第二章被动微波辐射计

第二章被动微波遥感原理及微

波辐射计

1黑体热辐射的－1.

Planck 定律Rayleigh Jeans 定律

a)－Planck 定律，Rayleigh Jeans 定律b)亮温，视温

22.

微波辐射计系统a)

天线系统，天线温度b)

热噪声，噪声温度，噪声系数c)

理想微波辐射计，迪克型辐射计d)微波辐射计空间分辨率，微波辐射计成像，不确)微波辐射计间分辨率微波辐射计成像不确定性原理

3.微波辐射计的遥感应用

a)微波辐射测量模型，极化效应，观测角效应，大气效应，表面粗糙度效应

土壤湿度海温海面盐度冰雪

b)土壤湿度，海温，海面盐度，冰雪

辐射测量基础

Planck 定律

2

1()52,hc B T λλ=exp 1hc ⎛⎞−⎜⎟kT λ⎝⎠

前面的是以波长为自变量以频率为自变量

二者如何转换？

Stefan －Boltzmann 定律

∞

∞4f B B d B df T λλ

σ===∫∫00

Wien位移定律

）对应的频率

最大辐射（B

f

）对应的波长

最大辐射（B

λ

换算回频率

二者不同！

微波辐射计

微波辐射计天线温度T T A =T au + τa ρs T ad + τa T s

微波辐射计

au

τT 大气

a ρs ad

τa T s T ad

地表

SSM/I Passive Microwave Radiometer Image of the Amazon Basin Obtained at a Frequency of the Amazon Basin Obtained at a Frequency of

85 GHz with Vertical Polarization

部分微波辐射计

部分微波辐射计：

g

MSR：Microwave Scanning Radiometer，MOS－1，2波段Dicke辐射计。

AMSR Advanced Microwave Scanning Radiometer ：Advanced Microwave Scanning Radiometer，

ADEOS－II上，6波段，4极化，5-60KM，NE d T: ,精度

0.3K, 精度：1K。

SSMR，Scanning Multi-channel Microwave Radiometer, Nimbus-7,

Nimbus7

AIMR, Airborne Imaging Microwave Radiometer, JPL SSM/I, Special Sensor Microwave/Imager, DMSP, 4波段，分辨率1545KM

－

地物的发射率（或叫比辐射率）

实际地物不是黑体，与电磁波作用存在吸收、反射和透射Kirchhoff定律，在热平衡状态下，不透明物体，吸收率等于发射率

1.能量守恒定律，吸收率＋反射率＋透过率＝1

2.一般不透明物体（半无限），透过率＝0，结合1，有

发射率＝吸收率＝1－反射率

4.反射率与地表粗糙度有关。粗糙度大，入射辐射在地物中

反射次数增加，吸收大大增加，所以发射率增加。

反射次数增加吸收大大增加所以发射率增加

5.反射率还与复介电常数有关。复介电常数的定义：

εεjε

＝’－”

ε’是实部，反映地物感应入射辐射的能力。

”ε是虚部，反映地物对辐射的吸收衰减能力，虚部越大，对辐射的吸收衰减越多。

土壤和水体的近似电磁特性

实部虚部介质波长电导率

(西门子/米)

海水3m~20cm 4.380774 20~25°C10cm 6.56939 28°C 3.2cm166530.7

32307蒸馏水23 °C 3.2cm126723

1103102006淡水湖1m-3-10-2800.06

0.60非常干燥的砂质土9cm0.032 1.62

9003162非常潮湿的砂质土9cm0.62432.4非常干燥的地面1m10-440.006

10-206潮湿地面1m300.6

典型地物在不同微波波长时的发射率

地物波长3cm8mm 目标

草地～1.0~1.0

098098沥青0.980.98

混凝土0.860.92

干沙0.900.86

038063水面0.380.63

金属面00

1.介电常数小的地物（如沙）反射率大

2.介电常数大的地物（如水）反射率小，水的

介电常数的实部远比其它地物大，反射率小，介电常数的实部远比其它地物大反射率小

只有般地物的40％90％

只有一般地物的％～

3.含水量高的土壤反射率比干燥土壤低

4.含水量是（主、被动）微波遥感的关键因素

•比辐射率与观测角度有关

•实际地物表面是粗糙表面，微波辐射的反射率般采用面散射理论计算

射率一般采用面散射理论计算

•反射的方向存在复杂的分布，分布情况由粗糙度决定

•粗略划分粗糙度，依据微波波长和角度

与微波辐射有什么关系？

天线（Antenna）

天线是自由空间传播的电磁波与传输线中传播的导波之间过渡的区域。作用类似光学遥感器中的透镜，在两种媒质间起转换器和换能器的作用，是两种空间的界面。