07第七章-微波遥感课件.ppt

1、第七章 微波遥感微波遥感也称雷达遥感，微波遥感也称雷达遥感，利用微波探测获得的图像利用微波探测获得的图像也称雷达图像。也称雷达图像。雷达雷达（Radar）意为无线电测距）意为无线电测距和定位。雷达是由发射机和定位。雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。显示的一种传感器。教学内容l微波遥感的概念l微波遥感的优点l微波传感器的特点l侧视雷达和合成孔径雷达工作原理（难点）l侧视雷达图像

2、几何特点7.1概述l微波是指波长1mm1m(即频率300MHz30GHz)的电磁波。一、微波波段的划分一、微波波段的划分l常用的微波波长范围为0.830厘米。其中又细分为Ka、K、Ku、X、C、S、L等波段。ERS及RADARSAT利用C波段，日本的JERS利用L波段。C波段可以用来对海洋及海冰进行成像，而L波段可以更深地穿透植被，所以在林业及植被研究中更有用。l但是上述系统十分复杂和繁琐，很难使用.因此它被合理的系统替代了。新的系统就是按波长的长短从A排到K。老的 P-波段=新的 A/B 波段 老的 L-波段=新的 C/D波段 老的 S-波段=新的 E/F 波段 老的 C-波段=新的 G/H

3、 波段 老的 X-波段=新的 I/J 波段 老的 K-波段=新的 K 波段 l现在的雷达波段如下：二、微波遥感的特点l全天候、全天时工作能力。不受云、雨、雾的影响。可在夜间工作。l对物体的穿透能力强。对于冰雪、土壤、混凝土、岩石和植物都有不同程度的穿透，最深可有2030个波长。l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。l具有某些独特的探测能力。l广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。l二零零七年十二月十九日獲取的一幅ENVISAT ASAR圖像。三、微波传感器分类成像不成像主动方

4、式雷达（侧视雷达和合成孔径雷达）雷达高度计；微波散射计被动方式微波辐射计（一）非成像传感器l微波散射计：测量地物散射或反射特性。l雷达高度计：测量目标物与遥感平台的距离。机载散射计 机载海洋雷达高度计 它能给出，海洋波高、海面风速、平均海平面高度、海深特征、海盆、海流、海洋潮汐和海底地形等重要信息。频段包括:X，Ku。国家八六三计划微波遥感技术实验室（二）成像微波传感器l微波辐射计：微波辐射计：主要用于主要用于探测地面各点的亮度温探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。度并生成亮度温度图像。由于地面物体都具有发由于地面物体都具有发射微波的能力射微波的能力,其发射其发射强度与自身的亮度温度强度

5、与自身的亮度温度有关。通过扫描接收这有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应的些信号并换算成对应的亮度温度图亮度温度图,对地面物对地面物体状况的探测很有意义。体状况的探测很有意义。l侧视雷达侧视雷达是在飞机或是在飞机或卫星平台上由传感器卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的向与飞行方向垂直的侧面侧面,发射一个窄的发射一个窄的波束波束,覆盖地面上这覆盖地面上这一侧面的一个条带一侧面的一个条带,然后接收在这一条带然后接收在这一条带上地物的反射波上地物的反射波,从从而形成一个图像带。而形成一个图像带。随着飞行器前进随着飞行器前进,不不断地发射这种脉冲波断地发射这种脉冲波束束,又不断地接收回又不断地接收回

6、波波,从而形成一幅一从而形成一幅一幅的雷达图像。幅的雷达图像。SLR（side-looking radar）l合成孔径雷达（合成孔径雷达（SAR，synthetic aperture radar）：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器向与飞行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射和接收天线分成许多小单元,每一单元发每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于天线位置不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。同，记录的回波

7、相位和强度都不同。要分辨沿运动方向的点用要分辨沿运动方向的点用(短短)小天线很难实现，但是，如果飞小天线很难实现，但是，如果飞行器在运行当中发射一系列脉冲，并且记录回声的振幅和相位，行器在运行当中发射一系列脉冲，并且记录回声的振幅和相位，则这些回声信号可以组合，结果相当于这些信号同时从一个很则这些回声信号可以组合，结果相当于这些信号同时从一个很大大(长长)的天线发射出来。这个方法相当于的天线发射出来。这个方法相当于“合成合成”了一个远远了一个远远大于实际天线（也远远大于飞行器长度）尺度的天线。大于实际天线（也远远大于飞行器长度）尺度的天线。7.2 侧视雷达系统（SLR）的工作原理l雷达发射器通

8、过雷达发射器通过天线在很短的微天线在很短的微秒级时间内发射秒级时间内发射一束能量很强的一束能量很强的脉冲波，当遇到脉冲波，当遇到地面物体时，被地面物体时，被反射回来的信号反射回来的信号再被天线接收。再被天线接收。由于系统与地物由于系统与地物距离不同，同时距离不同，同时发出的脉冲，接发出的脉冲，接收的时间不同。收的时间不同。SLR中的天线称之为真实孔径雷达（RAR，real aperture radar）。一、工作原理遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行；在波束宽度范围内，地面不同的地物由于距离不同而在不在波束宽度范围内，地面不同的地

9、物由于距离不同而在不同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图像扫描线。同的时间反射回波。反射回波的信号记录一条图像扫描线。返回的信号被天线接收并记录下来返回的信号被天线接收并记录下来A入射角入射角;视角视角;C斜距斜距;D地距地距;俯角；俯角；E 近射程近射程;F 远射程远射程EF在侧视方向的分辨率在侧视方向的分辨率距离分距离分辨率辨率 rp=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-光速光速二、距离分辨率和方位分辨率二、距离分辨率和方位分辨率 二、距离分辨率和方位分辨率二、距离分辨率和方位分辨率沿航线方向的分辨率沿航线方向的分辨率方位分辨率方位分辨

10、率 ra=*R-波束宽度或波瓣角，波束宽度或波瓣角，R-天线到该像元的倾斜距离天线到该像元的倾斜距离=/l,-波长，波长，l-天线长度天线长度7.3合成孔径雷达l合成孔径雷达（合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）,也是侧视雷达。也是侧视雷达。利用短的天线，通过修改数据记录和利用短的天线，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。加长天线孔径来提高观测精度。l在沿飞行航迹方向上形成一个天线阵列，并与数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。据记

11、录和处理过程联系在一起。l在不同位置接收同一地物的回波信号，信号得到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，形成相干影象。的时间不同，相位和强度不同，形成相干影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象。经过复杂的处理，得到地面的实际影象。理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹的方向上，像理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹的方向上，像元尺寸（分辨率）为元尺寸（分辨率）为ra=l/2。请理解教材请理解教材166页的例题，再计算下面的习题。页的例题，再计算下面的习题。条件：条件：=2 cm=2 cm，l=8 ml=8 m，R=200 kmR=200 km。请计算：真实孔径雷达

12、请计算：真实孔径雷达 ，方位分辨率？合成孔，方位分辨率？合成孔径雷达径雷达 ，方位分辨率？，方位分辨率？7.4侧视雷达图像的几何特征P167-170l斜距图像的比例尺变化。斜距图像的比例尺变化。斜距显示的近距离压缩，斜距显示的近距离压缩，而远射程的地面部分则伸长，形成几何失真。而远射程的地面部分则伸长，形成几何失真。l透视收缩透视收缩(Foreshortening)和雷达叠掩和雷达叠掩(Layover)：前者指有地形起伏时，面向雷达一侧的斜坡在图像前者指有地形起伏时，面向雷达一侧的斜坡在图像上被压缩，而另一侧则延长。由于透视收缩，导致上被压缩，而另一侧则延长。由于透视收缩，导致前坡的能量集中，

13、显得比后坡亮。后者指观测角度前坡的能量集中，显得比后坡亮。后者指观测角度进一步减小时，斜坡顶部反射的信号比底部反射的进一步减小时，斜坡顶部反射的信号比底部反射的信号提前到达雷达。在图像上显示顶部与底部颠倒。信号提前到达雷达。在图像上显示顶部与底部颠倒。l背坡影像和雷达阴影（背坡影像和雷达阴影（shadow）：有地形起伏时，：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不到，产生阴影。背向雷达的斜坡往往照不到，产生阴影。7.5侧视雷达信息特点l对松散沉积物的表面结构反映明显l对与水有关信息的识别能力更强l对居民点及线性地物的表现尤为明显7.6微波遥感器及其遥感平台参见教材P178-183l海洋卫星l航天飞机成像雷达l加拿大遥感卫星RADARSATl欧空局的ERS和ENVISATl日本的JERS习题l1、名词解释：微波，距离分辨率，方位分、名词解释：微波，距离分辨率，方位分辨率，雷达阴影辨率，雷达阴影l2、问答题：、问答题：l（1）与可见光和红外波段遥感相比，微波）与可见光和红外波段遥感相比，微波遥感有哪些优点？遥感有哪些优点？l（2）微波传感器分为非成像和成像传感器，）微波传感器分为非成像和成像传感器，它们各自包括哪些传感器？它们各自包括哪些传感器？l（3）理解侧视雷达系统的工作原理。）理解侧视雷达系统的工作原理。