第三章2雷达图像特征
第三章 遥感成像原理与图像特性2
遥感原理与应用
（三）像点位移
在中心投影的像片上，地 形的起伏除引起像片比例尺变 化外，还会引起平面上的点位 在像片上的位置移动，这种现 象称为像点位移。
H
S
f
n r a0
h
a
H-h
像 点
rh h H Rh h H h
R
A 地面点
h h
N
A0
A′
School of Resource and Environment Engineering, Wuhan Technology of University
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遥感原理与应用
5、 海洋卫星系列的应用
（现阶段海洋卫星所获得的资料大多未公开） 1、 海面温度和水色的研究：（温度精确达1度，水色主要 取决于营养值。水色与鱼群活动密切相关（黄质浓度）浮 游生物，沉积物含量，污染物，水藻）。 2 、海洋形态及大地水准面的测量。 3、洋流、寻找锋面渔场、航海等提供可靠信息。
1 f m H 0 h2
H0
h1
h2 School of Resource and Environment Engineering, Wuhan Technology of University
遥感原理与应用
重叠和遗漏视象示意图
x1 f x2 x3 x4
H 地形 Δh 重叠部分
起始面
School of Resource and Environment Engineering, Wuhan Technology of University
【精品】第三章-遥感成像原理与遥感图像特征..幻灯片
• 固体自扫描中： 用一竖列的10个探测元件同时扫，每个元件只扫51条线，则 在瞬时视场的停留时间为2μs。 若用一竖列的512个探测元件同时扫，只要一次自扫描即可， 像刷子刷过一样。此时，CCD探测元件与地面上的像元（瞬时 视场）相对应，靠遥感平台前进运动就可直接以刷式扫描成像。
（2）线对数（line pairs）
对于摄影系统而言，影像最小单元常通过1mm间隔内包 含的线对数确定，单位为线对/mm。所谓线对指一对同等大 小的明暗条纹或规则间隔的明暗条对。
一、遥感图像特征
（3）瞬时视场（IFOV）
指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野。单位为
毫弧度（mrad）。
S
S ➢IFOV越小，最小可分辨单元越小，空间分辨率越高。 f f ➢IFOV取决于遥感器光学系统和探测器的大小。
4 5
0.7~0.8μm
0.8~1.1μm
卫
星
10.4~12.6μm 前 进
方
向
6
成像板
一、遥感图像特征
一般来说：遥感系统的空间分辨率越高，其识别 物体的能力越强。但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，而 是和它的形状、大小，以及它与周围物体亮度、结 构的相对差有关（反差）。例如MSS的空间分辨率 为79m，但是宽仅10-20m的铁路，公路，当它们通 过沙漠、水域、草原等背景光谱较单调或与道路光 谱差异大的地区，往往清晰可辨。
成像方式遥感器 扫描成像类型（光电成像类型） 微波成像类型（雷达成像类型）
二、 遥感传感器
⑴ 摄影成像类型
① 摄影成像原理：通过成像设备获取物体影像的技术。 ② 分类
第三章2雷达图像特征
斜距分辨率Pd
pd
c
2
为雷达脉冲宽度
地距分辨率Pg c pg 2 cos
制作：王瑞雪 2010-5-20
侧视雷达成像特点 侧视成像 透视能力 多种极化方式 多波段 比例尺在横向发生畸变 地形起伏引起位移
制作：王瑞雪 2010-5-20
侧视雷达穿透深度示意图
缩短效应，透视收缩
即雷达图像上所有前坡(面向传感器一侧)长度缩短， 而后坡长度伸长。在像平面上前坡比它自身表现得 更短、更陡、更亮；后坡比它自身表现得更长、更 缓、更暗。
由于雷达按时间序列记录回波信号，因而入射角与 地面坡度角的不同组合，使其出现程度不同的前视 收缩现象。
制作：王瑞雪 2010-5-20
制作：王瑞雪 2010-5-20
a SSM/I-derived map of polar ice in the Arctic, with the left panel showing winter distribution and the right depicting summer ice.
Pa R Fra bibliotekPa
D
D
R
制作：王瑞雪 2010-5-20
D 雷达天线孔径 R 距目标地物的距离
了解
Pa
D
R
合成孔径侧视雷达方位分辨率
Pa
D 雷达天线孔径
D 2
制作：王瑞雪 2010-5-20
了解
P32图3-23
pd
不变，
pg
随俯角不同而变化
四栋楼房A、B、C、D， 距离AB=CD， 哪两栋楼房 能够区分开？
(7) 在雷达影像上,线状地物一般比较清晰
第三章 SAR基本原理
Fp(%) 0.0 1.5 6.0 13.4 23.4 35.7 50.0 65.8 82.6 100.0
雷达图像的透视收缩，实际上是电磁波能量集中的表现，前坡的收缩比后坡严 重，所以前坡的图像要比后坡“亮”，当整个坡度收缩成一点，图像最“亮”。
顶底位移（Layover)
• 顶底位移是透视收缩的一种极端情况，它发生在入射角小于局部地形 倾斜角时。
• In imagery, radar shadows occur in the down-range direction behind tall objects. They are a good indicator of radar illumination direction if annotation is missing or incomplete.
阴影（shadow)
• Radar shadows in imagery indicate those areas on the ground surface not illuminated by the radar. Since no return signal is received, radar shadows appear very dark in tone on the imagery.
2007,12
Radarsat-2,
C Qud Pol
10
工作频段的选择
• Application factors: – Radar wavelength should be matched to the size of the surface features that
we wish to discriminate • – e.g. Ice discrimination, small features, use X-band • – e.g. Geology mapping, large features, use L-band • – e.g. Foliage penetration, better at low frequencies,use P-band In general, C-band is a good compromise • System factors: – Low frequencies: • More difficult processing • Need larger antennas and feeds • Simpler electronics – High frequencies: • Need more power • More difficult electronics • Good component availability at X-band Note that many research SARs have multiple frequency bands
03-3第三章-雷达在智能网联汽车中的应用
• 机械激光雷达只能以恒定的速度旋转，不能进行 如此精细的操作。
• 固态激光雷达通常分为相控阵、Flash和MEMS三 种类型
激光雷达的功用
• （1）相控阵固态激光雷达
• 固态激光雷达采用相控阵原理实现，完全消除了机械 结构，通过调整发射阵中各发射单元的相位差来改变 激光的出射角。光学相控阵通常由其相位的电子束扫 描控制，因此也被称为电子扫描技术。
激光雷达的功用
• （3）MEMS固态激光雷达
• MEMS固态激光雷达是指将所有机械部件集成到一个 芯片中，通过半导体工艺生产的MEMS。它消除了机 械旋转结构，从根本上降低了激光雷达的成本。
激光雷达的功用
• 固态激光雷达可以探测150米的距离。响应速度快， 控制电压低，扫描角度大，价格低。
• 根据线束数量，固态激光雷达可分为单线激光雷达和 多线激光雷达。顾名思义，单行激光雷达扫描一次只 能产生一条扫描线，得到的数据是二维数据，因此无 法区分目标物体的三维信息。
信号处理 模数转换
激光器
光束控制
探测器 制冷
主处理器
发射光学 天线
接收光学 天线
距离信息
速度信息
角度信息
目标图像信息
目标物体
伺服系统 通信系统 屏幕系统
激光雷达的功用
• 请说说汽车激光雷达的三维立体图像是怎么形成的？
激光雷达的功用
• 实时激光雷达一般分为16线、32线和64线，雷达测 距的精度非常重要，以16线激光雷达为例，它具有2° 角分辨率，如果行人在50米以外，只有一条激光脉冲 线。显然不能区分行人的轮廓。它也可以在白天利用 摄像头进行分辨。但如果是在夜间，激光雷达难以单 独识别，毫米波雷达只能识别障碍物，对热敏信息无 法识别。
雷达第三章讲解
空气密度和湿度
– Rain rate
降雨率
– Fog/cloud water content
雾/云的含水量
– Index of refraction
折射率
• Earth’s surface – Surface material (water vs land) – Surface roughness (waves, mountains) – Earth’s curvature
地表 表面物质（水与土地） 表面粗糙度（水波，山）
地球曲率
Atmospheric Attenuation at Sea Level 海平面的大气衰减
Radar power absorbed by water vapor and oxygen 水蒸气和氧气吸收雷达能量
Attenuation is a loss of power characterized by L in radar range equation 雷达距离方程中L代表功率 的衰减
• Atmospheric refraction 大气折射
Interference Basics 干扰的基础
• Two waves can interfere constructively or destructively 两个波可以建设性或破坏性的干扰
• Resulting field strength depends only on relative amplitude 产生的磁场强度只取决于相对振
超折射
的影响
管道 4 / 3地球半径
管道对目标检测的影响
表面无管
发现目标 没有看到目标
表面有 管
管道延伸低空探测范围，但可以 引起在雷达覆盖面的意想不到的孔
第三章第五节探地雷达技术ppt课件
第三章第五节探地雷达技术ppt 课件•探地雷达技术概述•探地雷达系统组成•探地雷达数据处理与解释•探地雷达在不同领域中的应用实例目•探地雷达技术发展趋势与挑战•总结回顾与拓展思考录探地雷达技术概述01CATALOGUE定义与发展历程定义探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是一种利用高频电磁波在地下介质中传播并反射回来的特性，对地下目标体进行探测和成像的无损检测技术。
发展历程自20世纪70年代初期，探地雷达开始被应用于地质勘探、考古、环境工程等领域。
随着计算机技术和信号处理技术的不断发展，探地雷达的分辨率和探测深度不断提高，应用领域也不断扩展。
原理及工作方式原理探地雷达通过发射高频电磁波，当电磁波遇到不同电性的地下介质界面时，会发生反射和折射。
接收天线接收反射回来的电磁波信号，并通过信号处理技术对信号进行处理和成像，从而得到地下目标体的位置和形态信息。
工作方式探地雷达可以采用不同的工作频率、天线类型和扫描方式等参数设置，以适应不同的探测需求和地下环境。
常见的工作方式包括剖面扫描、三维成像、实时监测等。
应用领域与意义应用领域探地雷达广泛应用于地质勘探、考古、环境工程、建筑工程、军事等领域。
例如，在地质勘探中，可以用于探测矿藏、油气藏等；在考古中，可以用于探测古墓、遗址等；在环境工程中，可以用于探测污染物分布、土壤层结构等。
意义探地雷达作为一种无损检测技术，具有非破坏性、高分辨率、高效率等优点。
它可以提供丰富的地下信息，为相关领域的研究和决策提供有力支持。
同时，随着技术的不断发展，探地雷达的应用前景将更加广阔。
探地雷达系统组成02CATALOGUE发射机与接收机设计发射机产生高频电磁波，通常采用脉冲体制或连续波体制。
脉冲体制具有高峰值功率、宽频带等特点，适用于浅层高分辨率探测；连续波体制则具有低功耗、易于实现等优点，适用于深层探测。
接收机接收来自地下的反射信号，并进行放大、滤波等处理。
微波遥感第三章
3.3 侧视雷达图像的信息特点
第三章 微波图像的特点
3.3 侧视雷达图像的信息特点
第三章 微波图像的特点
3.3 侧视雷达图像的信息特点
第三章 微波图像的特点
频率越高，物质的衰减作用越大，有效穿透性低。这对于植 被的回波影响较大，频率越高，穿透力差，回波主要来自植 被的上部，而频率低时，穿透力强，回波主要来自植被下面 的地表面。
三、影响雷达图像色调的因素
两条入射波 1 和 2 在俯角为β时，入射到高度h不规则的 地物表面上，产生两条射线的程差(即折线ABC)为
Δr = 2h sin β
两条射线的相位差就是
Δϕ
=
2π λ
Δr
=
4πh λ
sin
β
瑞利取相位差为π/2作为区分光滑面与粗糙面和区分镜面
反射与漫反射的分界线，如果 Δφ < π/2 或 h < λ/(8sinβ)
第三章 微波图像的特点
为了得到距离向无几何失真 的图像，采用地距显示的形 式。成像时加延时补偿或几 何校正
3.2 侧视雷达图像的几何特点
第三章 微波图像的特点
图象上两个地物目标之间的距离＝斜距差×距离向比例尺
y1 − y2 = f (R1 − R2 ) = (R1 − R2 ) / a
a为比例尺分母
三、影响雷达图像色调的因素
第三章 微波图像的特点
3.3 侧视雷达图像的信息特点
第三章 微波图像的特点
3.3 侧视雷达图像的信息特点
第三章 微波图像的特点
三、影响雷达图像色调的因素
1、粗糙度 与波长有关，同一地表面入射波长短时粗糙，长时光滑
h
<
8
λ sin
雷达图像特征提取与分析技术研究
雷达图像特征提取与分析技术研究随着雷达技术的不断发展和应用领域的扩大，雷达图像特征提取与分析技术变得越来越重要。
雷达图像特征提取与分析技术是指从雷达图像中提取有用的特征信息，并对这些特征进行分析和研究，以实现对目标的检测、识别和分类。
本文将探讨雷达图像特征提取与分析技术的研究进展，并介绍其中一些常用的方法和算法。
一、雷达图像特征提取技术的研究进展雷达图像特征提取技术的研究主要包括基于像素的特征提取和基于目标的特征提取。
基于像素的特征提取方法主要通过对雷达图像的像素级别处理，提取图像的纹理、边缘等特征信息。
而基于目标的特征提取方法则是通过对目标的形状、大小、位置等特征进行提取和分析。
在基于像素的特征提取方法中，常用的方法有纹理特征提取、边缘检测和角点检测等。
纹理特征提取可以通过计算图像的灰度共生矩阵、局部二值模式和小波变换等方法来描述图像的纹理信息。
边缘检测是用来寻找图像中不同区域之间的边界线，常用的方法有Canny算法、Sobel算法和拉普拉斯算子等。
角点检测则是为了找到图像中的角点，从而能够更好地描述图像的形状。
常用的角点检测方法有Harris角点检测算法和SIFT算法等。
而在基于目标的特征提取方法中，常用的方法有形状特征提取、尺度不变特征变换和颜色特征提取等。
形状特征提取是通过提取目标的形状信息来描述目标，常用的方法有轮廓提取、椭圆拟合和Hu矩等。
尺度不变特征变换则是为了实现目标的尺度不变性，在不同尺度下提取目标的特征。
常用的方法有尺度不变特征变换(SIFT)算法和速度不变特征变换(SURF)算法等。
颜色特征提取是通过提取目标的颜色信息来描述目标，常用的方法有颜色直方图和颜色矩等。
二、雷达图像特征分析技术的研究进展雷达图像特征分析技术是指对提取到的特征进行分析和研究，以实现对目标的检测、识别和分类。
雷达图像特征分析技术主要包括基于统计学的方法和基于机器学习的方法。
基于统计学的方法主要采用统计学原理和方法进行特征分析。
2016-2017(1)微波遥感-3.2侧视雷达图像的几何特征
3.2.5雷达图像的左右倒置
A C
B D
D B
回波记录
C
A
RADARSAT-1/2升轨-左侧视-上下 左右倒置
左侧视雷达成像系统
A C
B D
A C
B
D
回波记录
RADARSAT-1/2 降轨-左侧视-未倒置
右侧视雷达成像系统-大多数卫星采用的方式
A C
B D
C A
回波记录
D
A C
B D
B D
回波记录
n
n
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：
q q q
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
雷达阴影产生原理示意图 2
3 1
q q
q q
方位分辨率 当载波波长、天线孔径和 轨道高度一定时，方位分 辨率是一个常数。 距离分辨率 脉冲宽度、波速一定时， 距离分辨率与雷达俯角或 当地入射角有关。
Ra
D
R
c Rr 2 cos
β（0-90），cosβ（1-0）
距离压缩原理示意图
距离压缩现象雷达影像
n
雷达图像距离压缩规律
n
侧视雷达阴影产生的规律
q
q q
q
1，雷达阴影是起伏地形的雷达影像在后坡出现暗 区的图像缺失现象。 2，雷达阴影的产生与坡度及雷达俯角有关； 3，判断雷达阴影还要考虑山脊走向与卫星航向的 关系，考虑真倾向与伪倾向的关系； 4，阴影区不含信息，但却是一种很好的观测方向 和地形信息的指示器。
合成孔径雷达图像特征
-- angle between the radar LOS and the line normal to the local slope. 雷达入射方向与局部坡度法线的夹角
loc i
Local incident angle（局部
i
入射角）
Incident angle（入射角）
i
局部入射角增大时,透视 收缩减弱；当到90度时,
透视收缩消失,但阴影出
现
displacement foreshortening
Diagram of Shadow 阴影
雷达波没有照射到 的地方
没有回波,暗色调
i
高目标的背面容易 出现阴影
Shadowing
局部入射角增大时, 阴影变严重
Example of radar shadow effects under large incidence angle >45° illumination. Copyright, CCRS
Amplitude component Phase component
Example: Histogram of SAR Data 直方图
P ixel count P ixel count
6000
6000
4000
4000
2000
2000
0
-4
-2
0
2
4
Im aginary com ponent (Im )
Sketch map of joint contribution综合贡献示意图
Courtesy of CCRS
Courtesy of CCRS
Speckle suppression斑点抑制
雷达遥感图像的特征提取和分类技术研究
雷达遥感图像的特征提取和分类技术研究随着遥感技术的发展和进步，雷达遥感图像在许多领域中被广泛应用，比如军事、气象、地震、测绘、环境监测等。
而图像特征提取和分类是雷达遥感图像处理的重要环节。
本文将探讨雷达遥感图像的特征提取和分类技术研究。
一、雷达遥感图像的特征提取特征提取是图像分析的首要步骤，也是图像分类、识别和检索等应用的基础。
雷达遥感图像的特征提取可以从多角度入手，以下是其中几种比较常见的方法：1. 基于纹理特征的提取纹理是指物体表面的一些规则和不规则的花纹，多次反射和散射的雷达波在物体表面产生一定的能量分布形态，也就是反射面的纹理信息。
常用的纹理特征包括灰度共生矩阵(GLCM)、灰度差分直方图(GDH)和灰度依赖矩阵(GDKM)等。
2. 基于形状特征的提取形状是物体识别和定位的重要特征，包括几何形状、边界和轮廓等。
这些特征可以通过边缘检测、二值化、分割等方法获取。
基于形状特征的分类方法常采用支持向量机(SVM)、神经网络等分类器。
3. 基于频谱特征的提取雷达遥感图像是一类典型的信号图像，具有一定的频域特性，重要的特征之一是频谱特征，即频域内的幅度和相位信息。
频谱特征的提取一般采用傅立叶变换(Fourier transform)、小波变换等方法。
二、雷达遥感图像的分类技术图像分类是指将图像划分为有限数量的类别，是图像处理的重要应用之一。
雷达遥感图像分类的目的是对图像进行自动分类识别，以达到正确的飞行目标、地貌类型、海洋情况等的判断。
市面上常用的分类方法包括：1. 经验模式分解(EMD)分类法该方法将雷达遥感图像分解为若干细节层和一层余数层，然后对每一层进行特征提取和分类，最后将每一层的分类结果进行融合，得到最终的分类结果。
EMD 分类法具有良好的适应性和泛化性能。
2. 模糊聚类法模糊聚类是一种经典的无监督分类方法，相比于传统的硬聚类，模糊聚类可以将一个样本同时分配到多个类别中，以更准确地描述样本的特征。
华北理工微波遥感课件第3章 侧视雷达图像的特点
就是在一个像素所对应的地块内比较小的独立地物目标。
33
二、地物目标的几种类型
•
硬目标是那种既不占有相当面积，又不限制在
分辩单元之内的地物，其回波信号在图像上往往表现为一
系列亮点或一定形状的亮线。
34
三、影响雷达图像色调的因素
• 雷达图像中提取信息的主要依据是图像灰 度及纹理。 • 雷达图像的灰度是地物目标后向散射回波 强度的表现形式。 • 地物目标后向散射通常以雷达后向散射截
第三章 侧视雷达图像的特点
• 本章以讨论雷达图像为主，同时也简要介绍微波辐射计图 像。
• 知识点：雷达图像的几何特点，影响地物回波强度的因素 和典型地物回波的特点
1
主要内容
第一节 侧视雷达图像参数 第二节 侧视雷达图像的几何特点 第三节 侧视雷达图像的信息特点 第四节 典型地物的散射特性 第五节 典型地物的亮度温度
• 1、表面粗糙度的影响
•
此处的表面粗糙度指的是小尺度的粗糙度，即
尺度比分辩单元的尺寸要小得多的地物表面粗糙度。
Ss h / sin : 俯角
27
28
29
第三节 侧视雷达图像的信息特点
•
侧视雷达图像上的信息是地物目标对于雷达波
束的反应，而且主要是地物目标后向散射形成的图像信息，
即朝向雷达天线的那部分被散射的电磁波形成的图像信息。
30
• 一、地物目标对雷达波束的几种不同反应
•
一般说来，地物目标在被雷达波束照射后，可
解译图像。主要有：斜距显示的近距离压缩、侧视雷达图像的透 视收缩和叠掩、雷达阴影。
6
• 一、斜距显示的近距离压缩
•
雷达图像中平行飞行航线的方向称为方位向或航迹向，
第三章遥感成像原理和遥感成像特征
v
S
V
H
全景摄影机
• 又称扫描摄影机或摇头摄影机。
• 在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一 狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描， 得到一幅扫描成的图像。
• 在摄影瞬间得到的是地面上平行于航线 的一条很窄的影像。
多光谱摄影机
• 对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影像的 摄影机，是充分利用地物在不同光谱区有不同 的反射来增多获取目标的信息量，以便提高影 像的判读和识别能力。
卫星名称 Landsat-1 Landsat-2 Landsat-3 Landsat-4 Landsat-5 Landsat-6
Landsat-7
发射时间 72. 7. 23 75. 1. 22 78. 3. 5 82. 7. 16 84. 3. 1 93. 10. 5
99. 4. 23
传感器 RBV MSS RBV MSS RBV MSS MSS TM MSS TM
传感器类型
• 按记录方式:成像方式、非成像方式 • 按工作波段分:可见光、红外、微波 • 按工作方式分:主动、被动
成
被动式
像
传
感
器
主动式
光学摄影类型
框幅摄影机 缝隙摄影机 全景摄影机 多光谱摄影机
光电成像类型
成像光谱仪 测视雷达 全景雷达
TV摄影机 扫描仪 电荷耦合器件CCD
面阵成像光谱仪 线阵成像光谱仪 真实孔径雷达 合成孔径雷达
• 轨道特征:中等高度,圆形,近极地,太阳同步,可 重复轨道
• 数据产品:图象产品、CCT磁带
多功能平台
太阳能电池板
HRV
卫星名称 SPOT-1 SPOT-2 SPOT-3 SPOT-4 SPOT-5
地质雷达常见图像特征研究
摘 要 : 讨 论了剖面法地质雷达测量方式的雷达波时距曲线，应用理论时距曲线分析了实际工程中地质雷达剖面图常见图像特
征 ，并结合实际案例进行说明，对地质雷达探测现场测线布置、后期数据处理及目标与干扰图像识别研究具有一定的指导意义。
关 键 词 :地质雷达，电磁波，时距曲线,剖面图
中 图 分 类 号 : P624
( 1)
c V ~ --------f e■ ',
( 2)
其 中 y 为雷达波传播时间^为雷达波传播时间速度;C 为真
Reflector
R
vv
V\
图3 反射体与测线位于同一直线
图 4 剖面图上有振幅很强的直线形反射波同相轴，用速度拟
合 其 斜 率 为 0.135，则 雷 达 波 速 为 0. 27 m/ n s ，接近真空中电磁波
播,t)»0.3 m /n s ,则图像的斜率约为0.15。
t = (r + 2x)/v
(3)
T 和 接 收 天 线 R 中点）和 时 间 分 布 ，研究剖面图图像特征须明确
雷达波时距曲线。
水平层状反射界面（如 图 1 所 示 ）的 时 距曲线由式（1 )决 定 ，
剖面图图像也呈水平层状。
\/4 h2 + r2 /v
文献标识码:A
〇 引言
地 质 雷 达 在 近 十 几 年 的 时 间 内 逐 渐 成 熟 起 来 。该 法 以 其 操
T …,厶.二 :
作简便、图像直观、分辨率高、成果解释可靠、成 本 低 廉 等 优 点 ，在
浅层地质调查中有着非常广泛的应用前景。
地 质 雷 达 采 用 高 频 电 磁 波 的 形 式 进 行 地 下 介 质 的 探 测 ，其运
第三章 第五节 探地雷达技术
（一）探地雷达在工程地质勘察中的应用 大型工程建筑对地基质量要求很高，当地
下工程地质条件横向变化较大时，常规的钻 探工作由于只能获得点上的资料，无法满足 基础工程施工对地质条件的要求，而探地雷 达由于能对地下剖面进行连续扫描，因而在 工程地质勘察中得到了广泛的应用。
1、基岩面的探地雷达探测 高层建筑对地基的附加应力影响深、范 围广，对地基土的承载力要求高。当场地的 地基土层软弱，而在其下不太深处又有较密 实的基岩持力层时，常常采用进入基岩的桩 基础，在基岩面起伏剧烈地区，详细描述基 岩面的起伏对桩基础设计有重要意义。
图3.5.4 相距0.5m的五个天线聚焦后的天线辐射方向极化图
三、探地雷达的数据处理与成果表达 （一）探地雷达的数据处理方法 探地雷达数据处理的目的是对原始雷达记 录进行初步加工处理，目标是压制随机的和 规则的干扰，以最大可能的分辨率在探地雷 达图像剖面上显示反射波，提取反射波的各 种有用参数 (包括振幅、波形、频率等)，使实 测的雷达资料更便于计算机处理解释。
250、500、800、1000 MHz
生产商 Geophysical
Survey Systems, Inc
Snsor ＆ Software
Inc.
MALA GEOSCIENCE
四、探地雷达的应用 探地雷达是一种高分辨率探测技术，可以 对浅层地质问题进行详细填图，也可以对地下 浅部埋藏的目的体进行无损检测。由于电子技 术与数字处理技术的发展，使探地雷达的分辨 率与探测深度大大提高，探地雷达已在工程地 质勘察、灾害地质调查、地基基础施工质量检 测、考古调查、管线探测、公路工程质量检测 等多个领域中得到了广泛应用。下面介绍探地 雷达在两个领域中的应用。
探地雷达所用的电磁波有一较宽的频谱， 频段远大于一般的地面电磁法，属于分米波。 图3·5·1为探地雷达探测原理图，发射天线 和接收天线紧靠地面，由发射机发射的短脉冲 电磁波经发射天线辐射传入大地，电磁波在地 下传播过程中遇到介质的分界面后便被反射或 折射，反射回地面并被接收天线接收的电磁波 ，我们称为回波。显然，根据回波讯号及其传 播时间便可判断电性界面的存在及其埋深。
03地质雷达图像解译(罗利锐)
地质雷达图像解释地质雷达探测的最终目的是雷达图像的解释，即在数据处理后得到的地质雷达图像剖面中，根据反射波组的波形与振幅强度，通过对同相轴的追踪，结合现有的地质资料，确定反射波组的地质含义。
在隧道超前地质预报中，通过掌子面及其后方左右壁的地质描述，结合先前的地质勘察资料，对地质雷达图像做出合理的解释，并对开挖后的地质情况进行验证，以提升解译水平，提高后续预报的准确率。
①反射层的拾取确定具有一定形态特征的反射波组是拾取反射层的基础，识别各种介质层的反射波组特征的主要判断依据如下。
(1)反射波组的同相性在地质雷达图像剖面上，根据相邻道上反射波的对比，把不同道上同一个反射波相同相位连结起来的对比线称为同相轴。
只要地下介质中存在电性差异，在雷达图像剖面上就会有相应的反射波与之对应。
一般在无异常(如地质构造、缺陷等)的测区，同一个波组的相位特征，即波峰、波谷的位置沿测线基本上不变化或以缓慢的视速度传播，因此同一个反射体往往有一组光滑平行的同相轴与之对应，这就是所谓的反射波组的同相性。
(2)反射波形的相似性地质雷达测量使用的点间距(即两相邻触发点时间内地质雷达大线移动的距离)很小，被测介质的变化在一般情况下比较平缓，因此，相邻记录道上同一反射波组形态的主要特征保持不变。
(3)反射波组形态特征同一介质层的电性特征比较接近，而不同介质层的电性特征差异相对较大，因此，同一介质层反射波组的波形、波幅、周期及其包络线形态等具有一定的特征。
根据反射波组的特征在雷达图像剖面中拾取反射层，一般是从垂直走向的测线开始，逐条测线进行，最后拾取的反射层必须能在全部测线中连接起来。
②时间剖面的解释由介质层的反射波组特征划分反射波组后，就需要依据反射波的同相性和相似性进行介质层的追索与对比。
在进行时间剖面的对比时，除了掌握地质雷达反射波组的特征外，还应掌握一些具体的对比方法。
(1)掌握充分的地质资料，分析测区的地质构造特征。
进行时间剖面的对比前，收集详细的地质资料，掌握掌子面的地质构造特征。
规则大证雷达辅导讲义
H：水平波束宽度；d：光点角尺寸
（二）雷达方位分辨力：
H
The bearing angle of same
H
target but different range 方位分辨力
1、影响方位分辨力的设备因素
①水平波束宽度②屏幕像素③使用量程
2、影响方位分辨力的气象海况因素 光栅扫描雷达较严重，横向回波闪烁误差通常在1～
的理论最小探测距离与安装最小观测距离中的较大者。
按照最新性能标准，2008年7月1日之后安装的雷达，在晴好天气，天线 高于水面15 m且本船静止时，雷达在不做任何其他调整仅改变量程时，能够
在40 m~1 n mile的水平距离中连续观测到表5-1-1中所列的典型导航浮标。
二、雷达目标分辨能力
（一）雷达距离分辨力
雷达分辨相同方位相邻两个点目标的能力，称为距离分辨力。
1．影响距离分辨力的设备因素
①脉冲宽度 ②屏幕像素 ③接收系统通频带失真
距离分辨力
像信目 脉 信 目
显
素号标 冲 号 标
示
失处 A 宽 处 B
边
真理
度理
缘
失
失
真
真
图 5-1-3 距离分辨力
2．影响距离分辨力的气象海况因素
恶劣气象海况造成目标与本船之间的相对运动、涌 浪颠簸 ，使得回波在屏幕上显示的位置和回波强度不稳 定的现象（回波闪烁 ），引起目标前后沿位置模糊 。
一、雷达目标探测范围
（一）目标最大探测距离
目标最大探测距离是指在雷达显示器上能够辨识该目
标的最远距离，表征着雷达发现远距离目标的能力。
取决于：
1）目标雷达探测地平
侧视雷达图像的几何特征
3.2.3 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像在垂直飞行方向（y）的像点位置是以飞机的目标的斜距来确定，见图3-27所示，称之为斜距投影。
图像点的斜距算至地面距离为：（3-17）飞行方向（x）则与推扫式扫描仪同。
由于斜距投影的特性，产生以下几种图像的几何特点：1、垂直飞行方向（y）的比例尺由小变大，见图3-28所示。
地面上有A、B、C 三段距图3-27斜距投影离相等，投影至雷达图像上为a、b、c。
由于c>b>a，因此。
显然这是由于com的作用造成的。
从图3-27中可知：地面上AB线段投影到影像上为ab,比例尺为：（3-18）弧线Aaˊ┴SB。
假定：弧线近假为直线段，并且∠AaˊB也近似为直角。
则变成通式（3-19）考虑到实测的斜距是按比例尺缩小为影像，因此在侧视方向上的比例尺为：（3-20）可见，°，cos，即趋于0°时比例尺大，而°，cos，即趋于90°时比例尺小。
2、山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长，与中心投影相反，还会出现不同地物点重影现象。
如图3-29所示，地物点AC之间的山坡在雷达图3-28 侧视雷达影像的比例尺图像上被压缩，在中心投影像片上是拉伸，CD之间的山坡出现的现象正好相反。
地物点A和B在雷达图像上出现重影，在中心投影像片中不会出现这种现象。
图3-29重影现象3、高差产生的投影差亦与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同。
见图3-30所示。
投影差(3-21)而(3-22)图3-30投影差由于所以取（3-23）当△h>0时，也大于0为正值，反之为负值。
投影差改正时用加法：。
雷达图像分析
海浪真尾迹：影响观测
降水真尾迹：影响观测
降水真尾迹：影响观测
降水真尾迹：影响观测
降水真尾迹：影响观测
降水真尾迹：影响观测
降水真尾迹/错误抑制
降水真尾迹/错误抑制
增益不足：目标观测不利
增益不足：目标观测不利
B类AIS目标雷达回波丢失
B类AIS目标雷达回波丢失
B类目标雷达回波丢失/误差
AIS与雷达目标误差
AIS与雷达目标误差
雷达-AIS目标：部分误差
雷达-AIS目标：误差较小
雷达-AIS目标：精度较高
AIS AtoN
AIS AtoN
AIS AtoN
降水/海浪杂波
降水杂波
降水杂波
旁瓣回波旁瓣回波
雷达—AIS目标误差
非稳定方式 目标尾迹
不恰当设置
不恰当设置
不恰当设置
非稳定方式 目标尾迹
非稳定方式 目标尾迹
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
真尾迹有利于发现杂波中的动目标
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面实际距离并不保持恒定的比例关系，图像产生不 均匀畸变
制作：王瑞雪 2010-5-20
前视收缩(fore shortening—scale distortion)
▪ 缩短效应，透视收缩 ▪ 即雷达图像上所有前坡(面向传感器一侧)长度缩短，
D
Pa R
D
D 雷达天线孔径 R 距目标地物的距离
制作：王瑞雪 2010-5-20
了解
Pa R D
合成孔径侧视雷达方位分辨率
Pa D 2
D 雷达天线孔径
制作：王瑞雪 2010-5-20
了解
P32图3-23
pd 不变，
pg 随俯角不同而变化
四栋楼房A、B、C、D， 距离AB=CD， 哪两栋楼房 能够区分开？
▪ 延伸效应 ▪ 因地势起伏，地理位置远但地势高的地物产生的回波可能会
早于地理位置近但是地势低洼的地物产生的回波，因此，
▪ 当雷达接收到物体上部回波先于下部回波时，在成像处理时 物体的上部得以显示，产生目标倒置的视觉效果，称为叠掩。
▪ 一般情况下，叠掩出现在小入射角的时候，在星载雷达图像 上较为普遍。
制作：王瑞雪 2010-5-20
第三章 遥感成像原理与图像特征
第二节 微波遥感图像特征
制作：王瑞雪 2010-5-20
制作：王瑞雪 2010-5-20
一、被动微波遥感
▪ 20 世纪70 年代末以来, Nimbus 卫星系列和 美国国防气象卫星计划(DMSP) 上开始搭载 一系列被动微波传感器升空
制作：王瑞雪 2010-5-20
回波的强弱主要影响因素
▪ 地物表面的粗糙度 ▪ 极化方式 ▪ 地物的物理电学特性
制作：王瑞雪 2010-5-20
多种极化方式
▪ 水平极化——H 电场向量与地面平行 ▪ 垂直极化——V 电场向量与地面垂直
▪ HH ▪ HV ▪ VV ▪ HH
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多波段、多极化雷达影象
中国昆仑山地区雷达影象 制作：王瑞雪 2010-5-20
斜距图像的比例失真(scale distortion)
▪ 近距离压缩 ▪ 雷达的侧视带状成像，沿距离向用斜距显示，同样
▪ 斜距分辨率Pd
▪ 地距分辨率Pg
pd c
2
为雷达脉冲宽度
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pg c 2 cos
侧视雷达成像特点
▪ 侧视成像 ▪ 透视能力 ▪ 多种极化方式 ▪ 多波段 ▪ 比例尺在横向发生畸变 ▪ 地形起伏引起位移
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侧视雷达穿透深度示意图
制作：王瑞雪 2010-5-20
This image shows the variation of such temperatures (in degrees Kelvin) overS and the waters of the Gulf of Mexico.
制作：王瑞雪 2010-5-20
☆ 二、主动微波遥感
----侧视雷达、合成孔径雷达
制作：王瑞雪 2010-5-20
制作：王瑞雪 2010-5-20
地面分辨率参数
▪ 方位向分辨率Pa
▪ 距离向分辨率
✓ 斜距分辨率Pd ✓ 地距分辨率Pg
▪ 类似于行距和列距
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Pa R
真实孔径雷达的方位分辨率
Pa R
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地形起伏引 起位移
▪ 缩短效应 （foreshort enting）
▪ 延伸效应 （layover）
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☆ 雷达遥感的信息特征
(1) 雷达影像的色调差异主要取决于回波的强弱 (2) 一般来说,距离近的物体回波强,距离远的物体回波较弱 (3) 金属物体往往都有较强的回波 (4) 平行于航向的物体回波较强 (5) 受地形起伏的影响,雷达波不能到达之处,形成雷达阴影 (6) 受天线角度影响,地面镜面目标无回波 (7) 在雷达影像上,线状地物一般比较清晰 (8) 雷达影像的立体感较强
▪ detecting soil moisture and temperature ▪ near-surface bedrock geology ▪ Assessing snow melt conditions ▪ Tracking sea ice distribution ▪ assessing sea surface temperature
制作：王瑞雪 2010-5-20
▪ a SSM/I-derived map of polar ice in the Arctic, with the left panel showing winter distribution and the right depicting summer ice.
制作：王瑞雪 2010-5-20
a C-band airborne SAR image of an experimental station at Maricopa, AZ near Phoenix
▪ The darker fields are those with both higher moisture and growing crops which, in this case, produce less returns to the SAR receiver.
而后坡长度伸长。在像平面上前坡比它自身表现得 更短、更陡、更亮；后坡比它自身表现得更长、更 缓、更暗。 ▪ 由于雷达按时间序列记录回波信号，因而入射角与 地面坡度角的不同组合，使其出现程度不同的前视 收缩现象。
制作：王瑞雪 2010-5-20
叠掩现象(Layover—relief displacement)