电磁波经大气分子的散射

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「遥感复习题参考答案」

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一名词解释(2分×10)1电磁波谱:把电磁波按其在真空中传播的波长或频率以递增或递减的顺序排列所得图谱2主动遥感:运用人工产生的特定电磁波照射地物,再根据接收到的从目标物反射回来的电磁波特征来分析目标物的性质、特征和状态的遥感技术3 被动遥感:运用遥感器接收来自目标物的反射和辐射电磁波谱,并根据其特征对目标物探测的遥感技术4紫外遥感:按传感器的探测波段的不同,可以把遥感分为紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感。

其中,探测波段在0.05——0.38微米之间的遥感称为紫外遥感5可见光遥感:可见光遥感是指传感器工作波段限于可见光波段范围(0.38——0.76微米)之间的遥感技术6红外遥感: 红外遥感是指传感器工作波段限于红外波段范围(0.76——1000微米)之内的遥感7微波遥感:是传感器的工作波长在微波波谱区(1-1000mm)的遥感技术,是利用某种传感器接受各种地物发射或者反射的微波信号,藉以识别、分析地物,提取所需地物信息的技术8镜面反射:光滑平面的反射波有确定方向,满足反射定律:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角这种反射称为镜面反射9漫反射:粗糙的表面会把光线向着四面八方反射,这种反射就是漫反射,当表面粗糙度h与入射电磁波波长λ同数量级时尤为明显10混合反射:表面粗糙度h中等(相对λ而言)的实际地物表面由于地形起伏,在某个方向上反射最强烈,这种现象称为混合反射,是镜面反射和漫反射的结合11瑞利散射:q < 1,当粒子的直径小于波长1/10或更小时发生的散射即r<<λ,∝1/λ4,主要由大气分子引起,对可见光影响较大。

散射系数kr12米氏散射:q=3,当粒子的直径大于波长1/10到与波长相当时发生的散射,散射系数k∝1/ λ0~λ1,主要由大气中的烟尘、气溶胶等引起,主要为向前散m射。

13非选择性散射:q>3,当粒子的直径大于波长时发生的散射,r>>λ,散射强度与波长无关。

大气对电磁波散射的作用

大气对电磁波散射的作用

大气对电磁波散射的作用
1. 大气对电磁波的吸收,大气中的分子、气体和颗粒可以吸收
电磁波的能量。

不同波长的电磁波在大气中的吸收程度不同。

例如,紫外线和部分红外线被臭氧层吸收,而短波长的可见光被大气中的
气体和颗粒散射和吸收。

2. 大气对电磁波的散射,大气中的分子和颗粒对电磁波起到散
射作用。

当电磁波遇到大气中的分子和颗粒时,会发生散射现象,
使得电磁波改变传播方向。

散射会导致电磁波在大气中传播的路径
变化,并且会使得远离发射源的地方也能接收到电磁波。

3. 大气对电磁波的折射,当电磁波从一种介质传播到另一种介
质时,会发生折射现象。

大气中的折射现象会导致电磁波的传播速
度和传播方向发生变化。

例如,当太阳光穿过大气层时,会发生折
射现象使得太阳看起来不在天空中的真实位置。

4. 大气对电磁波的衰减,大气中的吸收和散射会导致电磁波的
能量逐渐减弱,即衰减。

不同波长的电磁波在大气中的衰减程度不同。

例如,紫外线和部分红外线被大气吸收后能量减弱,而长波长
的无线电波在大气中衰减较小。

5. 大气对电磁波的干扰,大气中的天气条件和大气层结构的变化会对电磁波的传播产生干扰。

例如,大气中的湿度、温度、气压和风速等因素会影响电磁波的传播速度和路径,导致信号衰减、多径传播等现象。

总结起来,大气对电磁波散射的作用是多方面的,包括吸收、散射、折射、衰减和干扰等。

这些作用影响着电磁波在大气中的传播和接收质量,对于无线通信、天文观测、气象预报等领域都具有重要意义。

电磁波的传播

电磁波的传播

电磁波的传播电磁波是一种无形的能量,可以在真空中以及各种介质中传播。

它们由电场和磁场的相互作用所产生,如同水波一样传递能量。

电磁波在我们的日常生活中起着重要的作用,例如无线通信、广播电视以及雷达等。

本文将详细探讨电磁波的传播过程。

一、电磁波的基本特性电磁波由特定频率的电场和磁场组成,并以光速传播。

根据电磁波的频率,可以将其分为不同的类型,包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。

不同类型的电磁波具有不同的特性和应用。

二、电磁波的传播方式电磁波的传播是通过电场和磁场之间的相互作用实现的。

当电场或磁场发生变化时,就会产生电磁波并向周围介质传播。

换句话说,电场的变化会导致磁场的变化,而磁场的变化又会导致电场的变化,两者相互作用形成一个闭合的循环,这一过程被称为电磁波的传播。

三、电磁波在真空中的传播在真空中,电磁波的传播速度为光速,即约为每秒300,000公里。

这种传播速度是宇宙中的极限速度,无法超过或突破。

电磁波在真空中的传播过程中,不需要任何介质来支撑或传导,可以自由地在空间中传播。

四、电磁波在介质中的传播除了真空中的传播,电磁波还可以在各种介质中传播,包括固体、液体和气体。

在介质中传播时,电磁波会与介质中的原子和分子相互作用,导致能量的传递和散射。

不同介质对电磁波的传播会产生不同的影响,如折射、反射、散射等。

五、电磁波的折射和反射当电磁波从一种介质传播到另一种介质时,会发生折射现象。

折射是由于介质的密度和折射率不同而导致的,使得电磁波的传播方向发生改变。

折射现象在光学中应用广泛,例如透镜和棱镜的工作原理都基于折射现象。

另外,当电磁波遇到介质表面时,可能会发生反射。

反射是指电磁波在撞击介质表面后反弹回原来的介质中。

反射现象实际上是电磁波与介质之间交换能量的结果,其中一部分能量被反射回去,一部分则被吸收或穿透。

六、电磁波的散射除了折射和反射,电磁波还可能发生散射现象。

散射是指电磁波在与介质中的微粒相互作用后改变传播方向。

遥感导论复习资料(全)

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填空1.微波是指波长在1mm-1m之间的电磁波。

2.就遥感而言,被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射,使太阳活动对遥感的影响减至最小。

3.1999年,我国第一颗地球资源遥感卫星(中巴地球资源卫星)在太原发射成功。

ndsat和SPOT的传感器都是光电成像型,具体是光机扫描仪、CCD阵列。

5.SPOT1、2、3卫星上有HRV高分辨率可见光扫描仪,可以用作两种观测垂直观测、倾斜观测也是SPOT卫星的优势所在。

6.美国高分民用卫星有IKONOS、QUICK BIRD。

7.灰度重采样的方法有:最邻近法、双线性内插法、三次卷积内插法。

8.四种分辨率来衡量传感器的性能:空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率9.数字图像增强的主要方法有:对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换。

10.常用的彩色变换方法有:单波段彩色变换、多波段彩色变换、HLS变换。

11.遥感系统包括五种:目标物的电磁波特性、信息的获取、信息的传输、信息的处理、信息的运用。

12.遥感传感器的探测波段分为:紫外遥感、可见光波段、红外遥感、微波遥感、多波段遥感。

13.常用的锐化方法有:罗伯特梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯算法、定向检测。

14.目标地物识别特征包括:色调、颜色、阴影、形状、大小、纹理、图形、位置、拓扑结构。

15.地物的空间关系主要表现为:方位、包含、相邻、相交、相贯。

16.地质遥感包括:岩性识别、地质构造的识别、构造运动的分析。

17.试举三个陆地卫星:Landsat、SPOT、CBERS。

18.遥感影像变形的原因有:遥感平台位置和运动状态变化的影响、地形起伏的影响、地球曲率的影响、地球自转的影响、大气折射。

19.平滑是为了达到什么目的:去除噪声。

20.热红外影像的阴影是:目标地物与背景之间辐射差异造成的。

21.遥感扫描影像的特征有:综合概括性强、信息量大、动态观测。

22.微波影像的阴影是:与目标地物之间存在障碍物阻挡了雷达波的传播。

第10章 电磁波的衍射与散射

第10章 电磁波的衍射与散射


G ( r , r ′ ) ∇ ′ψ − ψ∇ ′G ( r , r ′ ) i en dS ′ = − ∫ ψ ( r ′ ) δ ( r − r ′ ) dV ′ ′ S V
根据δ函数的性质,得 函数的性质,
−ψ ( r ) , r 位于V内 ∫ S G ( r , r ′ ) ∇′ψ −ψ∇′G ( r , r ′ ) ien′ dS ′ = 0,r 位于V 外
电子科技大学
是惠更斯原理的数学表达式 积分式中的因子 e jkR ( 4π R ) 表示从表面S上的点 ′ 向体积V 表示从表面 上的点r 向体积 上的点 内的点r 传播的波, 内的点 传播的波,其波源强度由边界值确定 曲面S上的每一点可以看作次级波源, 区域V内的波可看作 曲面 上的每一点可以看作次级波源,区域 内的波可看作 上的每一点可以看作次级波源 曲面上所有次级波源所发出的波的叠加
亮区 入射线 过渡区
阴影区
电子科技大学
10.2.1 几何绕射理论
几何绕射理论是经典几何光学法的推广。 几何绕射理论是经典几何光学法的推广。 几何绕射理论认为:除了几何光学的入射线、 几何绕射理论认为:除了几何光学的入射线、反射线和透射 线外,还存在一种绕射线 绕射线。 线外,还存在一种绕射线。
关于绕射线的概述 产生于散射体表面几何形状或电特性不连续的地方 不仅可以进入几何光学亮区, 不仅可以进入几何光学亮区 , 而且可以进入几何光学阴影 区 解决了几何光学在阴影区失效的问题, 解决了几何光学在阴影区失效的问题 , 同时完善了亮区的 几何光学解 其初始幅度由绕射系数确定
电子科技大学 所以,区域V中任意点 处的场只是由S 上的次波源产生, 中任意点r处的场只是由 所以 , 区域 中任意点 处的场只是由 0 上的次波源产生 , 中的积分只需要在S 上进行, 式①中的积分只需要在 0上进行,即有 e jkR 1 R ′ψ ( r ′ ) + jk 1 + j ′ ) i en dS ′ ′ ψ (r ) = − ∫ Rψ (r ∇ S0 4π R kR 如果屏右边的观察点很远,即考虑远场衍射(夫琅和费衍射) 如果屏右边的观察点很远,即考虑远场衍射(夫琅和费衍射), 上式可以简化为以下形式: 上式可以简化为以下形式: e − jkr ψ (r ) = − 4π r

电磁波散射特性研究及其应用

电磁波散射特性研究及其应用

电磁波散射特性研究及其应用电磁波在空间传播时会与物体发生相互作用,由此出现电磁波散射现象。

研究电磁波散射特性,对于应对电磁干扰、雷达侦测、地球探测和遥感探测等应用具有重要意义。

1.电磁波散射的基本概念散射是指电磁波在经过介质界面等物体表面,由于介质的参量突变及物体表面粗糙程度和形状的差异等原因,电场分布和电磁波的传输方向发生变化。

电磁波的散射过程,根据物体的形状和尺寸对电磁波强度的影响,可以分为几何光学散射、绕射散射和反向散射等多种类型。

其中,几何光学散射是针对大尺度物体,一般为大于波长五倍时的物体,其散射过程可用光学模型描述。

而绕射散射和反向散射则是针对介质散射场中的微观尺度物体,如土壤的松散颗粒、海面的波纹等,需要借助电磁理论和数值计算等手段。

2.电磁波散射特性研究的方法电磁波散射特性的研究,主要是利用微波和毫米波等频段的电磁波进行物体散射场的实测和模拟。

实测方面,需要借助散射计和雷达等装置对散射目标进行探测和观测,得到散射场的强度和散射参数等数据,然后进行数据处理和分析,提取物体散射特性。

模拟方面,一般采用计算电磁学方法,如边界元法、有限元法和时域积分方程法等,以数值计算的形式对目标物体的散射场进行计算和模拟,得到物体的散射横截面、散射图像等特征参数和信息。

3.电磁波散射特性的应用电磁波散射特性是许多领域的重要研究课题,其应用与实际问题密切相关。

3.1雷达侦测雷达是用电磁波进行物体侦测和跟踪的重要手段。

在雷达应用中,电磁波经过被研究物体的散射和反射,被雷达接收并处理,从而得到物体的位置、形状、速度等信息。

研究散射特性,可以提高雷达探测的精度和可靠性。

3.2地球探测电磁波散射在地球探测中也有着广泛的应用。

例如,采用合成孔径雷达(SAR)、雷达高程计(RHC)等技术,可以实现地形地貌等地球表面特征的精确测量和获取。

3.3遥感探测遥感技术是指利用大气透射和物体向空间辐射的电磁波信号,对地球或海洋表面及其下部进行接收和分析,获取其空间和时间信息等的技术。

电磁波散射效应

电磁波散射效应

电磁波散射效应电磁波散射是指当电磁波通过物体时,会发生一部分波的传播方向发生改变的现象。

这种现象可以解释为电磁波与物体表面的相互作用,导致波的传播方向改变。

电磁波散射效应在各个领域具有广泛的应用和意义。

一、电磁波散射的基本原理电磁波散射效应的基本原理可以归结为两个因素:物体的尺寸和物体的电性质。

首先,物体的尺寸决定了散射波的特性。

当入射波的波长与物体的尺寸相当或者比物体尺寸更大时,波会将物体表面和周围介质的形态结构所决定的散射波。

根据尺寸比较的不同,可以将散射分为几个不同的类型,如尺寸远大于波长时的几何光学散射,尺寸与波长相差不大时的费维耳散射等。

其次,物体的电性质也会对散射波产生影响。

物体的电性质包括介电常数和电导率等。

当电磁波通过物体时,波与物体中的电荷和导体中的自由电子相互作用,产生电场和磁场的重分布。

这种电场和磁场的重分布将导致波的传播方向改变,从而产生散射。

二、电磁波散射的应用领域1. 天文学:天体辐射的散射效应是研究宇宙中星体和星际介质的重要手段之一。

通过观察散射效应,可以获取宇宙中星体的性质和构成。

例如,通过测量星际尘埃对星光的散射,研究尘埃颗粒的大小、成分和分布。

2. 大气科学:电磁波在大气中的散射现象对大气科学的研究有重要意义。

通过测量电磁波的散射,可以研究大气中的颗粒物质的分布和浓度,从而了解大气污染的程度和来源等。

同时,在雷达测量等气象观测中,电磁波的散射也被广泛应用。

3. 遥感技术:电磁波散射效应是遥感技术的基础之一。

通过测量不同频率的电磁波在地球表面的散射,可以获取地表的信息。

例如,卫星遥感技术中常用的雷达散射图像可以用来估算陆地覆盖类型、土壤湿度和海浪高度等。

4. 无线通信:电磁波的散射效应是无线通信中常见的现象。

当无线信号通过建筑物、山脉等物体时,会发生多径散射,即信号被散射成多个波。

多径散射效应对于移动通信系统的性能具有重要影响。

5. 材料科学:电磁波散射可以用来研究材料的性质和结构。

大气颗粒物对平面电磁波的散射研究

大气颗粒物对平面电磁波的散射研究
第3 卷 第3 3 期
2 1年 9 00 月
=一
长春 理工 大学 学报 ( 自然 科 学版 )
J u a fCh n dmn Unv r i f c o c n e h o o y( t r l ce c i o ) or l ag n o i e st o i e a d T c n lg Nau a in e y S n S Ed t n i
S u y o c t e i g o m o he i r i l so t d fS a t r n fAt s p r c Pa tc e n Pl n e t o a ne i a ’ a e El c r m g tcW l e
L a z a EI n h o Qi
i p o o t n l o te6 o r at l a i s iv r eyp o o t n l o t t o r v ln t : I y eg c t r s r p ri a t p we p ri erd u , n es l r p r o a 4hp we o t h h c i t he wa ee gh n Ra l ih s at - e i s b o p o eman n ,a s r t n i t i ,v r e p r c t rn s l fRa l ih a p o i t n a d M i t e r r eas o i sh e yf w u s at ig Re ut o e e s y eg p r x mai n eh oy We lo o m- o
大气 中的悬浮 颗粒物是窄气中分散的固态 或液 态颗 粒状物质( 气溶胶) 。根据粒 径大小 ,有 空气动
射很少。将瑞利散射结果和Mi 理论计算结果进行对比,结果显示人气颗粒物八寸范罔内瑞利近似是 稚的。 e U
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外 大 气 层
气象卫星 质 子 层 氦 层 H+
通讯卫星
36000公里
1000
400 电 离 层
He++ 资源卫星 F 侦察卫星 E D 航天飞机 气象卫星 电离层 150~200公里 电离层
800~900公里
230℃
600~800℃ 1011电子/厘米3
300
110 100 80
1010分子/厘米3 109电子/厘米3 1.3×1020分子/厘米3
二、大气传输特性
3、大气散射-无选择性散射
由直径d比波长λ 大得多的微粒引起的散射。 特点:散射强度几乎与波长无关,各波段基本 一致。 (非选择性的散射)
云、雾为什么呈白色?
二、大气传输特性
天空辐射(光)
电磁波经大气分子的散射,一部分转化为天空辐射 (光),它与太阳辐射一起产生了对地面的照度, 二者之间的比例随太阳高度角而变化,太阳高度角 为30°时,二者之比为80%:20%。
主要内容
一、地球大气 二、大气传输特性 三、大气窗口
重点
重点
一、地球大气
1、地球大气的组成
2、大气层的结构
一、地球大气
1、地球大气的组成
成分含量:分子和其它微粒。
大气成份主要有氮、氧、氩、二氧化碳、氦、甲烷、氧 化氮、氢(不变成份)、臭氧、水蒸气、液态和固态水 (雨、雾、雪、冰等)、盐粒、尘埃(可变成份)等组成。
二、大气传输特性
1、大气折射
电磁波穿过大气层时,会产生传播方向的改变, 也就是会发生折射现象。 大气密度越大,折射率越大;离地面高度越 大,空气越稀薄,折射率也越小。 电磁波在大气中传播的轨迹是一条曲线! 太阳还没升至地平线上,地面上已可以见到。 大气折射
二、大气传输特性
2、大气反射
主要发生在云层顶部,取决于云量和云雾,而 且波段不同其影响不同,削弱了电磁波强度。 如果不是专门研究云层,尽量选择无云的天气 接收遥感信号,使大气的反射影响最小。
二、大气传输特性
3、大气散射
辐射传播中,若碰到小粒子,如气体中的尘埃、 水滴等,使辐射向四面八方散去,电磁波的强度 和方向发生各种变化,这种现象就是散射,散射 的强度随波长而改变。
二、大气传输特性
3、大气散射
随着波长和微粒半径之间的关系 变化,散射形式有三种:

• •
瑞利散射
米氏散射 无选择性散射
二、大气传输特性
3、大气散射-瑞利散射
由直径d 远远小于波长λ 的微粒引起的散射。
其散射能力与波长的关系:γ ∝ 1/λ
特点:1、波长愈短,散射能力愈强。
4
2、前向散射与后向散射强度相同。
在晴天,天空为什么呈蓝色?
二、大气传输特性
3、大气散射-米氏散射
由直径d与波长λ 相当的微粒引起的散射。 微粒:水滴、尘埃、花粉、气溶胶、海上盐 粒。 特点:1、较强的向前散射能力 2、散射强度受气候影响大 云、雾对红外线的散射主要是米氏散射。
遥感图像分析
Analysis of Remote Sensing
河南理工大学测绘学院
第五讲 地球大气及其电磁波传输特性
Terrestrial Atmosphere and Atmospheric Transmission Characteristic
为什么要研究地球大气及其对电 磁波传输的影响?
一、地球大气
电离层
高度:80~1000km。顶部温度600~ 800℃。 空气稀薄,高空气体分子(O2、N2)受太阳紫外辐射 的照射而电离成离子和自由电子状态,电子密度随 高度而不同,从最低的D层开始到E、F层,形成三个 电离层。 主要作用是反射地面发射的无线电波。 遥感所用波段都比无线电波波长要短的多,因此可 以穿过电离层,辐射强度不受任何影响。
电磁波的传输特性主要在对流层内研究。
一、地球大气
平流层
平流层没有明显对流,是几乎没有天气现象的一层, 电磁波的传输与对流层传输特征类似。
高度:12~80 km,分为同温层,暖层,冷层。 同温层:12~25 km,-55℃ 暖 冷 层:25~55 km,25~30 km有O3 层,70~100℃ 层:55~80 km,-55~-75℃
不变成份:物质在80公里以下的相对比例保持不变。 可变成份:物质的含量随高度、湿度、位置的变化而 变化。
一、地球大气
2、大气层的结构 大气厚度约为1000km,自下而上大致分为: 对流层 平流层 电离层 大气外层
太阳 公里
大 气 垂 直 分 层 与 遥 感 平 台 的 高 度 情 况
25000
1500
2

C 飞机、气球 5~10℃ 2.7×1025分子/厘米3
一、地球大气
对流层
对流层是空气作垂直运动而形成对流的一层,由于热 量的传递产生许多天气现象。 高度:0~12km。每升高1km ,气温下降6℃ 。 不变成分:氮78.09%,氧20.95%,其它1%。 可变成分:臭氧较少、水蒸气不固定,液态和固态水 随气象变化,近海面或盐湖上空含有盐粒,城市上空 和干旱无植被复盖的地区上空有尘烟微粒。
一、地球大气
外大气层
高度:1000Km以上。 1000~2500 km是氦离子层。 2500~25000 km是氢离子,即质子层。 空气稀薄,已不是遥感关注的区间。
二、大气传输特性
大气传播特性:大气对电磁波传输的衰减特性。 大气对电磁波传输过程的影响包括: 散射(scattering) 吸收(absorption) 折射(refraction) 反射(reflection) 对遥感数据最主要的影响因素是散射和吸收。
( %) 100 80 60 40 20 0 ( %) 0 20 太阳辐射照度 40
60
天空辐射照度
80 100
00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
二、大气传输特性
散射的影响
改变太阳辐射的方向,削弱到达地面或地面向 外的辐射。 产生漫反射的天空光(或天空辐射),增强地面 的辐照和大气层本身的亮度。
55
30
平 流 层
冷 层 暖 层 同 温 层 上 层 中 层 下 层
电离层 气球 O3 飞机、气球 层
1021分子/厘米3
-55~-75℃ 4×1022分子/厘米3 70~100℃ 4×1023分子/厘米3 -55℃ -55℃ 飞机 1.8×1024分子/厘米3
25
12 6
对 流
8.6×1024分子/厘米3
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