热红外辐射计和微波辐射计
第七章微波辐射计
表1：各种卫星携带的微波辐射计的名称和波段特征
卫星
Nimbus-7 & Seasat-A
美国雨云7号和海洋 卫星A
传感器
SMMR (Scanning Multi-frequency Microwave
Radiometer) [美国] 多频率扫描微波辐射计
DMSP (Defense Meteorological Satel含云中的液
态水
不同波段的微波辐射计有不同的专长和用 途
按测量目的区分，微波辐射计可分为探测 仪和成像仪:
➢ 探测仪主要应用在气象卫星上，波段多选 择在氧气和水汽吸收带和附近频率，用于 测量大气垂直温度和湿度廓线，要求大尺 度低分辨率，通常采用垂直轨道扫描方式
➢ 成像仪主要应用在海洋卫星上，波段（C、 X、K波段）频率通常较低，分辨率要求较 高，通常采用圆锥形扫描方式。
10.7 (v,h) 19.4 (v,h) 21.3 (v,h) 37.0 (v,h) 89.0 (v,h)
6.8 (v,h) 10.7全极化 18.7全极化 23.8 (v,h) 37.0全极化
350 100 200 400 1,000 3,000
75 x 43 51 x 29 27 x 16 32 x 18 14 x 8 6x4
89.0 5km 3,000
1.1K
表4：AMSR Characteristics
Frequency(GHz)
6.9 10.65 18.7 23.8 36.5 89.0 50.3 52.8
Ground Resolution
50km
25km
15km
Bandwidth (MHz)
350 100 200 400 1,000
《现代通信网》综合练习题答案
西安邮电学院高等函授《现代通信网》综合练习题答案（适用二年级通信工程专升本、五年级通信工程本科）一、问答题1、 现代通信网由业务网和支撑网两大部分构成。
前者包括接入网、交换网和传输网三部分，构成用户信息网；后者包括信令网、同步网和管理网三部分，保证业务网的正常高效运行。
2、 通信网由硬件和软件两大部分构成，其中硬件设备的构成要素是终端设备、传输设备和交换设备。
3、 狭义信道与广义信道的区别是前者仅指传输媒质，而后者除了传输媒质外还包括相应的传输设备。
4、 高效路由与低呼损路由的主要区别是前者无呼损要求，后者呼损要求为小于或等于1%。
5、 描述电话网接续质量的指标有两个，即呼损和时延。
6、通信网的连通度（α）、结合度（β）和抗毁度（n m 2）之间的关系为：n m 2≤≤βα。
7、 ISDN 用户网络—接口的信道类型有三类：B 信道、D 信道和H 信道。
它们的速率分别是：B 信道64kb/s ，D 信道16kb/s 或64kb/s ，H 信道有三种速率：H0信道384kb/s ，H11信道1536kb/s ，H12信道1920kb/s 。
8、 SDH 传输网的基本网元有终端复用器（TM ）、分叉复用器（ADM ）和数字交叉连接设备（SD XC ）。
9、 ISDN 用户线上最多能连接8个用户终端；允许同时工作的用户终端有3个。
10、 ISDN 与PSTN 互通时需解决信令系统之间的转换与互通。
对于局间信令，ISDN 使用的是No.7信令的ISUP ；PSTN 使用的是中国1号信令或No.7信令的TUP ，两者需要转换与互通。
对于用户线信令，ISDN 使用的是1号数字信令（DSS1）；PSTN 使用的是带内模拟用户线信令，如D TMF 等信令，两者也需要转换与互通。
11、 ISDN 具有7个主要功能：本地连接功能，64kb/s 电路交换功能，64kb/s 专线功能，中高速电路交换功能，中高速专线功能，分组交换功能，公共信道信令功能。
微波辐射计应用场合与任务
目录1微波辐射计应用场合与任务 (2)2微波辐射计组成与关键技术 (3)3微波辐射计研究热点与趋势（星载微波辐射计） (7)4关于微波辐射计发展的思考建议 (9)参考文献 (10)微波辐射计（英语：microwave radiometer，缩写为“MWR”）也称为“微波辐射仪”，是一种用于测量亚毫米级到厘米级波长（频率约为1-1000GHz）的电磁波（微波）的辐射计。
微波辐射仪能接收大气中的某些成分在一定频率上强烈辐射的微波，经过一定的转换方法，得到大气在垂直和水平方向上的气象要素分布，并且还可以探测到云状、云高以及目力无法观测到的晴空湍流。
此仪器携带方便，可增加探空网在时间和空间上的密度，能观测到大气的连续变化，不致漏掉范围较小但变化剧烈的天气系统。
微波辐射计是一款被动式微波遥感设备，微波遥感起步晚于可见光和红外遥感。
但相对于可见光和红外遥感器而言，微波辐射计能全天候、全天时工作。
可见光遥感只能在白天工作，红外遥感虽可在夜晚工作，但不能穿透云雾。
微波辐射计主要用于中小尺度天气现象，如暴风雨、闪电、强降雨、雾、冰冻及边界层紊流。
对于短时间内生成或消散的中小尺度天气灾害，虽然只是地区性的，但部分事件危害性较大。
在目前中尺度天气现象监测过程中，探空气球和天气雷达是常用的手段。
探空气球会受到使用时间和空间的限制；天气雷达资料基本局限于降雨过程无降水时的欠缺；在离地面5公里范围内卫星遥感数据存在较大的误差。
被动式地基微波辐射计的出现，填补上述研究方法监测方面的空白，是其有效的补充手段。
微波辐射具有独立工作能力，能在几乎各种环境条件工作，非常适合于自动天气站。
用于反演完整的大气廓线，反演数据和原始数据全部保存。
提供完备的顾客定制或全球标准算法。
主要应用如下：对流层剖面的温度、湿度和液态水，天气和气候模型研究，卫星追踪（GPS，伽利略）湿/干延迟和湿度廓线，临近预报大气稳定性（灾害性天气检测），温度反演检测、雾、空气污染，绝对校准云雷达，湿/干延迟改正VLBI技术。
遥感技术手段在土壤水分遥感监测的应用现状和发展趋势
遥感技术手段在土壤水分遥感监测的应用现状和发展趋势一、引言土壤水分是农业生产中的关键因素之一，对作物的生长发育和产量具有重要影响。
传统的土壤水分监测方法需要大量人力物力，并且时间成本高，难以满足大范围、高精度、快速获取土壤水分信息的需求。
遥感技术手段在土壤水分监测中具有很大的应用潜力，近年来得到了广泛关注和研究。
二、遥感技术手段在土壤水分监测中的应用现状1. 遥感技术手段介绍遥感技术是指利用卫星、飞机等遥感平台获取地球表面信息并进行处理与应用的技术手段。
它具有覆盖面广、周期短、数据获取快捷等优点，可以实现对大范围地区进行全天候连续观测和监测。
2. 遥感技术在土壤水分监测中的应用（1）微波辐射计法微波辐射计法是通过卫星或飞机上安装的微波辐射计对地球表面进行微波辐射探测，并根据反射率与土壤水分含量之间的关系进行土壤水分监测。
该方法具有快速、高效、准确的优点，但对观测条件较为苛刻，需要较高的技术门槛和设备投入。
（2）热红外遥感法热红外遥感法是通过卫星或飞机上安装的热红外传感器对地球表面进行热辐射探测，并根据土壤温度与水分含量之间的关系进行土壤水分监测。
该方法具有操作简单、成本低廉等优点，但受气象条件影响较大。
（3）多光谱遥感法多光谱遥感法是通过卫星或飞机上安装的多光谱传感器对地球表面进行多波段光谱探测，并根据不同波段反射率与土壤水分含量之间的关系进行土壤水分监测。
该方法可以获取更为详细的土地信息，但需要较高的技术门槛和数据处理能力。
三、遥感技术手段在土壤水分监测中的发展趋势1. 多源数据融合随着卫星数量增多和遥感技术不断进步，多种遥感数据可以被获取。
将多种遥感数据进行融合，可以提高监测精度和准确性。
2. 机器学习算法机器学习算法可以通过训练数据自主学习土壤水分与遥感特征之间的关系，并快速准确地进行土壤水分监测。
3. 智能化应用智能化应用可以实现对土壤水分信息的实时监测和预警，为农业生产提供更加精细化、个性化的服务。
海洋遥感
海洋遥感[填空题]1复介电常数参考答案：又称为相对介电常数或相对电容率，是描述海面发射率的一个关键参数，它是频率ω ，水温T 和海水盐度S 的函数。
[填空题]2后向散射系数参考答案：入射方向上的目标每单位面积上的平均雷达截面，与目标的复介电常数、表面粗糙度、雷达系统参数等有关。
[填空题]3直射辐照度参考答案：太阳光经大气衰减后，直接到达水面的辐射[填空题]4漫射辐照度参考答案：直射光经散射后到达水面的辐射[填空题]5海水表观光学量参考答案：由光场和水中的成分而定，包括向下辐照度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反射率、辐照度比等，以及这些量的衰减系数。
[填空题]6Ⅱ类水体参考答案：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非线性方式来影响[填空题]7海洋初级生产力参考答案：在单位海洋面积内，浮游植物通过光合作用固定碳的速率或能力，与平均叶绿素相关，单位为mg·m-2·d-1[填空题]8海水固有光学量参考答案：与光场无关，只与水中成分分布及其光学特性有关，直接反应媒介的散射和吸收特征，如：吸收系数；散射系数；体积散射函数等[填空题]9论述海洋遥感发展的现状、展望与趋势。
参考答案：现状：（1）海表温度遥感（2）海洋水色遥感（3）海洋动力遥感观测（4）海洋水准面、浅水地形与水深遥感测量（5）海洋污染监测（6）海冰监测（7）海洋盐度测量（8）船舶和尾迹探测展望：（1）建立以海洋卫星为主导的立体海洋监测体系（2）海洋遥感监测技术的精确化与定量化（3）海洋遥感信息系统的建设（4）小卫星海洋遥感技术我国：（1）建立稳定运行的海洋卫星体系（2）从多方面入手提高海洋遥感精度（3）开展同化技术研究以提高应用水平[填空题]10与国际先进水平相比较，我国海洋遥感的发展在哪些方面存在着一定的差距？参考答案：（1）基础研究落后：主要表现在海洋光谱特性的测量与研究相对滞后（2）专门为海洋遥感设计的传感器较少，而且至今还没有发射专门的微波遥感卫星，与美国等先进国家比，海洋微波遥感有10~15年差距（3）美国SeaStar卫星的SeaWIFS遥感器的辐射精度为5%，我国目前发射的水色遥感器要求达到的辐射测量精度为7%~10%，处于国际先进水平，但中国在微波遥感卫星资料处理方面还停留在利用国外遥感预处理半成品进行再加工研究阶段，尚不具备以业务应用为目的的微波遥感处理能力，更谈不上高精度的定量分析。
微波遥感2
主要内容 • • • • 简介 天线 被动微波传感器 主动微波传感器
2.1 简介
In the microwave region the wavelength is often similar to that of major scatterers in the medium, and we can make physical models for their interactions. This helps in the understanding of the interactions and means that we are not primarily dependent on statistical aspects, which is often the case in the optical regime. This is the reason why models for electromagnetic waves and medium interactions are so important for microwave remote sensing.
350 100 200 400 1,000 3,000
75 x 43 51 x 29 27 x 16 32 x 18 14 x 8 6x4
JERS-1 日本
TMI (TRMM Microwave Imager) 热带降雨测量任务（Tropical Rainfall Measuring Mission）微波成像仪 WindSat
• 微波辐射计在海洋卫星上用来遥感海表面温度、海表面风速和风向
（sea surface wind vector）、海面上空水汽含量、降水率（total
column precipitable water vapor）等，在飞机上用来遥感海表面温度、 海表面盐度（sea surface salinity）等。
海洋卫星应用考核试卷
11.海洋卫星可以用于监测以下哪个环境参数？（）
A.大气湿度
B.水质污染
C.土壤湿度
D.森林火灾
12.以下哪个国家较早开展海洋卫星研究？（）
A.美国
B.俄罗斯
C.法国
D.日本
13.海洋卫星数据在渔业资源管理中的主要作用是什么？（）
A.监测鱼群分布
B.预报渔场环境
C.指导渔业捕捞
D.以上都是
1.海洋卫星按其应用的海洋环境类型，主要分为________和________两大类。
2.我国第一颗海洋卫星HY-1A的发射时间是________年。
3.海洋卫星的主要载荷之一是________，它能够探测海面温度等参数。
4.________是利用海洋卫星进行海洋监测的一种技术，可以获取海洋表面及次表层的物理和化学信息。
2. ABC
3. ABC
4. ABC
5. ABC
6. ABC
7. ABCD
8. ABCD
9. ABCD
10. ABCD
11. D
12. ABCD
13. ABCD
14. ABCD
15. ABCD
16. ABCD
17. ABCD
18. ABCD
19. ABCD
20. ABCD
三、填空题
1.海洋动力环境卫星海洋水色卫星
A.载波接收机
B.信号处理器
C.高频发射机
D.地面接收站
10.海洋卫星可以用于监测以下哪些海洋现象？（）
A.海平面变化
B.海洋锋面
C.洋流
D.海底地震
11.以下哪些技术对提高海洋卫星遥感数据质量至关重要？（）
A.高分辨率成像技术
使用卫星遥感技术进行地表温度监测的方法
使用卫星遥感技术进行地表温度监测的方法地表温度是指地球表面的温度，它对于气候研究、环境监测以及农业生产等领域都具有重要的意义。
然而，传统的地表温度观测方法往往受制于地理位置、时间限制等因素，无法实时、全面地获取地表温度信息。
而随着卫星遥感技术的发展，使用卫星数据进行地表温度监测成为一种越来越被广泛采用的方法。
在使用卫星遥感技术进行地表温度监测时，首先需要选择合适的卫星传感器。
目前，常用的卫星传感器有热红外辐射计（TIR），它可以测量地表的热辐射能量，进而反推出地表温度。
还有微波辐射计（MW），它是通过测量地表微波辐射的强度来推导地表温度的。
同时，还可以利用可见光传感器（VIS）和红外传感器（IR）获取地表反射率和亮温等信息，进一步加以分析。
其次，在卫星遥感技术中，对于地表温度的监测常采用亮温法和辐射平衡法这两种方法。
亮温法是根据地表的亮温值来计算出地表温度的一种常用方法。
通过卫星传感器测量得到的地表亮温值可以反映地表散热能力，从而推算出地表的温度分布。
而辐射平衡法则是通过建立地表辐射收支平衡方程来计算地表温度的一种方法。
它主要是基于能量平衡原理，将地表的辐射能量、传导能量以及对流能量等各种能量进行计算，最终得到地表温度。
接下来，卫星遥感技术还可以利用多时相数据进行地表温度监测。
通过收集一段时间内的卫星遥感数据，可以获得不同时间点上的地表温度分布情况。
通过对这些时间序列数据进行分析，可以有效监测地表温度的变化趋势，如季节变化、日变化以及长期变化等。
这种方法不仅可以提供更加全面的地表温度信息，还可以帮助深入理解地表温度变化的影响因素。
同时，卫星遥感技术还可以结合地理信息系统（GIS）进行地表温度监测。
通过将卫星遥感数据与地理坐标信息相结合，可以对地表温度进行可视化展示和空间分析。
例如，可以绘制出地表温度分布图，以直观形式展示地表温度的空间变化情况。
同时，还可以与其他地理数据进行叠加分析，寻找地表温度与其他环境因素的相关性。
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热红外辐射计
3.2 热红外辐射计对海表面温度的遥感
海表面温度反演依据普朗克黑体辐射定 律计算
L (l ) ? 2hc2l ?5
1
hc
e kl TB ? 1
e设定为接近 1的经验常数
TB ? eTSST
影响因素 1）大气的影响
多通道海表面温度（ MCSST）算法
热红外辐射计
在大气层中的不同大气成分的吸收率
? ( l , T ) ? ? ( l , T ) = 1 不透明材料
2.2热辐射，基尔霍夫定律
基本原理
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的 电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为 热辐射
T<800K 红外光 T>800K 可见光
基本原理
基尔霍夫定律（黑体辐射定律）
2.基本原理
2.1 吸收率与反射率
物体接受辐射 — W入射 ? W反 ? W吸 ? W透
?
?
总吸收率 = 吸收总能量 ? ? (T )
入射总能量
t
总反射率 = 反射总能量 ? ? (T ) 入射总能量
单色吸收率 单色反射率
? ( l , T ) （ 波长l 附近） ? ( l , T ) （ 波长l 附近）
热红外辐射计
（2）：3.7~4.1μm(20 ，22和23通道)
SSTi ? a ? b ?Ti
Ti代表MODIS通道20、22 和23中的任意一个 单通道线性大气校正算法（ linear single band atmospheric correction algorithm ）
热红外辐射计
多通道SST算法 （MCSST：Multi-Channel SST algorithm ）
热红外辐射计和微波辐射计
主要内容
一、辐射计简介
二、基本原理
海表面温度的观测
三、热红外辐射计 反演温度的算法
海洋学的应用
四、微波辐射计
简介 传输方程 海面发射率模型和算法
五、D－矩阵法反演海表面温度和风速
六、雷达
七、风浪的方向谱
1.辐射计简介
1.1什么是辐射计
辐射计（radiometer ）是一种根据 被动遥感理论 而制作的传感器。
热红外辐射计
“迈阿密探路者”MPSST算法中的各个系数的估计值
大气条件的两 T32 - T31 ≤ 0.7 种情况
C1
1.228552
C2
0.9576555
பைடு நூலகம்
C3
0.1182196
C4
1.774631
T32 - T31 ≥ 0.7
1.692521 0.9558419 0.0873754 1.199584
? : 卫星观测角, f：微波频率 , ?：辐射计极化状态 , Ts：海表面温度 , Ss：海表面盐度 , ?：风向
U10：海面上10m高处风速
高频波段(>5GHz)，e对盐度不敏感，可反演 温度； L波段(1.4GHz)，e对盐度非常敏感，可反演 盐度
2.4 讨论：
基本原理
1.天线校正 （热衰减，方向系数）
2.大气校正 （大气粒子的吸收，大气自发 辐射，太阳辐射，宇宙背景辐射等）
3.风速风向 （平静海面和粗糙海面的发 射率模型）
3.热红外辐射计
3.1 分类与特点
可见光和近红外辐射计（ 6000K）
红外辐射计
热红外辐射计（ 300K）
可见光与近红外信号强
热红外信号波长大，易衍射，不易受烟尘、雾、 气溶胶的影响
?
2
f 2kb c2
T
代入 L(T、l ) ? （e T、l ）LB(T、l )
得：
TB ? eTSST TB : 海面亮温（ Brightness Temperature) TSST : 海面真实温度（ Sea Surface Temperature)
基本原理
TB ? eTSST 发射率e(? , f ,? ,Ts , Ss ,U10,? )
热红外 窗口
2）传感器本身噪声 增大积分时间，减小热噪声
热红外辐射计
3）物理海洋学订正
红外信号穿透海水的厚度只有 0.1mm（皮层）， 与海洋学中的表层（ 1m）温度有差异
热红外辐射计
3.3 MODIS 红外波段海表面温度算法
美国EOS系列卫星携带的中等分辨率成像光谱仪 MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectro-Radiometer ） (1) 11μm ，12μm两个通道 （通道序号 31，32） “迈阿密探路者” MPSST 算法
M (T、l ?（T、l
)? ）
M B (T、l
),
M (T、l )单色幅出度
遥感科学中，一般采用幅亮度参数
L(T、l ) ? ?（T、l ）LB (T、l ), L(T、l )单色幅亮度
基本原理
热平衡条件下，介质吸收能量的速率与 自发辐射能量的速率相等，即：
发射率e(l ,T) ? ? (l ,T) ? 1? ? (l ,T)
L(T、l ) ? （e T、l ）LB (T、l )
基本原理
2.3 普朗克公式和瑞利金斯公式
普朗克公式： L (l ) ? 2hc2l ?5
1
hc
e kl T ? 1
当 hc ?? 1,即f ? 600GHz时，
kl T
有瑞利金斯公式
L(
f
)
?
2
f 2kb c2
T
基本原理
将瑞利金斯公式
L(
f)
MODIS_ sst ? C1 ? C2 ?T31 ? C3 ?T(31)(32) ? C4[sec? ? 1]?T(31)(32)
热红外辐射计
MODIS_ sst ? C1 ? C2 ?T31 ? C3 ?T(31)(32) ? C4[sec ? ? 1]?T(31)(32)
注：
?θ是卫星天顶角； ?T31 代表MODIS通道31探测到的亮温； ? T(31)(32) 代表MODIS 通道32 亮温与通道 31亮 温之间的温差，通过 T (31)(32) 进行大气校正； ?亮温Ti需要依据普朗克定律（黑体辐射定律）从 该通道探测的辐亮度 Li计算获得
辐射计本身并不发射电磁波，它只接收地球表面 反 射和散射的太阳光，或者陆地、海面或大气的 自发辐 射，人们依靠 反演算法可以从辐射计测量数据中提取 有关地球表面、海洋和大气的物理信息。
辐射计简介
1.2 分类
?可见光和红外辐射计（ visible and infrared radiometer ） ?热红外辐射计（ thermal-infrared radiometer ） ?微波辐射计（ microwave radiometer ）