第7章微波遥感与成像
华北理工《微波遥感》课程教学大纲
《微波遥感》课程教学大纲课程名称：微波遥感课程编号：812128英文名称：Microwave Remote Sensing课程属性：选修课课学时：40（包含8上机课）学分：2.5先修课程：高等数学（微积分）、遥感原理及应用、计算机绘图适用专业：海洋技术一、课程简介《遥感原理》课是一门专业方向选修课程，本教学大纲适用于海洋技术专业的本科生教学。
通过本课程的学习，使学生掌握必要的微波遥感基本理论知识、常用微波遥感数据的特征和应用、信息提取的方法。
在内容上侧重于微波遥感基本原理和方法介绍，使学生在掌握基本知识的基础上，进一步了解微波遥感技术的应用。
微波遥感是遥感科学与技术专业学生的一门专业基础课。
作为遥感技术的一个重要手段，微波遥感以其全天时全天候的优势在遥感领域占有无法替代的地位。
本课程电磁波传播及其与各种物质相互作用为出发点，主要介绍微波遥感的基本理论以及主被动遥感的各种传感器。
教学目的是使学生熟悉微波遥感的基本原理，了解微波遥感的常用手段，掌握微波遥感数据处理的常用方法。
微波遥感是理论与实践结合较强的专业基础课。
在教学过程中综合运用先修课程中所学到的有关知识和技能，结合教学环节，进行微波遥感技术人员所需的基本训练，为学生日后从事相关工作打下基础，因此是遥感科学与技术教学计划中占有重要地位。
二、课程内容及学时分配第一单元：绪论和微波遥感的物理基础（建议学时数：4学时）【学习目的和要求】1.知识掌握本单元主要介绍微波遥感技术的概念、微波遥感技术的分类以及微波遥感技术的特点。
对微波遥感技术的发展过程以及当前微波遥感技术的主要技术特点和主要发展趋势作了系统的阐述。
要求学生深刻理解微波遥感的概念，掌握微波遥感技术的基本分类和技术特点。
对微波遥感技术的发展过程和微波遥感在地理学中的重要作用有一定的了解。
在此基础上介绍微波遥感物理基础的电磁学部分。
2.能力培养本单元研究微波遥感技术的特点和发展趋势，并使学生理解微波遥感的物理基础。
《微波遥感》课件
微波遥感与其他遥感的融合技术
微波遥感与其他遥感的融合技术是指将微波遥感与其他类 型的遥感技术（如光学遥感、红外遥感等）进行有机结合 ，充分发挥各自的优势，实现更高效的遥感探测。
总结词：通过将微波遥感与其他遥感技术进行融合，可以 充分发挥各自的优势，提高遥感数据的获取和处理效率， 为各领域的实际应用提供更全面的技术支持。
军事侦察
利用微波遥感的高分辨率特性 ，获取地面目标的位置、类型 等信息，为军事决策提供重要
情报。
微波遥感的发展历程
20世纪50年代
微波遥感的初步探索阶段，主要利用雷达技术进行简单的地表探测。
20世纪70年代
随着卫星技术的发展，微波遥感开始应用于全球环境监测和资源调查 。
20世纪90年代
随着高分辨率雷达卫星的出现，微波遥感在军事侦察和城市规划等领 域得到广泛应用。
传感器类型
02
03
数据处理与传输
卫星微波遥感系统搭载的传感器 类型多样，包括辐射计、散射计 、高度计等。
卫星接收到的微波数据需要经过 预处理、校正、反演等环节，最 终传输至地面接收站。
机载微波遥感系统
飞行平台
01
机载微波遥感系统搭载的飞行平台包括固定翼飞机、直升机等
，具有灵活的飞行能力。
传感器布局
微波的吸收和反射
不同物质对微波的吸收和反射特性不同，这为遥感提 供了丰富的信息。
微波遥感的工作原理
发射信号
微波发射器向目标发射信号 。
接收信号
接收器接收到目标反射或散 射的信号。
处理信号
通过处理接收到的信号，提 取有关目标的信息，如距离 、速度、方向等。
微波遥感的主要技术
雷达遥感
01
第7章_微波遥感与成像
30
探测目标表面粗糙程度是影响雷达后向散射 的重要因素，粗糙程度与雷达波长有关，波 长长时，粗糙度对后向散射的影响小。
31
在平滑表面A处，雷达波全部被 反射，没有产生后向散射，在 雷达图像上呈现黑色。在比较 粗糙的B处，有部分后向散射被 雷达天线接收，在图像上呈现 明亮。
32
Local incidence angle
41
先进雷达技术应用
42
立体雷达测量成图技术 --相反的观测方向得到 的立体像对，非常有用。
43
相位差与相干雷达
44
干涉雷达系统 原理就是在平 台上安装两个 天线，但要求 错开一点距离， 对地面目标探 测后，通过计 算A便可求出 地面高程。
45
通过干涉雷达获得的地面高程图像
46
聚 束 图 像
ERS-
57
加拿大的RADASAT卫星雷达系统
RADASAT覆盖500公里， 可选择多种模式
58
机载三维成像仪
பைடு நூலகம்59
60
61
29
在雷达图像影响最大的因素包括：
1：Surface roughness of the target 2：Radar viewing and surface geometry relationship 3：Moisture content and electrical properties of the target
亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。 5
3.4 微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
侧视雷达
侧视雷达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 , 发射一个窄的波束 , 覆盖地面上这一侧面 的一个条带 , 然后接收在这一条带上地物的反射波 , 从而 形成一个图像带。随着飞行器前进 , 不断地发射这种脉冲 波束 , 又不断地接收回波 , 从而形成一幅一幅的雷达图像 。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
第七章微波遥感
航天雷达遥感。
航天飞机成像雷达：可穿梭于地面与外空之间，高度在200300km之间，美国1981年发射SIR-A，1984年SIR-B，1994年 SIR-C，最初使用HH极化，后来多极化，视角可变可调整。
海洋卫星的特点
要求大面积、连续、同步或准同步探测，扫描宽度要大。 分辨率不能太低，近极地太阳同步轨道卫星，地面覆盖周期
理论计算表明，合成孔径雷达的方位分辨率
r =L/2 L为每个小天线的长度
与小天线组成，总长度为1km，每一小天 线长10m，所发射微波的波长为15cm，目标距天线1000km(斜 距)。 如是10m天线，目标地物的方位分辨率为？m 如是1km天线，目标地物的方位分辨率为？m
五、某些地物的雷达影像实例： 土壤：可用于考古和土壤含水量的测定。 对于植被：探测植被含水量，含水量高的植被，后向散射系
数比含水少的植被？。在繁密覆盖区，短波（2-6cm）能较好
探测农作物和树叶冠层，而土壤信息较少；较长的波段（1030cm）则较好地探测树干树枝，再长则可探察地表土壤信息。
遥感导论
第七章 微波遥感 Microwave RS
波长在1mm-1m的电磁波。在这一区间，按照波长由短 到长，又可分为毫米波、厘米波和分米波，统称做微 波波段。
微波有被动和主动之分。被动式接收地物辐射的微
波，可用于测地物温度，但微波辐射弱而？分辨率
低。
一般用主动式，天线向下方或侧下方发射强微波，
被地物吸收和反射，接收来自地物反射的180方向的
微波，也被叫做后向散射波，不同物体，后向散射
系数不同。
微波在发射和接收时常常仅用很窄的波段，所以按地物 反射特点和水汽吸收特点可分为：
2011微波遥感-7.1,7.2.0
COSMO SAR Paris 图像方向滤波
COSMO SAR Paris 图像
COSMO SAR Paris 图像方向滤波
COSMO SAR Paris 图像边缘增强
（7）公路，铁路与桥梁
n 公路路面一般可认为是平滑表面，图像上是无回波的暗线条，当
分辨率很低时；这个暗线条也无法辨别，但道路两旁的地物如建 筑物、树林等却可能与道路构成角反射器，而在图像上形成亮线 条，暗示着道路的存在，高速公路在两个单行道之间常有隔离物 如水泥墙墩、栏杆，或一条植被覆盖带，前者在两条暗线条间形 成亮线条小暗线条有时不一定是公路，其它地物如灌溉渠道等， 也会形成暗线条。 n 铁路在雷达图像上的色调变化很大，有时很强，有时很弱。当铁 路的延伸方向与雷达图像的距离向一致时，图像上的信息为一暗 线条。在铁路与航向平行时，路基与地面构成二面角，图像上出 现强线条。 n 桥梁的桥面一般因镜面反射在图像上无回波，但是由于桥梁各部 分，如扶墙、栏杆、横档等之间能形成许多角反射器，因此在很 窄的指向角范围内都具有强回波。 n 桥墩和水面所形成的二面角反射器也能贡献强回波，在图像上分 辨率很高的情况下，甚至可以分出桥墩的数目。但桥墩和水面在 一定条件可能在图像上形成虚桥，其中较亮的那条是实际存在的 桥，较暗的那条为虚桥。
沿岸固定冰 区
破碎冰区
灰冰及灰白 冰
初生冰及冰 皮区
渤海湾RADARSAT_1 SAR 图像
COSMO 南极wilkins 冰盖X-profile
（6）城市与地表建筑物
n 房屋一般具有较强回波信号。单独建筑物的四
个侧面和顶面总有两面受到微波照射，侧面与 地面等可能组成多个角反射器，故回波较强。 平顶建筑物屋顶大多形成镜面反射，于是整个 建筑物在图像上呈现L形，如果是人字形屋 顶，这样图像上就不再是L形，而是出现很亮 的点状目标，因为屋顶的瓦面构成了角反射。
遥感导论课后习题答案解析
第一章：1.遥感的基本概念是什么应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用.3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：6.大气的散射现象有几种类型根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
电磁场与微波技术教学资料微波遥感
目录
• 微波遥感简介 • 电磁场与微波基础 • 微波遥感原理 • 微波遥感技术及应用 • 案例分析
01
微波波遥感是指利用微波辐射探测地表 、大气和海洋信息的技术。
特点
具有全天候、全天时的工作能力，能 够穿透云层和一定厚度的植被，获取 地表信息。
水体信息提取
总结词
微波遥感技术在水体信息提取方面具有优势，可提取水体面积、水质和流速等 信息。
详细描述
微波遥感通过分析水体的介电常数和含水量差异，能够提取水体信息。通过卫 星遥感和无人机遥感的结合，可以监测水体面积、水质和流速等参数，为水资 源管理、水环境保护和水灾预警提供重要数据支持。
THANKS
于地质灾害监测、城市规划等领域。
微波散射计遥感
总结词
微波散射计遥感是通过测量电磁波与地面目标相互作用后的散射系数，获取地面目标的物理特性和表 面粗糙度等信息。
详细描述
微波散射计遥感利用微波雷达或激光雷达等设备，向地面目标发射电磁波并接收反射回来的信号，通 过测量散射系数和表面粗糙度等信息，推断出地面目标的物理特性和表面状态等信息。该技术具有高 精度、高分辨率的优势，广泛应用于气象监测、环境监测等领域。
微波器件与系统
微波管
01
利用微波激发气体、等离子体或磁性材料等，产生高功率微波
辐射的器件。
微波集成电路
02
将多个微波元件集成在一块芯片上，实现微波信号的产生、放
大、混频和滤波等功能。
微波系统
03
由多个微波器件组成的复杂系统，如雷达、通信系统等，用于
实现特定的功能和应用。
03
微波遥感原理
微波辐射传
灾害监测与评估
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✓微波散射计：测量地物的散射或反射特性
✓微波高度计：测量目标物与遥感平台间的距离，从而准确
得知地表高度变化，海浪的第7章高微度波遥等感与参成数像 。
4
微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
✓微波辐射计
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。由于地面物体都具有发射微波的能力 , 其 发射强度与自身的亮度温度有关。通过 扫描接收这些信 号并换算成对应的亮度温度图 , 对地面物体状况的探测很 有意义。
脉冲持续期(脉冲宽度)， 视角，c光速
越大（俯角（90-）越小）， Pg越小，分辨率越高
即：距离越近，距离向分辨率 越低。
A: 近射程(near range); B: 远射程(far r第an7g章e微) 波遥感与成像
13
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理——方位分辨力Pa
沿航线方向的分辨率—方位分辨率，沿迹分辨率
第7章微波遥感与成像
11
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理——有关术语
A：飞行方向；B：天底方向
A：入射角; B：视角;
E：方位向；D：距离向；
C：扫描宽度
第7章微波遥感与C成：像 斜距; D：地距;φ：俯12角
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理——距离分辨力Pg
在侧视方向的分辨率—距离分辨率 Pg=c /2sin
极化的概念和极化类型
•水平极化：电磁波的电场
矢量与入射面垂直(入射波与
目标表面入射波处的法线所
组成的平面)。
•垂直极化：电磁波的电场
矢量与入射面平行。
第7章微波遥感与成像
8
第7章微波遥感与成像
同一地区 同一波段 不同极化 的雷达图 像存在着 明显的区 别。
不同极化 的图像就 象不同波 段一样可 彩色合成。
3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿 透能力。
4、对海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
5、分辨率较低，但特性第明7章显微波。遥感感器分类
主动方式
1、雷达（侧视雷达）：成像 2、微波高度计：不成像 3、微波散射计：不成像
被动方式
1、微波辐射计：成像 2、微波散射计：不成像
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也同时出现时间差，才有可能区 分目标的不同部位。
第7章微波遥感与成像
6
微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
✓合成孔径雷达
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 , 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。
基本原理：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，信号得到的时间不同，
相位和强度不同，形成相干影像。经过复杂的处理，得到地
面的实际影像。
亮度温度是指辐射出与被测物体相等的辐射能量的黑体的温度。
第7章微波遥感与成像
5
3.4 微波遥感与成像
微波遥感传感器分类
✓侧视雷达
侧视雷达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 , 发射一个窄的波束 , 覆盖地面上这一侧面 的一个条带 , 然后接收在这一条带上地物的反射波 , 从而 形成一个图像带。随着飞行器前进 , 不断地发射这种脉冲 波束 , 又不断地接收回波 , 从而形成一幅一幅的雷达图像 。
目的：提高图象在飞行方向的分辨率。
第7章微波遥感与成像
7
HH - for horizontal transmit and horizontal receive, VV - for vertical transmit and vertical receive, HV - for horizontal transmit and vertical receive, and VH - for vertical transmit and horizontal receive.
第七章 微波遥感与成像
介绍
雷达基础知识
几何特性与空间分辨率
雷达图像畸变
目标微波特性
雷达图像特性
雷达遥感应用
雷达遥感系统
第7章微波遥感与成像
1
微波遥感与成像
微波波段划分
第7章微波遥感与成像
2
微波遥感与成像
微波遥感的特点：
1、能全天候、全天时工作
2、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。
第7章微波遥感与成像
15
3.4 微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
理论计算表明，合成孔第7径章微雷波达遥感在与沿成航像 迹方向的分辨率为： 16
ra =l/2
l为天线长度
微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
第7章微波遥感与成像
17
微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
第7章微波遥感与成像
18
3.4 微波遥感与成像
Pa= *R 波束宽度， R天线到该像元的倾斜距离
=/l, 波长， l天线长度
Pa = (/l)*R
天线越长， Pa越小，方位分辨率越高
β
距离越近，方位分辨率越高；与距第离7章向微波分遥辨感率与成变像化规律相反。
14
微波遥感与成像
合成孔径雷达工作原理
合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）, 也是侧视 雷达。
合成孔径雷达工作原理
第7章微波遥感与成像
19
雷达遥感图像畸变
第7章微波遥感与成像
20
斜距向几何畸变
第7章微波遥感与成像
21
近 距 离 端 图 像 压 缩
9
7.2 微波遥感与成像
侧视雷达（SLR）工作原理
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，接收的时 间不同。
第7章微波遥感与成像
10
微波遥感与成像
侧视雷达工作原理
遥感平台向前飞行，天线发射和接收雷达脉冲交替进行； 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条图象扫描线。 返回的信号被天线接收并记录下来