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1、微 波 遥 感 微波遥感波段：300MHz到300GHz（波长从1mm到1m ） 被无线电界划分为：甚高频(VHF)、特高频（UHF）、超 高频（SHF）和极高频（EHF）。 为什么要微波遥感-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。 微波波段的特征 微波穿透云层、雾和小雨的能力 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
2、。 云、雨的穿透 v微波具有穿透被测物体的能力 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。 微波信号穿过植被的穿透性 1厘米波长 由树顶反射的微波信号 1米波长 由树顶、树干、 地面反射的信号 由树顶、树干反 射的信号 微波可以穿透土壤 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 v被动微波遥感 v主动微波遥感 微波遥感分类 被动微波遥感
3、被动微波遥感 信号来源： 系统自身不发射微波波束，只是接收目标物发射或散 射的微波辐射。 典型传感器： 传感器一般为微波辐射计，空间分辨率一般都在公里 级(卫星遥感)或米级(航空遥感) 。 微波遥感分类 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。 构成： 一部发射机，一部接收机，通常共用一幅天线。 典型传感器： 高度计、散射计和成像雷达。 高度计和散射计的空间分辨率较粗。 主动微波遥感 什么是雷达 v雷达： Radio Detection and Ranging Ka 波段: 频率 40,000-26,000 MHz; 波长 (0.8-1.1 cm)
4、 K波段: 26,500-18,500 MHz; (1.1-1.7 cm) X波段: 12,500-8,000 MHz; (2.4-3.8 cm) C波段: 8,000-4,000 MHz; (3.8-7.5 cm) L波段: 2,000-1,000 MHz; (15.0-30.0 cm) P波段: 1,000- 300 MHz; (30.0-100.0 cm) L Band (23.5 cm) 微波遥感器 成像雷达（真实孔径雷达RAR；合成孔径雷达SAR） 一般结构 发射机 转换开 关 天线 接收机 记录 显示器 脉冲发 生器 脉冲 回波 发射 脉冲 侧视雷达工作原理 v一个雷达成像系统，基
5、本包括发射器、雷 达天线、接收器、记录器等四个部分。 v由脉冲发生器，产生高功率调频信号； v经发射器，以一定的时间间隔反复发射具 有特定波长的微波脉冲； v通过发射天线向飞行器的一侧沿扇状波束 宽度发射雷达信号照射与飞行方向垂直的狭 长地面条带，此波束在方位方向上窄，在距 离方向上很宽； v借助于发射、接收转换开关，再通过天线 接收地面返回的能量； v接收器将接收的能量处理成一种振幅/时间 视频信号； v这种信号再通过胶片记录仪产生图像。 雷达观测几何状态 方位向 距离向 入射角 俯角 地物对微波的反射 地物对微波的反射 散射 镜面反射 角反射 光滑表面 粗糙表面 h是高度标准差，是波长，是
6、入射角 地物对微波的反射 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。 微波散射与表面粗糙程度的关系 地物对微波的反射 微波散射与入射角的关系 微波遥感器 分辨率 (1) 距离分辨率 在垂直于飞行方向上对目标物的分辨能力（所能分辨 的目标间最小距离）。 由脉冲宽度（脉冲持续时间） 决定。 微波遥感器 地距分辨率Rg 斜距分辨率Rs qd: Depression angle q1: off-nadir angle Rs: slant-range resolution Rg: ground-range resolution C:
7、 speed of light t: pulse width R: slant-range 脉冲宽度t，则在一个脉冲宽度内，电磁波往返距离: 2Rs = Ct 微波遥感器 距离分辨率的物理含义：脉冲时间为t, 两个不同距离的 目标产生两个回波，要使两个回波不完全重叠，才能分 清是哪一个回来的信号，必须有t 2Dr/C 距离分辨率与距离无关。 若要提高距离分辨率，需要减小脉冲宽度。 脉冲宽度小，则S/N降低，需加大发射功率，造成设备 庞大，费用昂贵。 目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率。 微波遥感器 （2）方位分辨率 由波束宽度与目标的距离决定。 波束宽度由天线大小及波长决定。 微波遥感器
8、 方位分辨率与天线大小、波长、距离有关，要提高方位分 辨率，需采用波长较短的电磁波，加大天线孔径和缩短观 测距离。这几项措施无论在飞机上或卫星上使用时都受到 限制。目前是利用合成孔径侧视雷达来提高侧视雷达的方 位分辨率。 微波遥感器 实际波束宽度： b = l / D 实际分辨率： DL = bR = Ls (合成孔径长度) 合成波束宽度： bs = l / 2Ls = D/2R 合成分辨率： DLs = bs R = D/2 雷达图像的特点 v雷达图像的变形： 斜距图像比例失真因为雷达图像是根据天线对目标物 的射程远近记录在图像上的，故近射程的地面部分在图像 上被压缩，而远射程的地面部分则伸
9、长。像片上呈正方形 的田块，在雷达图像上往往被压缩成菱形或长方形。 透视收缩(Foreshortening ): 有地形起伏时，面向雷 达一侧的斜坡在图像上被压缩，而另一侧则延长。由于透 视收缩，导致前坡的能量集中，显得比后坡亮。 顶底位移(Layover)：观测角度进一步减小时，斜坡顶 部反射的信号比底部反射的信号提前到达雷达。在图像上 显示顶部与底部颠倒。 雷达阴影：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不 到，产生阴影。 雷达图像的特点 v雷达图像的变形： 因为雷达图像是根据天线对目标物的射程远近记录在 图像上的，故近射程的地面部分在图像上被压缩，而远射 程的地面部分则伸长。 像片上呈正方形
10、的田块，在雷达图像上往往被压缩成 菱形或长方形。 透视收缩(Foreshortening ): 有地形起伏时，面向雷 达一侧的斜坡在图像上被压缩，而另一侧则延长。由于透 视收缩，导致前坡的能量集中，显得比后坡亮。 顶底位移(Layover)：观测角度进一步减小时，斜坡顶 部反射的信号比底部反射的信号提前到达雷达。在图像上 显示顶部与底部颠倒。 雷达阴影：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不 到，产生阴影。 （1）透视收缩现象仅发生在距离向。 （2）透视收缩是入射角的函数，入射角越 小，透视收缩现象越严重 雷达图像特点 雷达图像上显示的 透视收缩 雷达图像的特点 v雷达图像的变形： 因为雷达图像
11、是根据天线对目标物的射程远近记录在 图像上的，故近射程的地面部分在图像上被压缩，而远射 程的地面部分则伸长。 像片上呈正方形的田块，在雷达图像上往往被压缩成 菱形或长方形。 透视收缩(Foreshortening ): 有地形起伏时，面向雷 达一侧的斜坡在图像上被压缩，而另一侧则延长。由于透 视收缩，导致前坡的能量集中，显得比后坡亮。 顶底位移(Layover)：观测角度进一步减小时，斜坡顶 部反射的信号比底部反射的信号提前到达雷达。在图像上 显示顶部与底部颠倒。 雷达阴影：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不 到，产生阴影。 透视收缩 雷达图像的特点 v雷达图像的变形： 因为雷达图像是根据天
12、线对目标物的射程远近记录在 图像上的，故近射程的地面部分在图像上被压缩，而远射 程的地面部分则伸长。 像片上呈正方形的田块，在雷达图像上往往被压缩成 菱形或长方形。 透视收缩(Foreshortening ): 有地形起伏时，面向雷 达一侧的斜坡在图像上被压缩，而另一侧则延长。由于透 视收缩，导致前坡的能量集中，显得比后坡亮。 顶底位移(Layover)：观测角度进一步减小时，斜坡顶 部反射的信号比底部反射的信号提前到达雷达。在图像上 显示顶部与底部颠倒。 雷达阴影：有地形起伏时，背向雷达的斜坡往往照不 到，产生阴影。 v雷达阴影的存在，对于图像解译有利有弊。适当的阴影能 够增强图像的立体感，丰富地形信息，所以在比较平坦的地 区，使雷达图像有适当阴影，这是所希望的。 v在地形起伏大的山区，总是尽量避免阴影太大。为了补偿 阴影区丢失的信息，也可以采用多视向雷达成像技术，使在 某种视向时的阴影区目标可在另一种视向的雷达图像上看到 。 雷达图像特点
