第二章 电磁波及电磁波谱

电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的运 动，而使观察者接收到的频率发生变化的现象， 称为多普勒效应。
式中：
f：电磁波辐射源的频率 f1：观察者接收到的频率 c：波速
f1
=
f
c±v c v1
v：辐射源相对于介质的速度
v1：观察者相对于介质的速度
例如：
1. 火车急速离去时，汽笛声调会低沉下去（f 变小，红 移）; 而迎面驶来,声调则变高（f 变大，蓝移） ，这 种现象物理上称之为多普勒效应。
2.1.3 电磁波的基本性质
2）干涉
定义：频率、振动方向、相位相同或相位差恒 定的两（或数）列波相遇时，合成波某些地方 振动始终加强，另一些地方振动始终减弱的现 象。 干涉的条件：电磁波必须是单色波。例如：激 光，雷达。 优点：能量增大，使图像清晰，方向性强。 缺点：同一物质，表现性质不同。
2.1.3 电磁波的基本性质
c ：光速（3 ×108m/s ） k ：玻尔兹曼常数（1.38 ×10-23J/K）
人眼却无能感知红外辐射。
2.1.2 电磁波谱
微波：波长在1mm-1m的波段范围内。该范围 内可再分为：毫米波、厘米波、分米波。用特 定的字母表示，如Ka，K，Ku，X，C，S，L， P。
2.1.3 电磁波传播的基本性质
1）电磁波的叠加
电磁波的独立传播原理：数列波在传播过程中， 相遇后仍能保持它们各自原有的特性（频率、 波长、振幅、振动方向等）不变。
大部分生物用来观 察事物的基础
用于透视、CT
无线电波用于通信
用于治疗
用于医用消毒，验 证假钞，测量距离， 工程上的探伤
用于遥控，热 成像仪，红外 制导导弹
微波用于微波 炉，通信、导 航、武器
电磁波谱
2.1.2 电磁波谱
近红外：0.76-3μm，中红外：3-6μm，远红外：615μm，超远红外：15-1000μm。
3）衍射
定义：电磁波在传播过程中遇到障碍物时，其传播方 向发生改变，能够绕过障碍物的边缘继续前进，这种 现象称为电磁波的衍射。
主要用于传感器的设计和提高图像分辨率。
（1）发生衍射时，电磁辐射通量的数量、质量、方向发
生变化，测量结果不准，对目标解译带来困难。
（2）影响遥感所用仪器的分辨能力。
θ0
= 1.22
2.1.3 电磁波的基本性质
平面极化（也称线极化）：电磁波的极化方向 保持在固定的方向上的极化。 水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。
平面极化方式分为： （1）垂直（V）极化：极化面与地面垂直的极化。 （2）水平（H）极化：极化面与地面平行的极
化。
2.1.3 电磁波的基本性质
极化的组合类型： HH极化：发射波为水平极化，接收回波为 水平极化； VV极化：发射波为垂直极化，接收回波为 垂直极化。 正交极化： VH极化：发射波为垂直极化，接收回波为
λ
D
（θ：最小分辨角，λ：波长，D：仪器孔径）
（3）缩小阴影区域。
窄缝或障碍物的宽 度比电磁波波长大 得越多，衍射现象 越不明显；
窄缝或障碍物的宽 度与波长相差不多 时，有明显的衍射 现象。
2.1.3 电磁波的基本性质
4）极化（偏振）
定义：当电磁波在空间传播时，其电场强度矢 量振动方向的瞬时取向，这种现象称为的极化 （偏振）。 表示：通常用电场强度矢量端点随着时间在空 间描绘出的轨迹来表示电磁波的极化。 分类(根据轨迹)：平面极化（线极化）、圆极 化、椭圆极化。
2.雷达测速仪 3.宇宙爆炸说：银河系外天体有系统性的谱线红移，如果
用多普勒效应来解释，而且红移与远离的距离大体成 正比。这就是宇宙膨胀的反映。
2.2 物体的发射辐射
2.2.1 黑体辐射
1）绝对黑体（简称黑体）：对于任何波长的电磁辐射都 全部吸收的物体。
2）绝对白体（简称白体）：物体的反射率ρ=1时的物体。 白体是一种只向外辐射而不吸收能量的理想物体。
3）黑体辐射定律
普朗克定律 在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐 射通量密度为：
2.2.1 黑体辐射
2π hc2
1
= M λ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
λ 5 • ech/λkT − 1
式中：
Mλ：波长为λ的辐射通量密度。（W/cm2·μm）
λ ：波长。（μm） h ：普朗克常数（6.6256×10-34J·s）
第二章电磁波及电磁波谱
2.1 概述 2.1.1 电磁波
1）电磁波 交互变化的电场和磁场在空间的传播。 2）电磁波的特性 （1）波动性： ①是横波，具有波长、频率（周期）、振幅、 相位、角频率等参数。
2.1.1 电磁波
f • λ =c =ϕ Asin(ωt +θ + 2kπ )
②电磁波的波动性形成光的干涉、衍 射、偏振等现象。
反射红外波段：0.76-3.0μm ，发射红外波段：3-18μm。 后者又称热红外（TIRS：Thermal Infrared Sensor ）。
2.1.2 电磁波谱
任何温度高于绝对零度(即-273.15℃)的物 体都能产生红外辐射，例如太阳、大地、 云雾、冰块、建筑物、车辆等，由于其 内部分子热运动的结果，都会产生红外 辐射。昼夜都能接收红外辐射。
（2）粒子性：光电效应：光子作为一 种基本粒子，具有能量和动量。
能量： E = hv
动量： P = h / λ
2.1.2 电磁波谱
1）电磁波谱 按电磁波的波长的大小，依次排列画成的图表， 这个图表叫做电磁波谱。
2）电磁波谱序列 按波长递增的序列依次为：γ射线—X射线—紫 外线—可见光—红外线—微波—无线电波。
水平极化。 HV极化：发射波为水平极化，接收回波为
垂直极化。
2.1.3 电磁波的基本性质
极化方式不同，微波遥感影像不同。具体应用 中，须经过测试，才能知道地物对雷达回波的 极化特性的影响。 极化的产生：通过偏振器产生。 极化的效应：遥感影像便于立体观察。
2.1.3 电磁波的基本性质
5）多普勒效应
近红外（NIR：Near Infrared ）：0.75-1。4μm，短波 红外（SWIR：Short-wave Infrared ）：1.4-3μm，中 波红外（MWIR：Medium-wave Infrared）：3-6μm， 长波红外：（LWIR：Long-wave Infrared）： 615μm，远红外（FIR）：15-1000μm。