第1章电磁波及遥感物理基础

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电磁波的波动性
波的性质： 叠加 干涉 衍射 极化（偏振） 多普勒效应
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（1）叠加
电磁波的独立传播原理：数列波在传播过程 中，相遇后仍能保持它们各自原有的特性 （频率、波长、振幅、振动方向等）不变。 叠加：电磁波可以用无穷个正弦波叠加构成， 每个正弦波有它自己的振幅、频率和相位。
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（5）多普勒效应
概念：电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播
介质的运动，而使观察者接收到的频率发生 变化的现象，称为多普勒效应。如：
cv f1 f c v1
f：电磁波辐射源的频率 f1：观察者接收到的频率 c：波速 v：辐射源相对于介质的速度 v1：观察者相对于介质的速度
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电磁波来自百度文库粒子性
电磁波谱
名称 紫外线 可见光 近红外
红 外 线 中红外 远红外
波长范围 0.001—0.4μm 0.38—0.76μm 0.76—3.0μm
3—6μm 6—15μm
紫 0.38—0.43μm 蓝 0.43—0.47μm
青 0.47—0.50μm
绿 0.50—0.56μm 黄 0.56—0.60μm
超远红外
通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的轨迹 来表示电磁波的极化。根据轨迹分为线极化和圆极化。
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线（平面）极化和圆极化
平面极化（线极化）：电磁波的极化方向保持在固定
的方向上。水平H和垂直V极化为特例，
垂直（V）极化：极化面与大地法线面平行的极化。 水平（H）极化：极化面与大地法线面垂直的极化。 根据发射波和接收回波的极化组合HH、VV、正交极 化（VH、HV）
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（2）干涉
概念：频率相同，振动方向相同，相位差恒 定的两（或数）列波相遇时，合成波某些地 方振动始终加强，另一些地方振动始终减弱 的现象。 干涉条件：必须是单色波，如：激光、雷达 优点：能量增大，使图像清晰，方向性强； 缺点：同一物质，表现性质不同。 应用：微波遥感中的雷达是应用了干涉原理 成像的,其影像上会出现颗粒状或斑点状的特 征，对微波遥感的判读意义重大；INSAR(合 成孔径雷达干涉技术)干涉成像。
第一章 电磁波及遥感物理基础
河北联合大学
引言
遥感是在不接触的情况下，对目标或自然现 象远距离探测和感知的一种技术。 电磁波、机械波（声波）、重力场、地磁场 等都可以用作遥感，但一般而言，RS指的是 电磁波遥感。 遥感之所以能够根据收集到的电磁波来判断 地物目标和自然现象，是因为一切物体，由 于其种类、特征和环境条件的不同，而具有 完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。
毫米波
15—1000μm
1—10mm
橙 0.60—0.63μm
红 0.63—0.76μm
微 波
厘米波
分米波
1—10cm
10cm—1m
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不同波段电磁波在遥感中的应用
遥感采用的从紫外线一直到微波波段。举例军事 探测中，可见光-红外-微波 遥感就是根据感兴趣的地物的波谱特性，选择相 应的电磁波段，通过传感器探测不同的电磁波谱 的发射或反射能量而成像的。 任何温度高于绝对零度(即-273.15℃)的物体都 能产生红外辐射，例如太阳、大地、云雾、冰块、 建筑物、车辆等，由于其内部分子热运动的结果， 都会产生红外辐射。人眼不能感知红外辐射。 微波：波长在1mm-1m的波段范围内。该范围内可 再分为：毫米波、厘米波、分米波。用特定的字 母表示，如Ka，K，Ku，X，C，S，L，P。 19
电磁波的粒子性：电磁波的粒子性是指电磁 辐射除了它的连续波动状态外，还能以离散 形式存在。其离散单元称为光子或量子、光 量子。 光电效应：光子作为一种基本粒子，具有能 量和动量，量子的能量与波长成反比。 能量： E hv 动量： P h / 遥感中应用：如：热红外的探测较可见光波 段困难，为了获取足够能量，需在给定时间 内探测足够大的地表区域。
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（3）衍射
概念：光通过有限大小的障碍物或者小孔(窄 缝)时偏离直线路径，能够绕过障碍物的边缘 继续前进的现象称为光的衍射。 当孔（窄缝）跟波长相当时，甚至比波长还 要小时，衍射就十分明显。当孔（窄缝）比 波长过大或过小均不明显，可看作沿直线传 播。 应用：电磁波的衍射现象对设计遥感传感器 和提高遥感图像的几何分辨率具有重要意义。
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1.1.2 电磁波波谱
概念：按电磁波的波长的大小，依次排列画成图 表，这个图表叫做电磁波谱。 电磁波普序列：γ射线—X射线—紫外线—可见 光—红外线—微波—无线电波。范围非常宽，从 波长最短的γ射线到最长的无线电波，波长之比 高达10的22次方
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电磁波谱范围
图1-3 电磁波谱
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遥感应用的光谱范围
椭圆极化：当无线电波的极化面与大地法线面之间的 夹角从0～360°做周期的变化，就叫作椭圆极化波。 圆极化：旋转过程中，电场的幅度，即大小保持不变。 的叫右旋圆极化波.
左旋圆极化：向传播方向看去逆时针方向旋转。 右旋圆极化：向传播方向看去顺时针方向旋转。
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（4）极化（偏振）
极化产生：通过偏振器产生。 应用：用于遥感影像立体观察，遥感技术中的偏振摄影 和雷达成像就利用了电磁波的偏振这一特性。须经过测 试，才知道地物对雷达回波的极化特性的影响。
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内容提纲



概述 物体的发射辐射 地物的反射辐射 地物波谱特性的测定
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1.1 概述 1.1.1 电磁波
麦克斯韦电磁场理论:交互变化的电场和磁场 以有限的速度由近及远在空间内传播的过程 称为电磁波。 电磁波是一种横波，如下图具有波粒二象性
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电磁波的波动性
单色波可以用波函数来描述，是一个时空周 期性函数，由振幅A、相位θ、波长λ组成。 光在传播过程中，借助于他们的频率、振幅 和相位来区别物体的颜色（频率）、明暗 （振幅平方）、形状和远近（相位）。 一般成像：记录振幅 全息成像：记录振幅和相位
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（4）极化（偏振）
偏振：横波在垂直于波的传播方向上，电场强度振动矢 量偏于某些方向的现象。在微波技术中称为“极化”。 极化波（偏振波）：电磁波在空间传播时，若电场矢量的 方向保持固定或按一定规律旋转，这种电磁波便叫极化 波。 极化方向：极化电磁波的电场方向； 极化面：极化方向与传播方向所构成的平面。