1、12 本章提要本章提要()第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 侧视雷达系统的工作原理侧视雷达系统的工作原理 第三节第三节 合成孔径雷达合成孔径雷达 第四节第四节 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征 第五节第五节 侧视雷达图像的信息特点侧视雷达图像的信息特点 第六节第六节 微波传感器及其遥感平台微波传感器及其遥感平台第七章第七章 微波遥感微波遥感3第一节第一节 微波遥感微波遥感微波波段的划分微波波段的划分微波遥感的优点微波遥感的优点微波辐射的特征微波辐射的特征微波传感器微波传感器4一、微波波段的划分一、微波波段的划分微波波段划分微波波段划分电磁波谱把波长在毫米级到电磁波谱把波长在毫
2、米级到千米级的幅度通称千米级的幅度通称无线电波无线电波。在这一区间，按照波长由短在这一区间，按照波长由短到长，又可分为亚毫米波、毫到长，又可分为亚毫米波、毫米波、厘米波、分米波、超短米波、厘米波、分米波、超短波、短波、中波和长波。波、短波、中波和长波。毫米波、厘米波和分米波三毫米波、厘米波和分米波三个区间称个区间称微波波段（微波波段（1mm-1m1mm-1m）。5微波遥感波段微波遥感波段6微波遥感波段微波遥感波段地球资源应用中的常用波段：地球资源应用中的常用波段：X,CX,C，L L波段波段波长增加，穿透能力增加。波长增加，穿透能力增加。在晴朗天气状况下，大气对于波长小于在晴朗天气状况下，大气
3、对于波长小于30mm30mm的微波略有衰减。随波长减小，衰减增大。的微波略有衰减。随波长减小，衰减增大。波长小于波长小于10mm10mm时，暴雨呈现强反射（用到了时，暴雨呈现强反射（用到了机载天气探测雷达系统）机载天气探测雷达系统）7微波遥感波段微波遥感波段ERSERS及及RADARSATRADARSAT利用利用C C波段，日本的波段，日本的JERSJERS利用利用L L波段。波段。C C 波段可以用来对海洋波段可以用来对海洋及海冰进行成像；及海冰进行成像；L L波段可以更深地穿透波段可以更深地穿透植被，所以在林业及植被植被，所以在林业及植被研究中更有用；研究中更有用；较长的波长可以穿透的较长
4、的波长可以穿透的更深，在冠层、树干及土更深，在冠层、树干及土壤间发生多次散射。壤间发生多次散射。8微波信号穿过植被的穿透性微波信号穿过植被的穿透性1厘米波长由树顶反射的微波信号1米波长由树顶、树干、地面反射的信号由树顶、树干反射的信号91 1、微波穿透云层、雾和小雨的能、微波穿透云层、雾和小雨的能力力 微波具有穿透云层、雾和小雨微波具有穿透云层、雾和小雨的能力。因此微波辐射测量既可在的能力。因此微波辐射测量既可在恶劣的气候条件下，也可以在白天恶劣的气候条件下，也可以在白天和黑夜发挥作用，这一特性优于可和黑夜发挥作用，这一特性优于可见光和红外波段的探测系统。见光和红外波段的探测系统。二、微波遥感
5、的优点二、微波遥感的优点102 2、能全天候、全天时工作；、能全天候、全天时工作；3 3、对地表的穿透能力较强，、对地表的穿透能力较强，对冰、雪、森林、土壤等具对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力。有一定穿透能力。4 4、对某些地物具有特殊的波谱特征：、对某些地物具有特殊的波谱特征：在微波波段，在微波波段，水的比辐射率为水的比辐射率为0.40.4，冰的比辐射率为，冰的比辐射率为0.990.99；而在红；而在红外波段，水的比辐射率为外波段，水的比辐射率为0.960.96，冰的比辐射率为，冰的比辐射率为0.920.92。二、微波遥感的优点二、微波遥感的优点114 4、对海洋遥感具有特殊意义、对海
6、洋遥感具有特殊意义;适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测 5 5、分辨率较低，但特性明显。、分辨率较低，但特性明显。二、微波遥感的优点二、微波遥感的优点12散射散射镜面反射镜面反射角反射角反射三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征与物质发生作用时会有与物质发生作用时会有反射、吸收、散射、透射反射、吸收、散射、透射等等规律。规律。13地物对微波的反射地物对微波的反射对于长波雷达，地表较光滑，背向对于长波雷达，地表较光滑，背向散射小。散射小。同样的地表对于短波雷达就显同样的地表对于短波雷达就显粗糙，在雷达影像中由于背向粗糙，在雷达影像中由于背向散射强而
7、显得亮。散射强而显得亮。微波散射与表面粗糙程度的关系微波散射与表面粗糙程度的关系14叠加：叠加：当两个或两个以上的波在空间传播时，如当两个或两个以上的波在空间传播时，如果在某点相遇，则该点的振动是各个波独立引起果在某点相遇，则该点的振动是各个波独立引起该点振动时的叠加。该点振动时的叠加。三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征15相干性：相干性：当两个或两个以上的波在空间传播，当两个或两个以上的波在空间传播，它们的频率相同，振动方向相同，振动位相差是它们的频率相同，振动方向相同，振动位相差是一个常数时，叠加后合成波的振幅是各个波振幅一个常数时，叠加后合成波的振幅是各个波振幅的矢量和，这种现象称为干
8、涉。的矢量和，这种现象称为干涉。两波相干时，在交叠的位置，相位相同的地方，两波相干时，在交叠的位置，相位相同的地方，振动加强，相位相反的地方振动抵消，其他位置振动加强，相位相反的地方振动抵消，其他位置均有不同程度的减弱。均有不同程度的减弱。三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征16当两束微波相干时，当两束微波相干时，在微波雷达图像上会在微波雷达图像上会出现颗粒状或斑点状出现颗粒状或斑点状特征特征;当两束波不符合相干当两束波不符合相干条件时，即为非相干条件时，即为非相干波。这时叠加后的合波。这时叠加后的合成波振幅是各个波振成波振幅是各个波振幅的代数和，上述现幅的代数和，上述现象在雷达图像上便不象在
9、雷达图像上便不会出现。会出现。三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征17衍射：衍射：电磁波传播过程中，如果遇到不能透过电磁波传播过程中，如果遇到不能透过的有限直径的物体，会出现传播的绕行现象，即的有限直径的物体，会出现传播的绕行现象，即一部分辐射没有遵一部分辐射没有遵循直线传播的规律循直线传播的规律而绕到障碍物的后而绕到障碍物的后面，这种改变传播面，这种改变传播方向的现象称为衍方向的现象称为衍射，微波传播时会射，微波传播时会发生衍射现象。发生衍射现象。三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征18线极化：线极化：电场矢量的方向不随时间变化。电场矢量的方向不随时间变化。水平极化：水平极化：电场振动方向平
10、行于水平面（电场振动方向平行于水平面（“H H”极化）极化）垂直极化：垂直极化：电场振动方向垂直于水平面（电场振动方向垂直于水平面（“V V”极化）极化）三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征19三、微波辐射的特征三、微波辐射的特征20微波遥感极化转变微波遥感极化转变与地表发生作用后，极化状态可能改变，背向散与地表发生作用后，极化状态可能改变，背向散射通常为两种极化的混合。射通常为两种极化的混合。依据发射的及接收的极化的差别，可以有四种组依据发射的及接收的极化的差别，可以有四种组合：合：HHHH、VVVV、HVHV、VHVH。即：发射和接收的电磁波。即：发射和接收的电磁波同为水平极化方式，则得到
11、同极化图像同为水平极化方式，则得到同极化图像HHHH；若同；若同为垂直极化，得到同极化图像为垂直极化，得到同极化图像VVVV。若发射为水平。若发射为水平极化极化H H，而接收垂直极化，而接收垂直极化V V，则得到交叉极化图像，则得到交叉极化图像HVHV；相反地，若发射垂直极化；相反地，若发射垂直极化V V，而接收水平相，而接收水平相化化H H，得到的则是交叉极化图像，得到的则是交叉极化图像VHVH。21微波遥感极化转变微波遥感极化转变HH or VV HH or VV 称为同向极化，称为同向极化，VH VH 和和HV HV 称为垂直极化。称为垂直极化。除线极化波以外，电场矢量在与传播方面垂直除
12、线极化波以外，电场矢量在与传播方面垂直的平面上运动，也可能画出圆形或椭圆形的轨的平面上运动，也可能画出圆形或椭圆形的轨迹，称为圆极化波或椭圆极化波。迹，称为圆极化波或椭圆极化波。22微波遥感极化微波遥感极化23四、微波传感器四、微波传感器非成像传感器非成像传感器微波散射计微波散射计雷达高度计雷达高度计成像传感器成像传感器微波辐射计微波辐射计侧视雷达侧视雷达合成孔径雷达合成孔径雷达24微波散射计：微波散射计：测量地物测量地物的散射或反射特性；的散射或反射特性；微波高度计：微波高度计：测量目标测量目标物与遥感平台间的距离，物与遥感平台间的距离，从而准确得知地表高度变从而准确得知地表高度变化，海浪的
13、高度等参数。化，海浪的高度等参数。根据发射波和接收波间的根据发射波和接收波间的时间差，测出距离。时间差，测出距离。非成像传感器非成像传感器25卫星卫星ERS1、2Adeos1QuickSCAT散射计散射计AMIWindNSCATSeaWinds频率频率/GHz5.313.95513.4极化极化VV，HV，H天线阵天线阵3根根6根根圆盘型圆盘型 风速风速2m/s(在在420m/s范围内范围内)10%(在在2024m/s范围内范围内)2m/s(在在320m/s范围内范围内)10%(在在2030m/s范围内范围内)2m/s(在在320m/s范围内范围内)10%(在在2030m/s范围内范围内)风向风
14、向202020观测带观测带/km5005029002覆盖周期覆盖周期/d5(全球全球)3(全球全球)1(全球全球)分辨率分辨率/km25(雷达截面雷达截面)50(风矢量风矢量)25(雷达截面雷达截面)50(风矢量风矢量)25(雷达截面雷达截面)50(风矢量风矢量)寿命寿命1991-072002-031996-081997-061999-06至今至今星载微波散射计的技术参数星载微波散射计的技术参数26卫星高度计海面高度海面有效波高海面风速大地水准面海洋动力地形海洋地球物理应用海洋动力学应用海洋环境监测海洋测深无图区测绘海洋岩石圈结构特性地球引力场模型改善海洋潮汐大尺度海洋环流研究中等尺度涡流旋研
15、究大洋边界流研究全球海平面变化厄尔尼诺与南方涛动海浪与风速场海冰及极区冰盖时间延迟海面回波波形强度海面回波波形的前沿速率27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亮度微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度并生成亮度温度图像。地面物体都具有发温度并生成亮度温度图像。地面物体都具有发射微波的能力射微波的能力,其发射强度与其发射强度与自身的亮度温度有关。通过扫自身的亮度温度有关。通过扫描接收这些信号并换算成对应描接收这些信号并换算成对应的亮度温度图的亮度温度图,对地面物体状对地面物体状况的探测很有意义。况的探测很有意义。*亮度温度（亮温）：亮度温度（亮温）：是指辐射出与被测物体相等
16、的辐射是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。能量的黑体的温度。成像传感器成像传感器28侧视雷达侧视雷达(side-looking radar,SLR)(side-looking radar,SLR)侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与飞行方向与飞行方向垂直的侧面向垂直的侧面发射一个窄的波束发射一个窄的波束,覆盖地面上这一侧面覆盖地面上这一侧面的一个条带的一个条带,然后接收在这一条带上地物的反射波然后接收在这一条带上地物的反射波,从而从而形成一个图像带。随着飞行器前进形成一个图像带。随着飞行器前进,不断地发射这种脉不断地发射这种脉冲波束冲波束,又
17、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从而形成一幅一幅的雷达图像。像。雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标不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，这样从目标反射的回波同部位时，要有时间先后差异，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。也同时出现时间差，才有可能区分目标的不同部位。成像传感器成像传感器29合成孔径雷达合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)(synthetic aperture radar,SAR)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,也是在飞机或也
18、是在飞机或卫星平台上由传感器向卫星平台上由传感器向与飞行方向垂直的侧面发射与飞行方向垂直的侧面发射信号信号。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单。所不同的是将发射和接收天线分成许多小单元元 ,每一单元发射和接收信号的时刻不同。由于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。天线位置不同，记录的回波相位和强度都不同。目的：提高图像在飞行方向的分辨率。目的：提高图像在飞行方向的分辨率。成像传感器成像传感器30第二节第二节 侧视雷达系统的工作原理侧视雷达系统的工作原理工作原理工作原理距离分辨率和方位分辨率距离分辨率和方位分辨率31一、工作原理一、工作原理 雷达发
19、射器通过天线在很短的微秒级时间内发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。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。收的时间不同。32微波传播示意图微波传播示意图33遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进遥感平台向前飞行，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同的时间反射回波。反射回波的信号记录一同而
20、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。一、工作原理一、工作原理34侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A A：飞行方向；：飞行方向；B B：天底方向：天底方向E E：方位向；：方位向；D D：距离向；：距离向；C C：扫描宽度：扫描宽度35侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A A 入射角入射角;B;B 视角视角;俯角俯角;C;C 斜距斜距;D;D 地距地距36侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A:A:近射程（近射程（near rangenear range）;B
21、:B:远射程（远射程（far rangefar range）37雷达图像的分辨率是图雷达图像的分辨率是图像上一个像元大小对应于像上一个像元大小对应于水平地面的大小。水平地面的大小。二、距离分辨率和方位分辨率二、距离分辨率和方位分辨率由于一个像元的长和宽由于一个像元的长和宽对应的地面长度和宽度距对应的地面长度和宽度距离常常不相等，因此将分辨率分成二种。离常常不相等，因此将分辨率分成二种。把在侧视把在侧视方向上的分辨率称为距离分辨率方向上的分辨率称为距离分辨率rprp，沿航线方向上，沿航线方向上的分辨率称为方位分辨率的分辨率称为方位分辨率rara，亦称沿迹分辨率。，亦称沿迹分辨率。38距离分辨率距
22、离分辨率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 脉冲持续期（脉冲宽度），脉冲持续期（脉冲宽度），视角，视角，c c光速光速理论上讲理论上讲,斜距斜距分辨率等于脉冲分辨率等于脉冲宽度的一半宽度的一半39地距分辨率地距分辨率Rp 斜距分辨率斜距分辨率Rs d:俯角（俯角（Depression angle）:视角视角off-nadir angleRs:斜距分辨率斜距分辨率slant-range resolution2CRsRp:地距分辨率地距分辨率ground-range resolutionsin2CRpC:speed of light:pulse widthR:slant-ra
23、nge脉冲宽度脉冲宽度，则在一个脉冲宽度内，电磁波往返距离，则在一个脉冲宽度内，电磁波往返距离:2Rs=C 距离分辨率距离分辨率40 距离分辨率与距离无关。距离分辨率与距离无关。若要提高距离分辨率，需要减小脉冲宽度。若要提高距离分辨率，需要减小脉冲宽度。脉冲宽度小，则频率增加，需加大功率发射器，造脉冲宽度小，则频率增加，需加大功率发射器，造成设备庞大，费用昂贵。成设备庞大，费用昂贵。目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。距离分辨率距离分辨率41例例:设俯角设俯角5050（视角视角4040 ）,脉冲宽度脉冲宽度0.10.1 s s则距则距离分辨力离分
24、辨力r rp p =0.5=0.5 0.1 0.1 1010-6-6(s)(s)2.998 2.998 10108 8(m/s)/cos 50(m/s)/cos 50=0.5=0.5 0.1 0.1 2.998/0.642788 2.998/0.642788 100 100=23.2m=23.2mrg=0.5 c cos 距离分辨率距离分辨率42为脉冲宽度C为波速俯角大（视角越小）俯角大（视角越小）距离分辨力低距离分辨力低距离分辨率距离分辨率cos2sin2ccrp43方位分辨率方位分辨率 雷达发射的微波向四面雷达发射的微波向四面八方辐射，呈花瓣状，称八方辐射，呈花瓣状，称波瓣，但以一个方向为
25、主，波瓣，但以一个方向为主，称为主瓣，其他方向辐射称为主瓣，其他方向辐射能小，形成副瓣，其中能小，形成副瓣，其中角称波瓣角。要使雷达的角称波瓣角。要使雷达的方向性精确，就要尽量增方向性精确，就要尽量增大主瓣功率和减少波瓣角。大主瓣功率和减少波瓣角。波瓣角与雷达发射的微波波瓣角与雷达发射的微波波长波长成正比与雷达的天成正比与雷达的天线孔径线孔径l l成反比。成反比。=/l44方位分辨率方位分辨率方位分辨率可以表示为方位分辨率可以表示为发射波长越短、天线孔径越大、距离目标地物越近，则方位分辨力越高 ra=hR=(/l)R45例例:设卫星天线孔径设卫星天线孔径D=4mD=4m,波长波长=3cm,=3
26、cm,距目标地物距目标地物200km,200km,则方位则方位分辨力分辨力r ra a =3=3 1010-2-2(m)/4(m)(m)/4(m)200200 10103 3(m)=1500m(m)=1500m若要求方位分辨率达到若要求方位分辨率达到3m,3m,则天线孔径需则天线孔径需2000m.(2000m.(这是这是不可能的不可能的)方位分辨率方位分辨率46cos2sin2ccrp为脉冲宽度C为波速距离分辨率距离分辨率 地面天线越近，越接近铅垂方向，地面天线越近，越接近铅垂方向，角越小，距角越小，距离分辨率离分辨率rprp的值越大（分辨率越低），即近距离时的值越大（分辨率越低），即近距离时
27、像元在垂直航迹的方向上拉长，在接近水平时，即像元在垂直航迹的方向上拉长，在接近水平时，即距离变远时缩短。距离变远时缩短。47方位分辨率方位分辨率 沿着航迹方向上，在波束宽沿着航迹方向上，在波束宽度不变的条件下，地面与天线度不变的条件下，地面与天线越近，倾斜距离越近，倾斜距离R R越小，像元越小，像元长度变小，像元的形状在航迹长度变小，像元的形状在航迹方向上缩短，而距离变远时拉方向上缩短，而距离变远时拉长，像元的形状在航迹方向上长，像元的形状在航迹方向上变大。变大。48距离分辨率和方位分辨率距离分辨率和方位分辨率将整个像元放在一起看，全图像不同位置像元的形将整个像元放在一起看，全图像不同位置像元
28、的形状不同，越接近天线的铅垂方向，像元在垂直于航迹状不同，越接近天线的铅垂方向，像元在垂直于航迹方向拉长，而在远离天线，倾斜到越接近水平时，则方向拉长，而在远离天线，倾斜到越接近水平时，则变成航迹方向拉长了。变成航迹方向拉长了。49要提高方位分辨率，需采用要提高方位分辨率，需采用波长较短的电磁波，加大波长较短的电磁波，加大天线孔径和缩短观测距离天线孔径和缩短观测距离。这几项措施无论在飞机上这几项措施无论在飞机上或卫星上使用时都受到限制，目前利用合成孔径侧视或卫星上使用时都受到限制，目前利用合成孔径侧视雷达来提高侧视雷达的方位分辨力。雷达来提高侧视雷达的方位分辨力。提高微波传感器的分辨率的途径提
29、高微波传感器的分辨率的途径50合成孔径雷达（合成孔径雷达（SARSAR，Synthetic Aperture RadarSynthetic Aperture Radar）,也是侧视雷达。也是侧视雷达。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，等效于通过加长天技术，产生很长孔径天线的效果，等效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。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
30、，信号得到的时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，形成相干影像。经过复杂间不同，相位和强度不同，形成相干影像。经过复杂的处理，得到地面的实际影像。的处理，得到地面的实际影像。第三节第三节 合成孔径雷达合成孔径雷达51合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径天线是在不同位置上接收同一地物的回波合成孔径天线是在不同位置上接收同一地物的回波信号，真实孔径天线则在一个位置上接受目标的回信号，真实孔径天线则在一个位置上接受目标的回波。波。52合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径侧视雷达在不同位置上接收反射波合成孔径侧视雷达在不同位置上接收反射波53合
31、成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径侧视雷达信号合成合成孔径侧视雷达信号合成54理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率理论计算表明，合成孔径雷达在沿航迹方向的分辨率为：为：r ra a=l/2 l=l/2 l为天线长度为天线长度合成孔径雷达工作原理合成孔径雷达工作原理合成孔径侧视雷达工作过程合成孔径侧视雷达工作过程55合成孔径雷达的特点合成孔径雷达的特点合成孔径雷达的合成孔径雷达的方位分辨率方位分辨率与距离远近无关，可以与距离远近无关，可以用于高轨道卫星；用于高轨道卫星；方位分辨率方位分辨率的大小为小天线的一半，这将提供很高的大小为小天线的一半，这将提供很高的分辨率。的分辨率
32、。合成孔径技术的基本原理是：小天线合成孔径技术的基本原理是：小天线+信号处理信号处理=大大天线。但天线不能太小，缩小天线带来的一切技术天线。但天线不能太小，缩小天线带来的一切技术问题都由星上的信号处理系统去解决，这对于星载问题都由星上的信号处理系统去解决，这对于星载的信号处理设备要求是很高的，使之技术复杂化。的信号处理设备要求是很高的，使之技术复杂化。56第四节第四节 侧视雷达图像的几何特征侧视雷达图像的几何特征斜距图像的比例尺变化斜距图像的比例尺变化地形畸变地形畸变57斜距图像的比例尺变化斜距图像的比例尺变化A1A1、B1B1、C1C1的长度与原地物目标的长度与原地物目标(A(A、B B、C
33、)C)的视角的大小相关的视角的大小相关视角越小，视角越小，地物距天线越近，在斜距图像上的长度就缩小越地物距天线越近，在斜距图像上的长度就缩小越多多，即，即A1B1C1A1B1C1，同样长度的地物，投影到不同视角的对应，同样长度的地物，投影到不同视角的对应半径上长度的变化。这种现象称为斜距显示的近距离压缩，半径上长度的变化。这种现象称为斜距显示的近距离压缩，随着地物与雷达天线距离的变化，图像上的比例尺也在变化，随着地物与雷达天线距离的变化，图像上的比例尺也在变化，形成几何失真。形成几何失真。58雷达图像变形：距离向雷达图像变形：距离向斜距图像的比例尺变化斜距图像的比例尺变化59地距图像与斜距图像
34、地距图像与斜距图像60上图：左侧地物压缩上图：左侧地物压缩下图：恢复（地距图像）下图：恢复（地距图像）距离向变形距离向变形61地形畸变地形畸变雷达阴影：雷达阴影：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不到，产生阴影。到，产生阴影。压缩与拉伸：压缩与拉伸：因为雷达影像是根据天线对目标物的射因为雷达影像是根据天线对目标物的射程远近记录在影像上的，故近射程的地面部分在影像程远近记录在影像上的，故近射程的地面部分在影像上被压缩，而远射程的地面部分则伸长。上被压缩，而远射程的地面部分则伸长。透视收缩透视收缩:有地形起伏时，面向雷达一侧的斜坡在影有地形起伏时，面向雷达一侧的
35、斜坡在影像上被压缩，而另一侧则延长。由于透视收缩，导致像上被压缩，而另一侧则延长。由于透视收缩，导致前坡的能量集中，显得比后坡亮。前坡的能量集中，显得比后坡亮。顶底位移：顶底位移：观测角度进一步减小时，斜坡顶部反射的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信号提前到达雷达。在影像上显示信号比底部反射的信号提前到达雷达。在影像上显示顶部与底部颠倒。顶部与底部颠倒。62第六节第六节 微波传感器及其遥感平台微波传感器及其遥感平台海洋卫星海洋卫星航天飞机成像雷达航天飞机成像雷达加拿大加拿大RADSAT其他雷达卫星其他雷达卫星63第六节第六节 微波传感器及其遥感平台微波传感器及其遥感平台64
36、Seasat Seasat（USAUSA）是第一颗地球轨道卫星，设计用于地）是第一颗地球轨道卫星，设计用于地球海洋资源，随星携带有第一个球海洋资源，随星携带有第一个 SARSAR。Seasat Seasat 发射于发射于1978.06.28,1978.06.28,轨道高度轨道高度800km800km，倾角，倾角108deg108deg。周期：周期：102.8min102.8min。Seasat SAR Seasat SAR 运行了运行了105105天，天，1978.10.101978.10.10因电路故障因电路故障结束任务。结束任务。常见雷达卫星常见雷达卫星 SEASATSEASAT65Sat
37、ellite Altitude800 kmRadar Frequency1.275 GHz(L-band)Radar Wavelength23.5 cmSystem Bandwidth19 MHzTheoretical Resolution on the Surface25 m(azimuth)x 25 m(range)Number of Looks4Swath Width100 kmAntenna Dimensions10.74 m x 2.16 mAntenna Look Angle20 degrees from verticalIncidence angle on the surface
38、23 degrees 3 degrees across the swathPolarizationHorizontal transmit,Horizontal receive(HH)Transmitted Pulse Length33.4 microsecondsPulse repetition frequency(PRF)1463-1640 HzTransmitted peak power1.0 kWData recorder bit rate(on the ground)110 Mbits/s(5 bits/word)SEASATSEASAT技术参数技术参数66航天飞机航天飞机67RADA
39、RSAT,Canada常见雷达卫星常见雷达卫星 RADARSATRADARSAT68 RADARSAT RADARSAT 属于加拿大空间局（属于加拿大空间局（Canadian Space Canadian Space AgencyAgency，CSA/Canadian Center for Remote CSA/Canadian Center for Remote SensingSensing，CCRSCCRS），用于探测全球冰层、农作物、），用于探测全球冰层、农作物、森林、地质状况数据。森林、地质状况数据。由由USA NASAUSA NASA于于19951995年发射升空。年发射升空。使用单
40、一波段使用单一波段(C(C波段波段),),该传感器的优越之处在于该传感器的优越之处在于将其雷达波束在将其雷达波束在500km500km范围内自由控制。有户可以范围内自由控制。有户可以在在35km35km500500公里的像宽和公里的像宽和1010100m100m的分辨率范围的分辨率范围内自由选择。俯角从不到内自由选择。俯角从不到2020度度5050度变化。度变化。常见雷达卫星常见雷达卫星 RADARSATRADARSAT69RADARSAT OrbitTypeSun-SynchronousAltitude798 kmInclination98.6 degPeriod100.7 minRepea
41、t Cycle24 daysRADARSATRADARSAT参数参数70SAR(Synthetic Aperture Radar):SAR(Synthetic Aperture Radar):可以几种波可以几种波束模式运行束模式运行 标准模式标准模式:七波束模式，入射角七波束模式，入射角202049deg,49deg,100km 100km 像宽，像宽，25m25m分辨率。分辨率。宽幅模式宽幅模式:三波束模式（入射角随之变化）三波束模式（入射角随之变化）,150km150km像宽。像宽。最佳模式最佳模式:五波束模式，五波束模式，50km50km像宽像宽,10m,10m分辨率。分辨率。扫描模式扫
42、描模式:像宽像宽300-500 km300-500 km，分辨率分辨率50 50 100 m100 m。自定义模式。自定义模式。RADARSATRADARSAT传感器传感器71RADARSATRADARSAT工作模式工作模式72MODEResolution(m)Rangeazimuth(m)LOOKSWidth(km)INCIDENCE ANGLE()Standard25 x 28410020-49Wide-148-30 x 28416520-31Wide-232-25 x 28415031-39Fine resolution11-9 x 914537-48ScanSAR narrow50 x
43、 502-430520-40ScanSAR wide100 x 1004-851020-49Extended(H)22-19 x 2847550-60Extended(L)63-28 x 28417010-23RADARSATRADARSAT工作模式工作模式73Frequency/wavelength5.3 GHz(C 波段)/5.6 cmPolarisationLinear HHBandwidth11.6,17.3 or 30.0 MHzPeak power5 kWAntennae size15 m x 1.5 mIncidence angleMode dependentResolution
44、Mode dependentRADARSATRADARSAT传感器参数传感器参数74常见雷达卫星常见雷达卫星 ERSERSEuropean Remote Sensing Satellite,European Space Agency75ERS-1 ERS-1 发射于发射于 1991.071991.07，ERS-2 1995.04ERS-2 1995.04。ERS-1 ERS-1 使用一个使用一个 SAR SAR 传感器可以在各种天气状况传感器可以在各种天气状况下获取海洋、冰层和陆地的影像资料。下获取海洋、冰层和陆地的影像资料。使用其它微波传感器探测各种海洋状态：洋面风、使用其它微波传感器探测各
45、种海洋状态：洋面风、洋流、海洋冰、温度洋流、海洋冰、温度.近极轨太阳同步轨道。近极轨太阳同步轨道。主要面向海洋和海冰监测，由于携带有一个高分辨主要面向海洋和海冰监测，由于携带有一个高分辨率微波成像仪，可以同时获取陆地和海滨影像。率微波成像仪，可以同时获取陆地和海滨影像。常见雷达卫星常见雷达卫星 ERSERS76ERS-2 ERS-2 与与 ERS-1ERS-1基本相同，附加有一个基本相同，附加有一个GOMEGOME传感器，传感器，由于监测全球臭氧层由于监测全球臭氧层 。GOMEGOME（Global Ozone Monitoring Experiment Global Ozone Monito
46、ring Experiment instrumentinstrument）全球臭氧监测实验仪器）全球臭氧监测实验仪器ERS-1 ERS-1 和和 2 2 的轨道相同，的轨道相同，ERS-2 ERS-2 紧跟紧跟ERS-1ERS-1轨道之轨道之后后,并延迟一天。以此一前一后用并延迟一天。以此一前一后用SARSAR获取同一地区获取同一地区的干涉测量数据，如此获取的数据一致性比单颗卫的干涉测量数据，如此获取的数据一致性比单颗卫星星3535天的周期率要好天的周期率要好.当前当前,只有只有ERS-2 ERS-2 还在运行。还在运行。常见雷达卫星常见雷达卫星 ERSERS77ERS-1,2 OrbitTy
47、peSun-SynchronousAltitude782 kmInclination98.5 degPeriod100 minRepeat Cycle35 days常见雷达卫星常见雷达卫星 ERSERS参数参数78Frequency5.3 GHz(109)(C 波段)PolarisationLinear VVBandwidth15.55 MHzPeak power4.8 kWAntennae size10 m 1 mIncidence angle23o nominalSwath width100 kmResolution30 m(azimuth),26.3 m(range)常见雷达卫星常见雷达
48、卫星 ERSERS参数参数79携带的传感器携带的传感器SAR(Synthetic Aperture Radar)SAR(Synthetic Aperture Radar)OPS(Optical Sensor)OPS(Optical Sensor)Frequency1.275 GHz(L band)PolarisationLinear HHBandwidth15.55 MHzIncidence angle 35o nominalSwath width75 kmResolution18 m(azimuth,3 looks),18 m(range)常见雷达卫星常见雷达卫星 JERS-1JERS-180思考题思考题微波波段在电磁波谱中的什么位置微波波段在电磁波谱中的什么位置?微波按其波长或微波按其波长或频率又可分为什么波段频率又可分为什么波段与可见光和近红外遥感相比，微波遥感有什么优缺与可见光和近红外遥感相比，微波遥感有什么优缺点点?微波传感器主要分为哪两种微波传感器主要分为哪两种?举例说明。举例说明。为什么合成孔径雷达可以提高分辨率为什么合成孔径雷达可以提高分辨率?简述雷达图像的距离分辨率和方位分辨率与什么有简述雷达图像的距离分辨率和方位分辨率与什么有关关?它们在图像上的变化规律是什么它们在图像上的变化规律是什么?
