨率：(合成孔径长度)合成波束宽度： 合成分辨率：dλβ=s LR L ==∆βdR L s s 22⋅==λβ2d R L s s ==∆βSAR方位向分辨率距离向分辨率与真实孔径雷达相同方位向分辨率只与真实孔径大小有关βτcos2c Rr=2d Rs=Antenna length : L=10 m Typical range : 计算合成孔径、距离向/方位向分辨率 km 85323cos /== sat H R m 25)23sin(1055.152103sin 268=⨯⨯⨯== θR r B c R Ground range resolution: km 510/056.0853000≈⨯==DR R λβAzimuth resolution:D Example: ERS-1/-2 SAR Resolution Synthetic antenna:For ERS-1/2, a 10m antenna is used to synthesize a nearly 5 km antenna.About 1000 radar images are used to get one SAR image.RAR Vs SARReal Aperture Radar Synthetic Aperture Radar (Crimea, Ukraine)5x14 km pixels 4x20 m pixelsSAR工程应用问题聚焦补偿随着平台的前进，平台和目标之间的相对位置关系会，…，X N各个位置接受到从P点回发生变化，X1，…，Xi来的信号的延迟或相位不同，需要进行补偿（聚焦处理）聚焦天线距离变化聚焦标准相干求和问题：波束的脉冲时间τ越小，距离向分辨率越高，但τ太小则发射功率下降，降低后向散射的信噪比解决方法：采用功率大的宽脉冲进行线性调频调制(啁啾, chirp)后发射，对接收的微波用具有相反频率特性的匹配滤波器(matched filter)滤波，用假设的窄脉冲宽度得到大输出即：使接收的低频微波在滤波器上有较大的延迟，使高频微波有较小的延迟，从而把接收的微波信号作为脉冲宽度很小的被压缩信号提取出来脉冲压缩(pulse compression)，解线性调频调制(de-chirping)在脉冲宽度τ的时间内，通过脉冲压缩和频率∆f 调制，振幅为原来的(τ∆f )1/2倍，脉冲宽度为原来的1/(τ∆f )倍，因此，随着∆f 的提高，距离分辨率和信噪比也提高 脉冲压缩原理 距离压缩来自两个相邻目标的回波可能重叠，但重叠区中两个回波在某一时刻的频率不同，也能被分开在返回的脉冲上还会产生由多普勒效应引起的频率偏移（Doppler Shift），这种偏移等效于线性调频调制，利用这个特性，在接受端设置具有逆特性的匹配滤波器，就可以改善方位向的分辨率。
武汉大学微波遥感复习要点
微波遥感复习要点武汉大学测绘学院X X第一章微波遥感基础1、微波遥感：指利用波长1mm-1m电磁波（微波波段）进行遥感的统称。
利用微波传感器接受地面各种地物发射和反射的微波信号，藉以识别、分析地物、提取所需的信息。
对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以继日地全天候工作。
2、微波遥感传感器：主动式：侧视雷达（成像）、微波高度计（不成像）、微波散射计（不成像）被动式：微波辐射计（成像）。
3、微波遥感的优势：全天时：主动被动微波遥感都不依赖；全天候；一定的穿透能力：波长越长、、湿度越小湿度越小，，穿透越深穿透；提供特殊信息：海面形状, 海面风速, 土壤；提供相位信息：高程信息, 地形形变信息（雷达遥感不仅可以记录电磁波振幅信息，还可以记录电磁波相位信息，用于获取高精度的DEM）4、缺点：空间分辨率；影像几何变形大, 处理困难；不易解译；与可见光红外影像在几何上很难一致。
5、成像模式：宽扫描模式：天线（雷达波束）在成像时沿距离向扫描，使观察范围加宽，同时会降低方位向分辨率。
聚束模式:对传统的SAR成像模式而言，其发射波束一般正交于卫飞行方向。
而对聚束模式而言，雷达波束可以前后“斜视”，偏离正方向。
采用这种方式，雷达波束对目标的照射时间将比传统成像模要长，从而提高分辨率。
通过聚束模式，将卫星分辨率提高到lm。
条带模式。
6、微波：1mm-1m(0.3GHz-300GHz),L波段（1-2GHz：15cm-30cm）7、电磁波的基本物理量：频率、传播方向、振幅、极化。
传播过程遵循：反射、折射、衍射、干涉、吸收、散射等规律。
8、干涉的定义：由两个（或两个以上）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的振幅矢量和。
因此，会出现交叠区某些地方振动加强，某些地方振动减弱或完全抵消的现象。
这种现象称为干涉。
产生干涉现象的电磁波称为相干波。
波的相干性导致微波雷达图像的像片上会出现颗粒状或斑点状的特征。
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SEASAT Image of Death Valley, 1978
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1998年1月10日张北—尚义地震形变 第22页
第一节 引言
微波遥感分类： 被动微波遥感和主动微波遥感。
被动微波遥感 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的微波辐射。 典型传感器：微波辐射计（该传感器为成
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第一节 引言
微波遥感的优越性 微波对地物有一定穿透能力
1.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。
产生干涉现象的电磁波称为相干波。第28页ຫໍສະໝຸດ 一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性 相干波，产生干涉现象的电磁波被称为相
干波。一般地，凡是单色波都是相干波。 波的相干性导致微波雷达图像的像片上会
出现颗粒状或斑点状的特征。
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一、电磁波的基本特征与微波
3、衍射 衍射的定义： 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的边 界外通过。这部分波在超越障碍物时，会改变 方向绕过其边缘达到障碍物后面，这种使一些 辐射量发生改变的现象称为电磁波衍射。
围内观察到的“颜色”则取决于研究对象面或体 的几何特性以及体界电特性，这样，将微波、可 见光和红外辐射配合运用，就能够研究表面上几 何的和体介电的特性以及分子谐振的特性。
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另外，微波还可以提供某些附加的特性，这 使其在某些应用方面具有独到之处。例如，根 据不同类型冰的介电常数不同可以探测海冰的 结构和分类；根据含盐度对水的介电常数的影 响可以探测海水的含盐度等等。
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云 层 对 无 线 电 波 从 空 间 到 地 面 之 间 传 输 的 影 响
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微波的衰减
不同能见度下，微波在海平面云雾水平路径的衰 减率
能见度 可见光
红外
94GHz 37GHz
(m) （dB/km) （dB/km) （dB/km) （dB/km)
152
120
305
60
610
30
1219
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第一节 引言
微波遥感的优越性 微波遥感的主动方式可进行干涉测量
可以对地形变化进行监测。
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第一节 引言
微波遥感的不足 雷达传感器的空间分辨能力比可见光和红外传
感器低 其特殊的成像方式使得数据处理和解译相对困
难 与可见光和红外传感器数据不能在空间位置上
一致
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SEASAT Image of Los Angeles, 1978
像传感器）
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第一节 引言 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。 ������ 典型传感器：高度计、散射计（均为
非成像传感器）和成像雷达。
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第二节 电磁波理论与微波
电磁波：以波动的形式在空间传播并传递 电磁能量的交变电磁场。
某些信息 如：测距；海洋动力场
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微波测得的信息与红外和可见光所测信息互为补 充：
利用微波得到的信息在与红外和可见光波段测得的 信息是不同的。因此联合使用这三个波段的信息，
在可见光近红外波段所观测的颜色基本上取决于 其结果可以相互补充，更全面地了解被测物体的特
植被和土壤表层分子的谐振特性，而微波波段范 性。
微波遥感
遥感学院
第一章 微波遥感基础
第一节 引言
遥感, Remote Sensing,简称RS 根据传感器的探测波段，遥感可分为 （1）紫外遥感:波长范围为0.01～0.38μm （2）可见光遥感:波长范围：0.38～0.76μm （3）红外遥感:波长范围为0.76～1000μm （4）微波遥感:波长范围为1 mm～1 m （5）多波段遥感
电磁波具有波长（或频率）、传播方向、 振幅和极化面（亦称偏振面）四个基本物 理量。
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一、电磁波的基本特征与微波
1、叠加原理 叠加原理的内容
当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时， 每个波并不因其他的波的存在而改变其传播规律，仍 保持原有的频率或波长和振动方向，按照自己的传播 方向继续前进，而空间相遇点的振动的物理量等于各 个独立波在该点激起的振动物理量之和。
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为什么要研究微波遥感？
微波遥感的特点
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？
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光学和红外遥感取得了巨大的成功！
北京（30米）
台北（0.6米）
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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。
10
24
0.88
0.19
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0.32
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6
0.13
0.022
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雨 对 无 线 电 波 从 空 间 到 地 面 之 间 传 输 的 影 响
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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。
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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
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2. 微波穿透土壤的深度与土壤湿度、类型及工作 频率有关。
不同类型土壤的穿透深度与土壤湿度的关系
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第一节 引言
微波遥感的优越性 微波提供不同于可见光和红外遥感所能提供的
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一、电磁波的基本特征与微波
1、叠加原理 叠加原理的作用
将任何复杂的 波动看成很多 简单的较易理 解的波形叠加 的结果。
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一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性 干涉的定义： 由两个（或两个以上）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的振幅矢量和。因此，会出 现 交叠区某些地方振动加强，某些地方振动减弱 或完全抵消的现象。这种现象称为干涉。
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第一节 引言
微波遥感的优越性 微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
微波具有穿透云层、雾和小雨的能力，而且太阳辐射 对辐射测量没有太大的影响。因此微波辐射测量既可 在恶劣的气候条件下，也可以在白天和黑夜发挥作用， 具有较强的全天候、全天时的工作能力，这一特性优 于可见光和红外波段的探测系统。