微波遥感与成像侧视雷达工作原理

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1、13.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波波段划分微波波段划分第1页/共37页23.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感的特点：1、能全天候、全天时工作2、对某些地物具有特殊的波谱特征：在微波波段，水的比辐射率为0.4，冰的比辐射率为0.99；而在红外波段，水的比辐射率为0.96，冰的比辐射率为0.92。3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。4、对海洋遥感具有特殊意义：适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测 5、分辨率较低，但特性明显。第2页/共37页33.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感方式：主动和被动第3页/共37页43.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感传感器

2、分类主动方式被动方式1、雷达（侧视雷达）：成像2、微波高度计：不成像3、微波散射计：不成像1、微波辐射计：成像2、微波散射计：不成像第4页/共37页53.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感传感器分类微波散射计：测量地物的散射或反射特性微波散射计：测量地物的散射或反射特性微波高度计：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，微波高度计：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。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。根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。第5页/共37页63.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感传感器分类

3、微波辐射计微波辐射计 微波辐射计主要用于探测地面各点的微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度亮度温度并生成亮度温度图像。由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。通其发射强度与自身的亮度温度有关。通过过 扫描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图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对地面物体状况的探测很有意义。有意义。亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。第6页/共37页73.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感传感器分类侧视雷达侧视雷达 侧视雷达是在飞机或卫星平台上由

4、传感器向与飞行方向垂直的侧面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,发射发射一个窄的波束一个窄的波束,覆盖地面上这一侧面的一个条带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然后接收在这一条带上地物的反射波的反射波,从而形成一个图像带。随着飞行器前进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不断地发射这种脉冲波束,又不断地接收回波又不断地接收回波,从而形成一幅一幅的雷达图像。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

5、回波也同时出现时间差，才有可能区间先后差异，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。分目标的不同部位。第7页/共37页8合成孔径雷达合成孔径雷达 合成孔径雷达与侧视雷达类似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。置不同，记录的回波相位和强度都不同。目的：提

6、高图象在飞行方向的分辨率。目的：提高图象在飞行方向的分辨率。3.4 微波遥感与成像微波遥感与成像微波遥感传感器分类第8页/共37页93.4 微波遥感与成像微波遥感与成像侧视雷达工作原理 雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当雷达发射器通过天线在很短的微秒级时间内发射一束能量很强的脉冲波，当遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。遇到地面物体时，被反射回来的信号再被天线接收。由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。由于系统与地物距离不同，同时发出的脉冲，接收的时间不同。第9页/共37页10遥遥感感平平台台向向前前飞飞行行，天天线线发发射射和和接接

7、收收雷雷达达脉脉冲冲交交替替进进行行；在在波波束束宽宽度度范范围围内内，地地面面不不同同的的地地物物由由于于距距离离不不同同而而在在不不同同的的时时间间反反射射回回波波。反反射射回回波波的的信信号号记记录录一条图象扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来一条图象扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来3.4 微波遥感与成像微波遥感与成像侧视雷达工作原理第10页/共37页113.4 微波遥感与成像微波遥感与成像侧视雷达工作原理有关术语A：飞行方向；：飞行方向；B：天底方向：天底方向E：方位向；：方位向；D：距离向；：距离向；C：扫描宽度：扫描宽度第11页/共37页123.4 微波遥感与成像微波遥感与

8、成像侧视雷达工作原理有关术语A入射角;B视角;C斜距;D地距;俯角第12页/共37页133.4 微波遥感与成像微波遥感与成像侧视雷达工作原理有关术语A:近射程（near range）;B:远射程（far range）第13页/共37页143.4 微波遥感与成像微波遥感与成像侧视雷达工作原理距离分辨力Pg在侧视方向的分辨率在侧视方向的分辨率距离分辨率距离分辨率 Pg=c /2sin 脉冲持续期（脉冲宽度），脉冲持续期（脉冲宽度），视角，视角，c光速光速q越大（俯角（越大（俯角（90-）越小），越小），Pg越小，分辨率越高越小，分辨率越高即：距离越近，距离向分辨率即：距离越近，距离向分辨率越低越低

9、/2第14页/共37页15距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反沿航线方向的分辨率沿航线方向的分辨率方位分辨率，沿迹分辨率方位分辨率，沿迹分辨率 Pa=*Rb波束宽度，波束宽度，R天线到该像元的倾斜距离天线到该像元的倾斜距离b=/l,波长，波长，l天线长度天线长度 Pa=(/l)*R天线越长，天线越长，Pa越小，方位分辨率越高越小，方位分辨率越高3.4 微波遥感与成像微波遥感与成像侧视雷达工作原理方位分辨力Pa第15页/共37页163.4 微波遥感与成像微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达（合成孔径雷达（SAR，Syn

10、thetic Aperture Radar）,也是侧视雷达。也是侧视雷达。基本原理：基本原理：基本原理：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。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，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

11、成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象形成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象第16页/共37页173.4 微波遥感与成像微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第17页/共37页183.4 微波遥感与成像微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为：ra=l/2 l为天线长度第18页/共37页193.4 微波遥感与成像微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第19页/共37页203.4 微波遥感与成像微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第20页/共37页213.4 微波遥感与成像微波遥感与成像合成孔径雷达工作原理第21页/共37页223.5 遥感图像的

12、特征遥感图像的特征几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点；几何特征：目标地物的大小、形状及空间分布特点；物理特征：目标地物的属性特点；物理特征：目标地物的属性特点；时间特征：目标地物的变化动态特点时间特征：目标地物的变化动态特点 第22页/共37页233.5 遥感图像的特征遥感图像的特征 遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表征图象分辨地面遥感图象上能够详细区分的最小单元的尺寸，是用来表征图象分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。像元（像元（pixel）：将地面信息单元离散化而形成的格网单元，

13、单位为米，）：将地面信息单元离散化而形成的格网单元，单位为米，是组成图象的基本单元。像元越小，空间分辨率越高；是组成图象的基本单元。像元越小，空间分辨率越高；像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表像解率是用单位距离内能分辨的线宽或间隔相等的平行细线的条数来表示，如线示，如线/毫米或线对毫米或线对/毫米；毫米；瞬时视场角瞬时视场角(instantaneous field of view,IFOV):指传感器的张角及瞬指传感器的张角及瞬时视域，又称时视域，又称角分辨率角分辨率。传感器在某一时刻所能感测的外来光（或其它电磁波）所来自的传感器在某一时刻所能感测的外来光（或其它电

14、磁波）所来自的空间角度区域空间角度区域空间分辨率第23页/共37页24分辨率（像元大小）分辨率（像元大小）=平台高度平台高度*角分辨率（弧度）角分辨率（弧度）D=H*IFOV如，飞机飞行高度如，飞机飞行高度8000米，角分辨率为米，角分辨率为2.5毫弧度，则地面分辨率为：毫弧度，则地面分辨率为：8000m*2.5*10-3=20m3.5 遥感图像的特征遥感图像的特征空间分辨率第24页/共37页25不同空间分辨率的图象第25页/共37页261米第26页/共37页2710米第27页/共37页2830米第28页/共37页2980米第29页/共37页30传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔

15、。传感器在接收目标辐射的光谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高间隔愈小，分辨率愈高或：所记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，越宽，分辨率越低或：所记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，越宽，分辨率越低不同光谱分辨率的传感器对同一地物的探测效果有很大区别；不同光谱分辨率的传感器对同一地物的探测效果有很大区别；如如MSS（100-200nm）、）、AVIRIS（10 nm）传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能取得好效果感测人体选择感测人体选择8-12 m,探测森林火灾应选择探测森林火灾应选择3-5 m波谱分辨率3.5

16、 遥感图像的特征遥感图像的特征第30页/共37页313.5 遥感图像的特征遥感图像的特征波谱分辨率第31页/共37页323.5 遥感图像的特征遥感图像的特征波谱分辨率第32页/共37页333.5 遥感图像的特征遥感图像的特征辐射分辨率 传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图象上表现为每一传感器接收光谱信号时，能分辨的最小辐射差。在遥感图象上表现为每一像元的辐射量化级像元的辐射量化级(D)。如如6bit,7bit,8bit,11bit,一个一个6-bit 的传感器可以记录的传感器可以记录26级（级（64）的亮度值，）的亮度值，一个一个8-bit 的传感器可以记录的传感器可以记录28级

17、（级（256）的亮度值，）的亮度值，一个一个12-bit 的传感器可以记录的传感器可以记录212级（级（4096）的亮度值）的亮度值第33页/共37页348-bit256 greys6-bit64 greys4-bit16 greys3-bit8 greys2-bit4 greys1-bit2 greys辐射分辨率第34页/共37页35Maximum brightness=255Maximum brightness=127辐射亮度范围第35页/共37页36对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，（重访周期）（重访周期）短：一天内的变化，小时为单位短：一天内的变化，小时为单位中：一年内的变化，以天为单位中：一年内的变化，以天为单位长：以年为单位长：以年为单位LANDSAT：16 天；天；CBERS：26天；天；太阳同步气象卫星：太阳同步气象卫星：0.5天天动态监测动态监测3.5 遥感图像的特征遥感图像的特征时间分辨率第36页/共37页37感谢您的观看！第37页/共37页