微波遥感理论与技术基础(6)

董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
Bragg Scattering Enhanced backscatter due to coherent combination of signals reflected from a rough surface having features, with periodic distribution in the direction of wave propagation, and whose spacing is equal to half of the wavelength as projected onto the surface.
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
5.6 非随机（周期）表面
浅粗糙周期表面： 浅粗糙周期表面：σh <λ/8 小风作用下的毛细波或短重力波（波长为毫米或厘米量级）； 小风作用下的毛细波或短重力波（波长为毫米或厘米量级）； 光滑表面： 判据； 光滑表面：Rayleigh判据； 判据 Bragg散射：相干散射 散射： 散射 散射波方向为若干个满足干涉加强条件的方向（ 散射波方向为若干个满足干涉加强条件的方向（不只是镜面 反射方向）； 反射方向）； Bragg散射表现为对入射 散射方向的较强的灵敏度，可用于 散射表现为对入射/散射方向的较强的灵敏度 散射表现为对入射 散射方向的较强的灵敏度， 周期表面波长的测量（ 周期表面波长的测量（SCAT）； ）；
σh =
h= h
∆
h−h
2
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
Rayleig判据和Fraunhoffer判据
Rayleigh判据 判据 ∆φ<π/2 Fraunhoffer判据 判据 ∆φ<π/8
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
平静海面辐射亮温与海水介电常数的关系
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
5.7 自然表面的散射与辐射
概述 海洋和湖泊 水气凝结体 冰和雪 淡水冰 冰川与冰河 海冰 裸岩和沙漠 土壤 植被
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
海洋和湖泊
海洋 模型简单； 模型简单； 平静海面的反射率是海水温度和盐度的函数； 平静海面的反射率是海水温度和盐度的函数； 海面反射率随着温度、海面粗糙度的增加而增加； 海面反射率随着温度、海面粗糙度的增加而增加； 对于频率<6GHz的电磁波，发射率随着盐度的增加而增加。 的电磁波， 对于频率 的电磁波 发射率随着盐度的增加而增加。
粗糙度效应
2 2 表面散射： 表面散射： Ei = ? ∑ Ei ∑ 相关叠加与非相关叠加。 相关叠加与非相关叠加。 2 2 Ei = ∑ Ei + ∑∑ Ei* E j ∑ 光滑平面： 光滑平面： 2 = ∑ Ei + ∑∑ Ei ⋅ E j exp(∆φij ) 镜面反射—相关表面散射 相关表面散射。 镜面反射 相关表面散射。 平静水面，机场等。 平静水面，机场等。 粗糙表面 非相关叠加分量占主导地位； 非相关叠加分量占主导地位； 极化对比度降低； 去极化效应 极化对比度降低；
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
董晓龙
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
海水介电常数：SST、SSS；R (θ , f , h) = cosθ − 海水介电常数：SST、SSS；
s
ε r − sin 2 θ
SST 处理方法：Fresnel反射定律 处理方法：Fresnel反射定律
Rs (θ , f , v) =
cos θ + ε r − sin 2 θ
ε r cos θ − ε r − sin 2 θ ε r cos θ + ε r − sin 2 θ
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
相关长度与表面斜率
粗糙面散射模型 面元模型 相关长度
C ( x, l ) = h( x), h( x + l ) h( x ) h( x + l )
5.5 粗糙表面的散射与辐射
概述 粗糙的定义 粗糙度效应 小结
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
概述
粗糙表面 表面粗糙， 表面粗糙，几何细节可与波长相比 二次源非规则分布 合成散射场方向图 周期性与Bragg散射 周期性与 散射 随机粗糙面
微波遥感理论与技术基础
（第六周）
董晓龙 国家863计划微波遥感技术实验室 国家 计划微波遥感技术实验室 中国科学院空间科学与应用研究中心
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
主动微波遥感 测量归一化雷达散射截面（ 测量归一化雷达散射截面（雷 达散射系数） 达散射系数）σ°； 与天线足印或遥感器分辨率无 关。 发射率与雷达散射系数 观测几何； 观测几何； 反射率（介电常数）； 反射率（介电常数）； 表面粗糙度。 表面粗糙度。
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
小结
粗糙面散射 决定于入射角； 决定于入射角； 决定于波长度量的表面粗糙度； 决定于波长度量的表面粗糙度； 表面粗糙度参数 均方根高度 相关长度 均方根斜率 分形维数 粗糙面散射 镜面反射+漫散射 镜面反射 漫散射 浅粗糙： 浅粗糙：散射功率集中在一个 较小的角度范围内（ 较小的角度范围内（镜面反射 方向） 方向） 深粗糙： 深粗糙：散射功率向各个方向 发散。 发散。
hsmooth <
λ
8 cos θ i
hsmooth <
λ
8 cos θ i
θi
∆R = ∆xsin θi + hcosθi ∆φ = 2π
λ
⋅ 2∆R
∆R
h
∆x
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
第五章：微波与物质的相互作用
连续媒质与大气 微波与分立目标的相互作用 体散射与辐射 光滑表面的反射与辐射 粗糙表面的散射与辐射 周期表面的散射与辐射 自然表面的散射与辐射 特殊的散射体。 特殊的散射体。
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
平静海面
高度极化； 高度极化；入射角 重要参数： 重要参数：
TB = e( f ,θ , p )Ts = [1 − r ( f ,θ , p )]Ts
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
粗糙的定义
粗糙度： 粗糙度： 表面高度相对平均高度的标准 均方根） 差（均方根） 平均高度的范围： 波长 平均高度的范围：>>波长 粗糙的定义： 粗糙的定义： 双程相位差足够大； 双程相位差足够大； φ ∆ 反射波的叠加主要是非相干叠 加； 相干叠加分量足够小。 相干叠加分量足够小。
粗糙度效应
一般粗糙面散射包括：镜面散射分量和漫散射分量。 一般粗糙面散射包括：镜面散射分量和漫散射分量。
董晓龙 dxl@
国家863计划微波遥感技术实验室
The National Microwave Remote Sensing Laboratory
当界面为理想平面时， 当界面为理想平面时，平面波入射形成的反射波的方向和幅度 满足Snell定律和 定律和Fresnel定理，形成镜面反射； 定理， 满足 定律和 定理 形成镜面反射； 当界面表面具有一定的粗糙度时，散射波向其它方向扩散， 当界面表面具有一定的粗糙度时，散射波向其它方向扩散，散 射波有镜面反射方向的相干散射分量和向各个方向散射的漫散 射分量构成； 射分量构成； 当界面是完全的随机深粗糙的Lanbertian表面时，散射波在各 表面时， 当界面是完全的随机深粗糙的 表面时 个方向的分布没有明显差别，是完全的漫散射。 个方向的分布没有明显差别，是完全的漫散射。