微波遥感系统

B视角;
C斜距Slant distance; D地距Ground distance;
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A: 近距（near range）
B: 远距（far range）
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距离向分辨率与方位向分辨率
１. 距离分辨率
在侧视方向的分辨率(在垂直于 航向方向的分辨力) Pg=c× /2cosφ 脉冲持续期（脉冲宽度，时间 s)， φ 俯角，c光速。
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发一个脉冲,陆续 收到一连串回射, 而且回射的特性 随地物不同而异
飞行方向
脉冲宽度
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有关术语
A：飞行方向；B：天底nadir E：方位向azimuth flight direction ； D：距离向look direction ； C：扫描宽度 swath;
A入射角incidence angle;
脉冲宽度：就是高电平持 续的时间。 chirp radar 线性调频雷达
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侧视雷达工作原理(真实孔径雷达)
真实孔径雷达是对平台的行进方向（称方位向）的侧方 （称距离向）发射宽度很窄的脉冲电波波束，然后接收从目 标物返回的后向散射波，从接收的信号中可以获得地表的图 像。 遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行； 在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不同 的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。返 回的信号被天线接收并记录下来。
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
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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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③ 合成孔径雷达
合成孔径雷达与侧视雷达类似 , 也是在飞机或卫 星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射信号 。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元 , 每 一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不 同，记录的回波相位和强度都不同。
目的：提高图象在飞行方向的分辨率。
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侧视雷达工作原理
雷达高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高 度变化，海浪的高度等参数。
根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。
成像传感器：
获取在地面扫描所得到的带有地物信息的电磁波信号并形成图象 微波辐射计、侧视雷达、合成孔径雷达
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F.Ulaby et al., <微波遥感>
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① 微波辐射计
电磁波在空间中的传播速度c是一定的, 当雷达在时间t1发射出一个窄脉冲,被 目标反射后,在时间t2返回, 则目标地物 的距离为:
(t2-t1)*c/2
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微波传播示意图
脉冲雷达 pulse radar： 脉冲:一个物理量在短持续时间内突 变后迅速回到其初始状态的过程。 脉冲信号是一种离散信号，形状多 种多样，与普通模拟信号（如正弦 波）相比，波形之间在时间轴不连 续（波形与波形之间有明显的间隔） 但具有一定的周期性是它的特点。 最常见的脉冲波是矩形波（也就是 方波）。脉冲信号可以用来表示信 息，也可以用来作为载波.
φ 越大， Pg越大，分辨率越低 即：距离越近，距离向分辨率越低
理论上讲,斜距分辨率 等于脉冲宽度的一半
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15Biblioteka 例:设俯角50,脉冲宽度0.1s
则距离分辨力 Pg = 0.5 c ／cos Pg = 0.5 0.110-6(s) 2.998 108(m/s)/cos 50 = 0.5 0.1 2.998 / 0.642788 100 = 23.2m
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合成孔径
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合成后的天线孔径为Ls,则其方位分辨率为: Rs=(λ / Ls)R 由于天线最大的合成孔径为: Ls=Ra=(λ /D)R 则有 Rs=D 由于双程相移,方位分辨率还可提高一倍,即 Rs=D/2 式中， λ :波长；D：雷达孔径；R：斜距。 由此可知，方位向的分辨率与距离无关，所以，即使从卫星 的高度上也可以获得高分辨率的图像。
微波遥感系统
合成孔径雷达 SAR系统及其应用

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微波观测方式
主动方式:利用遥感器向地面发射微波然后接受其散射波的方式。 被动方式:观测地表目标的辐射方式。
被动与主动遥感
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微波传感器
非成像传感器：
通过发射雷达信号，再接收回波信号测定参数，不以成像为目的。 微波散射计：测量地物的散射或反射特性。
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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. 17
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
Pa = [3 10-2(m)/4(m)]800103(m) =6000m
若要求方位分辨率达到3m,则天线孔径需8000m.(这可能 么)
提高距离分辨率和方位分辨率的方法： 1） 采用脉冲压缩技术，缩短脉冲发射宽度 2） 用合成孔径天线来代替真实孔径天线，以缩短天线孔径。
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合成孔径
合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar） 基本原理：利用短的天线，通过修改数据记录和处理技术， 产生很长孔径天线的效果，等于通过加长天线孔径来提高 观测精度。 在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数据记 录和处理过程联系在一起。 在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到的时 间不同，相位和强度不同，形成相干影象。经过复杂的处 理，得到地面的实际影象。