第一章 微波遥感基础
微波遥感期末知识点复习资料全
1.微波遥感分类• 主动微波遥感，被动微波遥感• 微波辐射计，微波散射计，微波高度计，成像雷达• 真实孔径雷达，合成孔径雷达，机载和星载• 干涉SAR，极化SAR2.微波遥感的意义全天候，全天时，植被穿透性，地表穿透性，独特的遥感机理，干涉测量能力，多极化，多波段，高分辨率，与其它遥感手段互补电磁波谱微波波谱微波波段：0.1-100cm短K->X->C->S->L->P 长为什么星载雷达系统不采用K/P波段？答：K波段波长短，虽然有较好精确性，但是此波长可以被水蒸气强烈吸收，使这一波段的雷达不能在雨中和有雾的天气使用。
P波段波长较长，由于微波穿过大气层时会产生法拉第旋转，低频长波旋转程度大，极大限制了空基P波段微波遥感系统的可行性。
且由于波长较长其分辨率低。
目标的散射特性与哪些因素有关？电磁波辐射在非均匀媒质或各向异性媒质中传播时多方位、多角度地改变原来传播方向的现象，即目标对入射电磁波能量的重定向。
瑞利散射：(a < 0.1λ)散射光波长等于入射光波长，散射粒子远小于入射光波长。
米氏散射：(0.1λ < a<10λ)当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。
光学(非选择性)散射（10λ < a）散射粒子的粒径比辐射波长大得多时发生的散射，散射系数与波长无关。
目标的散射特性首先取决于目标尺寸和雷达波长间的关系（粗糙度），入射角、介电特性（介电常数增加，反射增加）和极化特性。
如何提高真实孔径雷达分辨率？距离分辨率（地距分辨率）Rg = (tc/2) secβ斜距分辨率Rr=tc/2 (沿波束方向)脉冲宽度越小，俯角越小，距离分辨率越高，俯角太小地形影响严重，当俯角一定时，减小脉冲宽度可提高距离分辨率，所以合成孔径雷达在距离向采用脉冲压缩技术chirp（距离压缩）方位向分辨率Ra = (λ/d) R(又R=H/sinβ=H/cosθ )提高方位分辨率=>加大天线孔径，波长较短电磁波，缩短观测距离合成孔径技术合成孔径雷达分辨率与哪些参数相关？距离向分辨率Rg=(tc/2)/cosβ方位向分辨率Ls=βsR=D/2什么是多视？多视：用平均法减低相干观测系统上特有的乘性随机噪声光斑；把合成孔径长度分为N个区间，每区间内方位压缩后相加平均，N为视数降低了空间分辨率，换取辐射分辨率的提高SAR图像有哪些特点？1.穿透性：大气对电磁波的衰减与电磁波有关，波长越长，衰减越小2．斑点噪声：雷达图像上每个像素的信号是电磁波与各微散射体相互之间加强或减弱作用的集成，在影像中以斑点的形式表现出来。
微波遥感 期末复习
微波遥感哟不要第一章：微波遥感：利用某种传感器接收地面各种地物发射或反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需信息。
红外遥感是利用0.76~1000微米的红外涉嫌与各类地物关系来进行资源与环境调查和检测。
为什么微波遥感这么具有吸引力，它究竟具有什么优越性？一、微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
二、微波对地物有一定穿透能力。
三、微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息。
四、微波遥感的主动方式，雷达遥感不仅可以记录电磁波振幅信号，而且可以记录电磁波相位信息。
微波遥感分为主动和被动方式。
波长越长，穿透能力越强。
同一种土壤温度越小，穿透越深。
干涉测量：由数次同侧观测得到的数据可以计算出针对地面上每一点的相位差，进而计算出这一点的高程，其精度可以达到几米。
微波主动式传感器获得的图像常成为雷达图像，这是因为成像微波遥感常采用真实孔径雷达和合成孔径雷达，都是由雷达发展而来。
微波遥感也可以采用被动工作方式，这主要是微波辐射计的工作。
微波辐射计目前也成为重要的微波遥感工具。
所谓电磁波，就是以波动形式在空间传播并传递电磁能量的交变电磁场。
电磁波具有波长、传播方向、振幅和偏振面四个基本物理量。
这四个物理量一旦确定，一个平面电磁波就被完全决定了。
一般来说，振幅是指电场振动的幅度，它表示电磁波传递的能量大小，极化面是指电厂振动方向所在的平面。
电磁波的基本特性与微波微波是电磁波的一种形式，因此了解电磁波的一些基本特征也是对微波基本特征的了解。
1.叠加原理2.相干性和非相干性3.衍射4.极化（p7）在一定条件下，任何物体都能向外发射电磁辐射，而这种因热物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射，一般只要温度在0 K以上，一切物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射。
所有的物体都能吸收电磁辐射，吸收能力越强，其辐射能力也就越强。
大气对微波的衰减作用主要有大气中的水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
氧分子的吸收作用较强。
《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
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
《微波遥感》PPT课件
应用范围
微波被动遥感对于水特别敏感，因此在区域 和全球性水圈遥感中起着十分重要的关键作用。
比如，探测大气温度、水汽廓线，大气降雨、 大气可降水量、云中液态水含量；反演海面风 场(风速、风向)、台风、海冰的监侧；获取陆 地面温度、土壤湿度、积雪深度与水当量、干 旱、洪涝、沙漠，陆地水文与地理环境、植被 生物量、农作物生长评估及其在空间尺度上的 分布与时间尺度上变化等。
1.1.1 微波遥感的学科地位、优越性
微波在电磁波谱中的位置-长波端
1）波长范围
微波遥感载波波长1-1000mm
微波的频谱与能量谱(1焦耳=107 耳格)(MKS制-CGS制)
2）波段划分
微波波段
毫米波 厘米波 分米波
Ka K,Ku,X,C,S
S,L,P
3）微波波段名称与相对频率、波长
X
C
S
2）全天时工作Day/night capabilities
雷达是有源传感器（自己提供照射）并不依赖于日光。
在汶川地震遥感监测中，高分辨率SAR发挥了重要作用。 在5月13日至5月15日，灾区一直是阴雨天，光学遥感（卫星和航
空）都无法得到图像，通讯也基本中断，5月13日日本方面ALOS PALSAR首先获得ScanSAR模式的图像，但是分辨率为100米，无法 应用；意大利的COSMO SkyMed首先得到都江堰3米和1米分辨率的 SAR图像；5月14日我国的遥感1号得到分辨率为5米的灾区SAR图 像。 5月底直升飞机失事，在找寻飞机残骸的过程中，P波段和L波段的 雷达也发挥了重要的作用。
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参考书目：
微波遥感基础
微波偏振与极化 Polarization
电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量， 称为电磁破的偏振。
非偏振光，偏振光，部分偏振
E
Z
H
E线极化
E椭圆极化
E圆极化
H
Z
H
Z
H
Z
极化即电场振动方向的变化趋势，线极化是电场矢量方向不随时间变化的情况，分 为水平极化和垂直极化。
Polarization of Microwave
不同温度的物体，辐射峰值的波长
Mb(T ) T 4
黑体总辐射与温度的四次方成正比
黑体辐射瑞利-金斯定律
不适合高频段（紫外灾难）
Mb(,T )
2c 4
kT
ehc kT 1 hc kT
长波段时，黑体辐射与温度成正比
19世纪末的这两片乌云，恰恰予示了催生新的科学理论的风雨即将来临！
最小分辨角:
0 1.22
d
(设计遥感器空间分辨率
具有重要意义。)
d 物镜的有效孔径
电磁波的衍射
夫 琅 禾 费 衍 射 图 案
电磁波的衍射－夫琅禾费圆孔衍射
艾里斑半角宽 :
电磁波的衍射－瑞利准则
最小分辨角:
0 1.22
d d 物镜的有效孔径
“恰能分辨”的两个点光源的两衍射图样中心之间的距离，应等于艾里斑的半径。
大气影响（主要是吸收），实际的辐射曲线未不平滑 的折线。
地物的自发辐射
微波辐射指任何物体在向外辐射红外线的同时， 也辐射微波。
微波辐射特点如下：
1）微波与红外线相对，是物体低温条件下的重要 辐射特性，温度越低，微波辐射越强
2）微波辐射的强度比红外辐射的强度弱的多，需 要经过处理才能够使用接收器接收
2.1 微波遥感基础原理
2 微波遥感基础原理本章要点本章从电磁波传播的基本概念到SAR 的基本原理对于雷达遥感的基本知识作了概要的介绍，包括相干成像和合成孔径的概念、重要的参数、SAR影像的基本特征等。
主要内容§2．1 微波遥感物理基础§2．2 真实孔径雷达基本原理§2．3 SAR系统基本原理§2．4 SAR影像的主要特性2.1 微波遥感物理基础作业：目标的散射特性与哪些因素有关？在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。
E为电场矢量方向，M为磁场矢量方向，C为传播方向。
• 电磁波是时间和空间的函数• 电场矢量和磁场矢量相互垂直，而且又都垂直于传播方向• 电磁波具有波动性和粒子性• 波长、相干性、叠加性和极化等都是电磁波的重要特性＋幅度和相位• 如果某电磁波的电场矢量和磁场矢量均在垂直于传播方向的平面上，并且幅度为常数，则称为平面波在均匀介质中电磁波随时间作正弦变化，波长或频率是描述电磁波重要的参量。
微波偏振与极化Polarization电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝的振动分量，称为电磁破的偏振非偏振光，偏振光，部分偏振EHZE 线极化H ZE 椭圆极化H ZE 圆极化H Z极化即电场振动方向的变化趋势，线极化是电场矢量方向Polarization of Microwave水平极化是指电场矢量与入射面垂直 垂直极化是指电场矢量与入射面平行EHZ 垂直极化同极化HH，VV交叉极化HV，VH目标入射平面衍射衍射：波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的传播方向弯曲现象。
远场衍射，也称夫琅和费衍射，若光源或观察屏离开衍射孔或缝为无限远，这种衍射现象称远场衍射。
衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象；孔隙越小，波长越大，这种现象就越显著。
衍射对微波遥感的两个意义：天线；感兴趣的地表目标的大小与微波传感器的波长是相当的（毫米-米），土壤粗糙度、树枝、麦秆、水波和海浪等。
微波遥感理论与技术基础董晓龙一
• 发展的初期，电磁场与电磁波，无勇线于电开和始，才能找到特成殊的散射体。
雷达，射电天文，成像雷达，星载功微的波路遥 感。
• 第六章：微波的检测
• 第三章：电磁波的基本参数及其应用 • 电磁波的基本参数，电磁波的能量和功率 ，相干性，微波的传播，微波的产生。
• 第四章：微波的极化测量
• 概述，基本的微波辐射 特性，微波接收机，相 ，系统性能，定标。
Interscience, 1985 • 金亚秋，“电磁散射和热辐射的遥感理论”，科学出版社1993年出版。 • Henri Sauvageot, “Radar Meteorology”, Artech House Publishers, 1992.
• NASA’s Earth Science program: A web-based remote sensing tutorial (http://rst.gsf
• Radiation and the Atmosphere (B) • as the energy travels from its source to the target, it will come in contact with and atmosphere it passes through. This interaction may take place a second time as th the target to the sensor.
• Remote sensing is the technology of using sensors such as conventional cam scanners sensitive to electromagnetic radiations outside the visible region, to analysis.
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变方向绕过其边缘达到障碍物后面，这种使一
些辐射量发生改变的现象称为电磁波衍射。
第30页
一、电磁波的基本特征与微波 4、极化
波的极化在光学中也叫波的偏振。
波的极化是指在空间给定点上电场强度矢量的 取向随时间变化的特性。用电场强度矢量的端 点在空间描绘出的轨迹来表示。 如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为 极化电磁波（简称极化波）。
第17页
第一节 引言
微波遥感的优越性
微波遥感的主动方式可进行干涉测量
可以对地形变化进行监测。
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第一节 引言
微波遥感的不足
雷达传感器的空间分辨能力比可见光和红外传
感器低
其特殊的成像方式使得数据处理和解译相对困
难
与可见光和红外传感器数据不能在空间位臵上
一致
第19页
SEASAT Image of Los Angeles, 1978
的几何特性以及体界电特性，这样，将微波、可
见光和红外辐射配合运用，就能够研究表面上几
何的和体介电的特性以及分子谐振的特性。
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另外，微波还可以提供某些附加的特性，这
使其在某些应用方面具有独到之处。例如，根
据不同类型冰的介电常数不同可以探测海冰的
结构和分类；根据含盐度对水的介电常数的影
响可以探测海水的含盐度等等。
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二、微波与地物
微波散射与表面粗糙程度的关系：
对于长波雷达，地表较光滑，背向散射小。
同样的地表对于短波雷达就显粗糙，在雷达图像中由
于背向散射强而显得亮。
第48页
二、微波与地物
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第四节 微波遥感波段
微波遥感波段：300MHz到300GHz（波长从 1mm到1m）被无线电界划分为： 特高频（UHF）：300MHz-3000MHz(雷达) 极高频（EHF）:30GHz-300GHz（大部分利用不 到）
第52页
第四节 微波遥感波段
C波段可以用来对海洋及海冰进行成像； L波段可以更深地穿透植被，所以在林业及 植被研究中更有用。
第53页
如果不是暴雨和大雨，雨滴直径不超过2.5mm，而微波
频率不大于19.35GHZ时，雨滴的散射作用可忽略。
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一、微波与大气
3、云层噪声
云层本身的亮温作为随机干扰噪声叠加在
目标亮温上，对目标的微波辐射亮度测量产生
影响。频率越高，噪声越明显。
若实际物体在某一波长下的光辐射度 (即
光谱辐射亮度) 与绝对黑体在同一波长下的光
第32页
入射波 E H
目标 入射平面
极化示意图
第33页
Y
线极化
Y
椭圆极化
Y
圆极化
E
E
E
Z
X
Z
X
Z
X
线极化、椭圆极化、圆极化
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一、电磁波的基本特征与微波 4、极化 依据发射的及接收的极化的差别，可以有四种 组合：HH、VV、HV、VH HH or VV 图像称为同极化图像 HV or VH 图像称为交叉极化图像
第28页
一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性
相干波，产生干涉现象的电磁波被称为相
干波。一般地，凡是单色波都是相干波。
波的相干性导致微波雷达图像的像片上会
出现颗粒状或斑点状的特征。
第29页
一、电磁波的基本特征与微波
3、衍射
衍射的定义：
如果电磁波投射在一个它不能透过的有限
大小的障碍物上，将会有一部分波从障碍物的
电磁波具有波长（或频率）、传播方向、
振幅和极化面（亦称偏振面）四个基本
物理量。
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一、电磁波的基本特征与微波
1、叠加原理
叠加原理的内容
当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时， 每个波并不因其他的波的存在而改变其传播规律，仍 保持原有的频率或波长和振动方向，按照自己的传播 方向继续前进，而空间相遇点的振动的物理量等于各 个独立波在该点激起的振动物理量之和。
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云 层 对 无 线 电 波 从 空 间 到 地 面 之 间 传 输 的 影 响
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微波的衰减 不同能见度下，微波在海平面云雾水平路径的衰 减率
能见度 可见光 红外 94GHz 37GHz
(m)
（dB/km) （dB/km) （dB/km) （dB/km)
152
305 610 1219
120
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第一节 引言
微波遥感的优越性
微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
微波具有穿透云层、雾和小雨的能力，而且太阳辐射 对辐射测量没有太大的影响。因此微波辐射测量既可 在恶劣的气候条件下，也可以在白天和黑夜发挥作用， 具有较强的全天候、全天时的工作能力，这一特性优 于可见光和红外波段的探测系统。
像传感器）
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第一节 引言 主动微波遥感
������ 信号来源：系统自身发射微波辐 射，并接收从目标反射或散射回来的电 磁波。
������ 典型传感器：高度计、散射计 （均为非成像传感器）和成像雷达。
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第二节 电磁波理论与微波
电磁波：以波动的形式在空间传播并传递
电磁能量的交变电磁场。
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微波信号穿过植被的穿透性
1厘米波长
1米波长
由树顶反射的微波信号
由树顶、树 干、地面反 射的信号
由树顶、树 干反射的信 号
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2. 微波穿透土壤的深度与土壤湿度、类型及工 作频率有关。
不同类型土壤的穿透深度与土壤湿度的关系
第14页
第一节 引言
微波遥感的优越性
微波提供不同于可见光和红外遥感所能提供的
的信息； 在有云层的情况下也可进行除云层参数以外的大气性 质的测量。
第45页
第三节 微波与物质的作用
二、微波与地物
i r
r r
(a)完全光滑表面 (b)较粗糙表面
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二、微波与地物
(c)十分粗糙表面
顺着入射方向的散射分量称为前向散 射，逆着入射方向的散射分量称为后向 散射。
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第三节 微波与物质的相互作用
一、微波与大气
一般电磁波频率越高（即波长越短），大
气衰减作用越显著；相反，频率越低（即波长
越长），大气衰减可忽略不计。
大气对微波的衰减作用主要有大气中水分
子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的
散射。
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一、微波与大气 1、大气吸收 不同波长时氧对微波的吸收
（5）多波段遥感
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为什么要研究微波遥感？
微波遥感的特点
微波遥感究竟能解决哪些其他遥感手段 （光学、红外）所不能解决的问题？
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光学和红外遥感取得了巨大的成功！
北京（30米）
台北（0.6米）
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可见光所遭遇的难题
地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖着，尤其是占地球面 积五分之三的海洋上，气候条件变化更大，经常被云层遮蔽。
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VV极化
VH极化
第36页
二、电磁辐射与微波
从物理角度讲，所有电磁波都具有相同的性质，差别仅 在于频率不同，其产生机制有差别。
内部状态 原子核内部的相互作用 能量（ev) 107~105 相应的电磁波 射线
内层电子的电离作用
外层电子的电离作用 外层电子的激发 分子振动，晶格振动 分子旋转及反转 电子自旋和磁场相互作用 层磁场的相互作用
越小。
第11页
第一节 引言
微波遥感的优越性 微波对地物有一定穿透能力
1.微波穿透植物层的深度，取决于植物的含水量，密
度，波长和入射角。如果波长足够长而入射角又接近
天底角，则微波可穿透植被区而到达地面。因此，微 波频率的高端（波长较短）只能获得植被层顶部的信 息，而微波频率的低端（波长较长），则可以获得植 被层底层甚至地表以下的信息。
某些信息
如：测距；海洋动力场
第15页
微波测得的信息与红外和可见光所测信息互为 补充：
利用微波得到的信息在与红外和可见光波段测得的 信息是不同的。因此联合使用这三个波段的信息， 在可见光近红外波段所观测的颜色基本上取决于 其结果可以相互补充，更全面地了解被测物体的特 植被和土壤表层分子的谐振特性，而微波波段范 性。 围内观察到的“颜色”则取决于研究对象面或体
微 波 遥 感
遥感学院
第一章
微波遥感基础
第一节 引言
遥感, Remote Sensing,简称RS
根据传感器的探测波段，遥感可分为
（1）紫外遥感:波长范围为0.01～0.38μm
（2）可见光遥感:波长范围：0.38～0.76μm
（3）红外遥感:波长范围为0.76～1000μm
（4）微波遥感:波长范围为1 mm～1 m
第31页
一、电磁波的基本特征与微波
4、极化
线极化波：如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹 为一直线，它始终在一个平面内传播，则被称为线极 化波。
线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。 水平极化（H） ：电场矢量与入射面垂直。
垂直极化（V） ：电场矢量与入射面平行。
图像可有：HH、 VV、 VH、HV图像
第26页
一、电磁波的基本特征与微波
1、叠加原理
叠加原理的作用
将任何复杂的
波动看成很多
简单的较易理 解的波形叠加 的结果。
第27页
一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性
干涉的定义：
由两个（或两个以上）频率、振动方向相同，
相位相同或相位差恒定的电磁波在空间叠加时，