微波散射计
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l SASS的工作频率为14．6GHz l 利用4根双极化(VH)扇形波束天线
Seasat卫星
Seasat SASS
Ø 天线指向±45° Ø 入射角变化范围25~55° Ø 幅宽：500km，分辨率50km Ø 风速观测范围：4~24m/s Ø 风速准确度：2m/s Ø 风向准确度：20°
ADEOS NSCAT
微波遥感概论
7. 微波散射计
禹卫东
中国科学院电子学研究所 航天微波遥感系统部
课程安排
1. 绪论 2. 电磁波理论 3. 微波与物质相互作用 4. 微波天线基础 5. 微波辐射计 6. 雷达高度计 7. 微波散射计 8. 雷达基础 9. 合成孔径雷达
微波散射计
微波散射计(Microwave Scatterrometer)是对 有起伏的物体表面发射电磁波，并接收从其表面 散射回波功率的遥感设备，可以测量目标散射强 度，即雷达后向散射系数σ0，用以研究目标的散 射特性。
我国海洋二号卫星散射计
l 2011年8月16日，海洋二号卫星（HY-2)在太原卫星发射中 心成功发射；
l HY-2卫星共装载4个有效载荷，分别为雷达高度计、微波 散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计；
l 微波散射计采用圆锥扫描方式，全球海面矢量风场观测
海洋二号卫星
海洋二号卫星散射计获取的全球风场
• 其中主动微波探测仪(AMI)为微波散射计，工作于C波段 （5.3GHz），具有成像、测风和测浪3种工作模式。
• ERS-1/2 AMI使卫星散射计的风场测量进入业务化运行 阶段。
ERS-1/2卫星
ERS-1/2 AMI
• AMI通过测量海面的后向散射信号，可以确定海面后向散 射系数，然后使用经验模式（COMD4）反演模式反演出 海平面风场特性，如海平面的风速大小、风向。
谢谢！
接收功率 —> σ0
Pr
Pt Gt
4R2Biblioteka ( 0 S)1
4R2
Ar
0
• Pr为后向散射信号的能量 • Pt为发射脉冲的能量 • Gt为天线增益 • S为散射计天线波束照射到目标区域的面积
• σ0为目标后向散射系数 • λ为波长
• Ar为天线面积 • R为目标距离
σ0 —> 目标特性
σ0 = f ( λ，PL，θ, φ，ε，Δh, ......)
λ：波长（频率） PL：极化 θ: 入射角 φ：方位角 ε ：介电常数 Δh：表面粗糙度 ......：目标其他特性（海面风速、风向）
散射计反演海面风速、风向
• σ0随海面风速的平方而增加 • σ0相对于方位角以二次余弦而变化，与风向有依赖关系。
σ0 = A+ Bcosφ+Ccos2φ A、B、C为与频率、极化、入射角和风速的常数
测量的不确定性
• σ0是多个参数的函数，“多对1” • 从σ0到目标特性的映射，“1对多”，多解
• 必须用多角度、多方向、多极化来减少解的不 确定性。
微波散射计的组成
• 发射机 • 天线（收发共用） • 接收机 • 平方律检波器 • 内定标器 • 数据处理器
散射计观测目标的方式
由散射计天线波束的照射形式决定
圆锥扫描笔形波束
国外典型微波散射计
Seasat SASS
l 1978年6月美国发射了世界第一颗海洋卫星Seasat-A，其 中装载了5种遥感器。散射计SASS的主要任务是绘制全球 海洋表面风场图，包括风向和风速。
l 在轨运行105天，海洋卫星上的仪器所获得的全球海面风 向风速资料相当于以前一个世纪以来船测资料的总和。
l NASA研制的NSCAT微波散射计搭载于日本NASDA的 ADEOS卫星，在轨1996.8~1997.7
l 工作频率为13．995GHz l 利用 6 根扇形波束天线在三个视向上测量地表面的后
向散射，分别为：45°、115°、135°。 l 前后视波束采用VV极化，入射角在22~63°之间。中间
波束双极化，入射角在18~51°之间。 l 扫描刈幅：600km，分辨率25km。
ERS-1/2 AMI
• ERS-1/2（ Remote Sensing Satellite）由欧洲空间局 (ESA)研制，分别于1991年和1995年发射；
• 卫星上装载包含SAR、散射计、雷达高度计、辐射计等 多种遥感载荷；
• 为了消除散射计数据解译时的风向模糊，AMI散射计采用 前、中、后不同角度的三根单极化天线，分别从45°、90°、 135°三个方向上进行测量。
• 风速范围1-24m/s, 误差精度2m/s, 风向范围0-360°，误差精 度20°
ERS1散射计测量示意图
QuikScat
• NASA/JPL, 1999.7~2009.11在轨 • Ku波段散射计，圆锥扫描 • GMF模型反演风速风向
地面散射计
散射计-海风
散射计-小麦
散射计-积雪
散射计-玉米
地面散射计
散射计-海冰
散射计-果树
散射计-水稻
微波散射计
Ø 接收目标后向散射功率 Ø 计算目标后向散射系数 Ø 推算分析目标特性 与合成孔径雷达相比：
l 分辨率较低，几公里到几十公里，非成像 l 只测量强度信息，发射接收通道设计简单 l 需要对强度和功率值进行精确标定
Seasat卫星
Seasat SASS
Ø 天线指向±45° Ø 入射角变化范围25~55° Ø 幅宽：500km，分辨率50km Ø 风速观测范围：4~24m/s Ø 风速准确度：2m/s Ø 风向准确度：20°
ADEOS NSCAT
微波遥感概论
7. 微波散射计
禹卫东
中国科学院电子学研究所 航天微波遥感系统部
课程安排
1. 绪论 2. 电磁波理论 3. 微波与物质相互作用 4. 微波天线基础 5. 微波辐射计 6. 雷达高度计 7. 微波散射计 8. 雷达基础 9. 合成孔径雷达
微波散射计
微波散射计(Microwave Scatterrometer)是对 有起伏的物体表面发射电磁波，并接收从其表面 散射回波功率的遥感设备，可以测量目标散射强 度，即雷达后向散射系数σ0，用以研究目标的散 射特性。
我国海洋二号卫星散射计
l 2011年8月16日，海洋二号卫星（HY-2)在太原卫星发射中 心成功发射；
l HY-2卫星共装载4个有效载荷，分别为雷达高度计、微波 散射计、扫描微波辐射计和校正微波辐射计；
l 微波散射计采用圆锥扫描方式，全球海面矢量风场观测
海洋二号卫星
海洋二号卫星散射计获取的全球风场
• 其中主动微波探测仪(AMI)为微波散射计，工作于C波段 （5.3GHz），具有成像、测风和测浪3种工作模式。
• ERS-1/2 AMI使卫星散射计的风场测量进入业务化运行 阶段。
ERS-1/2卫星
ERS-1/2 AMI
• AMI通过测量海面的后向散射信号，可以确定海面后向散 射系数，然后使用经验模式（COMD4）反演模式反演出 海平面风场特性，如海平面的风速大小、风向。
谢谢！
接收功率 —> σ0
Pr
Pt Gt
4R2Biblioteka ( 0 S)1
4R2
Ar
0
• Pr为后向散射信号的能量 • Pt为发射脉冲的能量 • Gt为天线增益 • S为散射计天线波束照射到目标区域的面积
• σ0为目标后向散射系数 • λ为波长
• Ar为天线面积 • R为目标距离
σ0 —> 目标特性
σ0 = f ( λ，PL，θ, φ，ε，Δh, ......)
λ：波长（频率） PL：极化 θ: 入射角 φ：方位角 ε ：介电常数 Δh：表面粗糙度 ......：目标其他特性（海面风速、风向）
散射计反演海面风速、风向
• σ0随海面风速的平方而增加 • σ0相对于方位角以二次余弦而变化，与风向有依赖关系。
σ0 = A+ Bcosφ+Ccos2φ A、B、C为与频率、极化、入射角和风速的常数
测量的不确定性
• σ0是多个参数的函数，“多对1” • 从σ0到目标特性的映射，“1对多”，多解
• 必须用多角度、多方向、多极化来减少解的不 确定性。
微波散射计的组成
• 发射机 • 天线（收发共用） • 接收机 • 平方律检波器 • 内定标器 • 数据处理器
散射计观测目标的方式
由散射计天线波束的照射形式决定
圆锥扫描笔形波束
国外典型微波散射计
Seasat SASS
l 1978年6月美国发射了世界第一颗海洋卫星Seasat-A，其 中装载了5种遥感器。散射计SASS的主要任务是绘制全球 海洋表面风场图，包括风向和风速。
l 在轨运行105天，海洋卫星上的仪器所获得的全球海面风 向风速资料相当于以前一个世纪以来船测资料的总和。
l NASA研制的NSCAT微波散射计搭载于日本NASDA的 ADEOS卫星，在轨1996.8~1997.7
l 工作频率为13．995GHz l 利用 6 根扇形波束天线在三个视向上测量地表面的后
向散射，分别为：45°、115°、135°。 l 前后视波束采用VV极化，入射角在22~63°之间。中间
波束双极化，入射角在18~51°之间。 l 扫描刈幅：600km，分辨率25km。
ERS-1/2 AMI
• ERS-1/2（ Remote Sensing Satellite）由欧洲空间局 (ESA)研制，分别于1991年和1995年发射；
• 卫星上装载包含SAR、散射计、雷达高度计、辐射计等 多种遥感载荷；
• 为了消除散射计数据解译时的风向模糊，AMI散射计采用 前、中、后不同角度的三根单极化天线，分别从45°、90°、 135°三个方向上进行测量。
• 风速范围1-24m/s, 误差精度2m/s, 风向范围0-360°，误差精 度20°
ERS1散射计测量示意图
QuikScat
• NASA/JPL, 1999.7~2009.11在轨 • Ku波段散射计，圆锥扫描 • GMF模型反演风速风向
地面散射计
散射计-海风
散射计-小麦
散射计-积雪
散射计-玉米
地面散射计
散射计-海冰
散射计-果树
散射计-水稻
微波散射计
Ø 接收目标后向散射功率 Ø 计算目标后向散射系数 Ø 推算分析目标特性 与合成孔径雷达相比：
l 分辨率较低，几公里到几十公里，非成像 l 只测量强度信息，发射接收通道设计简单 l 需要对强度和功率值进行精确标定