电磁波及遥感物理基础
《遥感原理与应用》习题答案解析
《遥感原理与应用》习题答案解析遥感原理与应用习题第一章遥感物理基础一、名词解释1遥感：在不接触的情况下，对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术。
2遥感技术：遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。
3电磁波：电磁波（又称电磁辐射）就是由同相震荡且互相横向的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向旋转轴电场与磁场形成的平面，有效率的传达能量和动量。
电磁辐射可以按照频率分类，从高频率至高频率，包含存有无线电波、微波、红外线、红外线、紫外光、4电磁波五音：把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排序，就构成了电磁波五音5绝对黑体：能够完全吸收任何波长入射能量的物体6灰体：在各种波长处的发射率相等的实际物体。
7绝对温度：热力学温度，又叫做热力学温标，符号t，单位k（开尔文，缩写上开）8色温：在实际测量物体的光谱电磁辐射通量密度曲线时，常常用一个最吻合灰体电磁辐射曲线的黑体电磁辐射曲线做为参考这时的黑体电磁辐射温度就叫做色温。
9大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段称。
10发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
11光谱反射率：物体的散射电磁辐射通量与入射光电磁辐射通量之比。
12波粒二象性：电磁波具备波动性和粒子性。
13光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
问答题1黑体电磁辐射遵从哪些规律？（1由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度w随温度t的增加而迅速增加。
(2绝对黑体表面上，单位面积升空的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。
(3黑体的绝对温度增高时，它的电磁辐射峰值向短波方向移动。
(4不好的辐射体一定就是不好的吸收体。
(5在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。
2电磁波五音由哪些相同特性的电磁波段共同组成？遥感技术中所用的电磁波段主要存有哪些？a.包括无线电波、微波、红外波、可见光、紫外线、x射线、伽玛射线等b.微波、红外波、可见光3物体的电磁辐射通量密度与短萼有关？常温下黑体的电磁辐射峰值波长就是多少？（1与光谱反射率，太阳入射在地面上的光谱照度，大气光谱透射率，光度计视场角，光度计有效接受面积。
遥感原理与应用
一．绪论1.遥感的定义：遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。
2.遥感的过程:地物发射或反射电磁波通过介质（大气）被传感器接受，通过传感器获取数据，再经计算机对数据处理后，我们提取有用的信息，最后应用于实践。
（地物发射或反射电磁波→介质（大气）→传感器数据获取→计算机数据处理→信息提取→应用）二．电磁波及物理遥感基础1.电磁波的定义：变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
2.电磁波的特性：波动性（干涉、衍射、偏振）粒子性（光电转换）3.电磁波谱的定义:按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。
4.（1）地物发射电磁波:①绝对黑体的定义：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。
黑体辐射1.绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡02.绝对白体：吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡1 绝对黑体与绝对白体与温度和波长无关。
②遥感的两种形式：被动遥感，主动遥感。
其中太阳是被动遥感最主要的辐射源。
⒈太阳辐射的特点：与黑体特性一致；能量集中在可见光和红外波段。
⒉一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的低。
发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。
ε= W′/ W（ε是一个介于0和1的数）►绝对黑体ελ＝ε＝1►灰体ελ＝ε但0＜ε＜1►选择性辐射体ε＝ｆ(λ)►理想反射体（绝对白体）ελ＝ε＝0大多数物体可以视为灰体：W'=εW=εσT4（2）地物反射电磁波：①光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
②反射波谱特征曲线：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即为该物体的反射波谱特性曲线。
同一地物时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化。
遥感物理电磁波的产生原理
遥感物理电磁波的产生原理遥感物理电磁波的产生原理涉及到电磁场的概念和电磁波的特性。
电磁波是一种由电场和磁场相互作用而产生的波动现象，它的产生和传播在遥感领域具有重要的应用。
首先，我们来了解电磁场的概念。
电磁场是由电荷和电流产生的一种物理场。
任何电荷和电流都会产生电场和磁场，它们是相互作用的，互相影响。
电场是由电荷在空间中形成的，根据库仑定律，电荷之间的相互作用力是通过电场进行传递的。
磁场则是由电流产生的，根据安培定律，电流在周围形成的闭合环路上产生磁场。
在遥感物理中，电磁波是一种通过空间传播的电磁辐射。
电磁波具有特定的频率和波长，可以分为不同的频段，如无线电波、可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波可以在真空和介质中传播，速度为光速。
那么，电磁波是如何产生的呢？它的产生涉及到一个物体的振荡和加速运动。
当一个物体振动或加速运动时，它会在周围产生变化的电场和磁场。
如果振动或加速运动的频率和电场波长相匹配，物体周围的电荷就会被激发，导致电荷的运动和电流的产生。
以无线电波为例，当一个带电物体振动或加速运动时，会产生电场和磁场的变化。
根据麦克斯韦方程组，变化的电场会产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场，这样形成的电场和磁场的变化就是电磁波。
电磁波会沿着传播方向传播，并且速度为光速。
当这些电磁波到达接收器时，可以被接收，并转化为我们可以理解和利用的信号。
在遥感领域，电磁波的产生和传播是非常重要的。
我们可以通过遥感传感器向地球表面发射电磁波，然后接收并记录反射回来的电磁波。
通过分析接收到的电磁波信号，我们可以获取到地表的信息，如地表的反射率、温度、湿度、地形等。
这样的遥感技术在农业、测绘、城市规划、环境保护等方面有重要的应用。
总之，遥感物理电磁波的产生原理是基于电磁场相互作用而产生的。
当物体振动或加速运动时，会产生变化的电场和磁场，形成电磁波进行传播。
通过遥感技术，我们可以利用电磁波向地球发送和接收信号，获取地表的信息。
遥感物理基础电磁波与电磁波谱
第二章遥感物理基础遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。
由于不同物体具有各自的电磁波反射或辐射特性，才可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。
理解并掌握地物的电磁波发射、反射、散射特性，电磁波的传输特性，大气层对电磁波传播的影响是正确解释遥感数据的基础。
本章重点是掌握可见光近红外、热红外和微波遥感机理，以及地物波谱特征。
图2-1第一节电磁波与电磁波谱2.1.1 电磁波与电磁波谱1. 电磁波一个简单的偶极振子的电路，电流在导线中往复震荡，两端出现正负交替的等量异种电荷，类似电视台的天线，不断向外辐射能量，同时在电路中不断的补充能量，以维持偶极振子的稳定振荡。
当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播，这就是电磁波。
2. 电磁辐射电磁场在空间的直接传播称为电磁辐射。
1887 年德国物理学家赫兹由两个带电小球的火花放电实验，证实了电磁场在空间的直接传播，验证了电磁辐射的存在。
装载在遥感平台上的遥感器系统，接收来自地表、地球大气物质的电磁辐射，经过成像仪器，形成遥感影像。
3. 电磁波谱γ射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波（微波、短波、中波、长波和超长波等）在真空中按照波长或频率递增或递减顺序排列，构成了电磁波谱。
目前遥感技术中通常采用的电磁波位于可见光、红外和微波波谱区间。
可见光区间辐射源于原子、分子中的外层电子跃迁。
红外辐射则产生于分子的振动和转动能级跃迁。
无线电波是由电容、电感组成的振荡回路产生电磁辐射，通过偶极子天线向空间发射。
微波由于振荡频率较高，用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射。
由于它们的波长或频率不同，不同电磁波又表现出各自的特性和特点。
可见光、红外和微波遥感，就是利用不同电磁波的特性。
电磁波与地物相互作用特点与过程，是遥感成像机理探讨的主要内容。
图2-2电磁辐射的性质4. 电磁辐射的性质电磁辐射在传播过程中具有波动性和量子性两重特性。
4-2遥感——遥感的物理基础+光的三原色
颜色库。
2014-6-26
• 2、三种光的颜色可以设置成： 1）R=200，G=30，B=15——偏红色（显示器） 2）R=40，G=220，B=15——偏绿色 3）R=0，G=0，B=0——得到“黑色”（没有光） 4）R=255，G=255，B=255——得到“白色”（最强光，均 等） 5）0<R=G=B<255——得到“灰色”
•
黎明和黄昏时（此时地球与太阳之间距离很远），可见光要通过 较厚的大气层，波长小的紫光、蓝光在传播这么长的路程后几乎全被 大气吸收了，只剩下波长大的红光、橙光，直射光中红光成分大于蓝 光成分，∴太阳呈现红色。
•
大气中的瑞利散射对可见光影响较大，而对红外的影响很小，对
微波基本没有多大影响。
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决定。
•
如果气溶胶粒径与入射波长同数量级，发生米
氏散射；例如冬季燃煤产生的固体气溶胶浓度大，
发生米氏散射，常常一整天天空都是淡黄色、灰
蒙蒙的。
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• 3）粗粒散射（又叫非选择性散射或均匀散射）（r>>λ）：大气
中的液、固态水滴和固态杂质（比如粒度较大的沙尘暴）——
“颗粒物”的半径>1μm，都远大于可见光的波长，当天空有云层 或雨层时，满足均匀反射的条件，各个波长的可见光散射强度相 同，因而云呈现白色，此时散射较大，可见光难以通过云层，这 就是阴天时候不利于用可见光进行遥感探测地物的原因。夏季暴 雨来之前，天空呈现暗黑色，就是大气中的小水滴这些颗粒物将 所有波长的光全部进行散射。 • 而太阳的电磁波辐射几乎包括电磁辐射的各个波段，因此，
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• 【反射≠散射≠漫反射≠镜面反射】 • 镜面反射：发生在光滑物体表面的一种反射，入射角=反射角。 • 漫反射：发生在粗糙物体表面的一种反射，入射角=反射角。而且漫反 射向四面八方的反射是相等的。 • 散射：是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干 涉抵消，而是向各个方向传播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综 合反映。散射主要发生在可见光波段。 • 电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个 方向散开，称散射。尽管强度不大，但是从遥感数据角度分析，太阳辐 照到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气，传感器所接收到的
遥感的物理基础
反射现象：电磁波在传播过程中，通过两种介 质的交界面时会出现反射现象，反射现象出要 出现在云顶（云造成噪声）。
遥感基础与应用
大气窗口
不同波段的电磁波受到大气的衰减作用轻重不 同。
电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和 散射的，透射率较高的波段称为大气窗口。
遥感传感器选择的探测波段应包含在大气窗口 之内。
(2) 地物的发射光谱特性
同一地物，其表面粗糙或颜色较深的，发射率 往往较高，反之，发射率则较小。
比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物， 一般发射率大，反之发射率就小。
例如水体，在白天水面光滑明亮，表面反射强 而温度较低，发射率亦较低；而夜间，水的比 热大，热惯量也高，故而发射率较高。
遥感基础与应用
结果输出（图、表）
接收 预处理
用户处 理应用
遥感基础与应用
太阳辐射曲线
太阳辐射的能量主要集中 在可见光，其中0.38 ～ 0.76 µ m的可见光能量占太阳辐射 总能量的46%，最大辐射强 度位于波长0.47 µ m左右； 到达地面的太阳辐射主要 集中在0.3 ～ 3.0 µ m波段，
包括近紫外、可见光、近
土壤含水量增加，土壤的反射率就会下降，在 水的各个吸收带（1.4um、1.9um、2.7um处附近 区间），反射率的下降尤为明显。
遥感基础与应用
三种不同类型土壤在干燥环境下的光谱曲线
水的吸收带（1.4um、1.9um、2.7um） 干燥土壤的波谱特征主要 与土壤物质组成（成土矿 物和土壤有机质）有关。 土壤含水量增加，土壤的 反射率就会下降，
遥感基础与应用
不同地物的反射波谱特征
遥感基础与应用
遥感习题
第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、遥感2、遥感技术3、电磁波4、电磁波谱5、大气窗口6、光谱反射率7、光谱反射特性曲线问答题：1、叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。
2、地物光谱反射率受哪些主要的因素影响？3、何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围。
第二章遥感平台及运行特点名词解释：1、遥感平台2、遥感传感器3、卫星轨道参数4、升交点赤经5、轨道倾角5、近地点角距6、卫星姿态角7、重复周期8、近圆形轨道9、与太阳同步轨道10、近极地轨道11、小卫星问答题：2、以Landsat-1为例，说明遥感卫星轨道的四大特点及其在遥感中的作用。
3、叙述地心直角坐标系与地心大地直角坐标系的差别和联系。
4、获得传感器姿态的方法有哪些？简述其原理。
5、简述遥感平台的发展趋势。
6、LANDSAT系列卫星、SPOT系列卫星、RADARSAT系列卫星传感器各有何特点？第三章遥感传感器及其成像原理名词解释：1、遥感传感器2、红外扫描仪3、多光谱扫描仪4、推扫式成像仪5、成像光谱仪6、MSS7、TM8、HRV9、SAR 10、INSAR 11、CCD 12、真实孔径侧视雷达13、合成孔径侧视雷达14、全景畸变15、动态全景畸变16、静态全景畸变17、距离分辨率18、方位分辨率19、雷达盲区20、粗加工产品21、精加工产品22、多中心投影填空题：1、目前遥感中使用的传感器大体上可分为等几种。
2、遥感传感器大体上包括几部份。
3、MSS成像板上有个探测单元;TM有个探测单元。
4、LANDSAT系列卫星具有全色波段的是,其空间分辨率为。
5、利用合成孔径技术能堤高侧视雷达的分辨率。
6、扫描仪产生的全景畸变，使影像分辨率发生变化，x方向以变化，y 方向以变化。
7、实现扫描线衔接应满足。
选择题：(单项或多项选择)1、全景畸变引起的影像比例尺变化在X方向①与COSθ成正比②在X方向与COSθ成反比③在X方向与COS²θ成正比④在X方向与COS²θ成反比。
电磁波及遥感物理基础
射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。
电磁波的特性
1) 电磁波是横波
2) 在真空中以光速传播
3) 电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过
程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主 要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。
光的波动性充分表现在光的干涉、衍射、 偏振等现象中；而光在光电效应、黑体 辐射中则显示出粒子性。
• 在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓， 在此波段的黑白正片上，水体的色调很黑，与周 围的植被和土壤有明显反差，很容易识别和判读。
• 在水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变 化，含泥沙时，由于泥沙的散射，可见光波段发 射率会增加，峰值出现在黄红区。
不同浊度下水体的波谱特性曲线
• 水中含有叶绿素时，近红外波段明显抬升，这些 都是影像分析的重要依据。
植物
• 由于植物均进行光合作用，所以各类绿色植物具有很相似 的反射波谱特征：在可见光波段0.55um(绿光)附近有个波 峰，两侧0.45um(蓝光)和0.67um(红)则有两个吸收带。在 近红外波段0.8-10.um间有一个反射的陡坡，至1.1um附近 有一个峰值，形成植被的独有特征。在近红外波段1.32.5um受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率 大大下降，特别是以1.45、1.95、2.7um为中心是水的吸收 带，形成低谷。
度、速度、测量地形等。
自然辐射源（被动式遥感的辐射源）
➢ 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；
常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围 极大；辐射能量集中-短波辐射，即0.3-2.5um。 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。
➢ 地球的电磁辐射：小于3 μm的波长主要是太
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第一章电磁波及遥感物理基础
班级：测绘1402 姓名：宋希光学号：14110901053
前言
1、遥感定义（广义）：在不接触的情况下，对目标物或自然现
象远距离感知的一门探测技术。
2、各种测量仪器：水准仪、全站仪、经纬仪、三维激光扫描仪
（lidAR）、摄影测量、GPS、RS。
3、历史:1956年世界第一颗人造卫星发射成功，卫星摄影拍摄
范围广，速度快，成本低，在短期内能重复观测，有利于检
测地表的动态变化。
4、1972年第一颗资源卫星（陆地卫星），可称为遥感技术发
展的第一个里程碑。
5、1982年陆地卫星4号，此后各个卫星的精度不断提高。
1.1概述
1、遥感广义概念
遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离
探测和感知的一种技术。
目前人们所说的遥感，一般是指电磁波遥感，他是利用电磁波获取物体
的信息。
工作平台：卫星
媒介：电磁波
观察对象：地球表面
2、（1）电磁波
变化的电场合磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过
程被称为电磁波。
γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波都是电磁
波
（2）电磁波谱
紫外遥感：波段在0.001~0.38μ m之间。
可见光遥感：波段在0.38~0.76μm之间。
蓝：0.43~0.47μm 绿：0.50~0.56μm 红：0.62~0.76μm
红外遥感：波段在0.76~1000 μ m之间。
微波遥感：波段在1m m ~1 m之间。
1.2物体的发射辐射
1、（1）绝对黑体：对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。
（2）黑体辐射的三个特性：
a)总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加
b)分普辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动
c)每根曲线彼此不相交，温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密
度也越大
2、（1）太阳是被动遥感最主要的辐射源，相当于6000K的黑体辐射
最大辐射强度位于可见光0.47μm 处
（2）海平面处太阳强度与大气外界照度有何区别
大气对太阳辐射有一定的吸收和散射，海平面处太阳强度比大气外
界照度低
（3）大气分层垂直自下而上分为：
对流层：从地表到平均高度12km。
航空遥感在该层。
a)温度随高度上升而下降，每上升1km下降6度
b)空气密度和气压也随高度上升二下降
平流层：在12-80km的垂直区间中，平流层又分同温层，暖层，冷层。
在25-30km处为臭氧层。
气球、喷气式飞机。
电离层：在80-1000 km。
150-200km为侦查卫星，800-900km为资源卫星、气象卫星。
外大气层：1000km以上。
36000km为通讯卫星和气象卫星，静止卫星。
（4）大气窗口：有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为大气窗口
（5）遥感大气窗口：
1、0.30~1.15μm大气窗口，包括全部可见光，部分紫外线波段和部分近
红外波段
2、1.3~2.5μm大气窗口属于近红外波段
3、3.5~5.0μm大气窗口属于中红外波段
4、8~14μm热红外窗口
5、1.0mm~1m微波窗口
（6）一般物体辐射与黑体辐射的区别
自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体低，实际物体的辐射不仅依赖于波长和温度，还与构成物体的材料、表面状况有关
（7）发射率ε就是实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比（8）说明任何材料的发射率等于其吸收率
1.3地物的反射辐射
（1）物体对电磁波的反射形式：
1、镜面反射。
满足反射定律
2、漫反射
3、方向反射。
是镜面反射和漫反射的结合，没有规律可循
（2）反射波谱特性曲线：某物体的反射率随波长变化的规律
（3）绿叶反射特点:蓝、红光辐射能被叶绿素吸收进行光和作用；绿光也吸收了一部分，但仍反射一部分，所以叶子呈绿色；在近红外波段上形成
强反射；3个明显的水吸收带
（4）影响地物光谱反射率变化的因素
太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度
变化、地物本身的变异，大气状况
1.4地物波普特性的测定
（1）测量地物的反射波谱特性曲线作用
1、选择遥感波谱段、设计遥感仪器的依据
2、在外业测量中，是选择合适的飞行时间的基础资料
3、是有效进行遥感图像数字处理的前提之一，是用户判读、识别、分
析遥感影像的基础
（2）地物波谱特性的测定原理
对于不透明的物体，其发射率与反射率有下列关系：ε(λ)=1-ρ(λ)
地物波谱特征（反射波谱）测定的原理是：用光谱测定仪器（臵于不同波长或波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记录和计算地
物对每个波谱段的反射率，其反射率的变化规律即为该地物的波
谱特性。
各种地物发射辐射电磁波的特性可以通过间接地测试各种地物反射辐射电磁波的特性得到。