遥感原理复习总结

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1、遥感 ：使用某种传感器，不直接接触被研究的目标，感测 目标的特征信息 （一般是电磁波的反射辐射或者发射辐射） 经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息的过程。 分类方式：1、按遥感平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感。2、按传感器的探测波段范围分 紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感。3、按工作方式分：主动遥感、被动遥感。 4、按记录信息的表现形式分：像遥感、非成像遥感。 5、按遥感的应用领域分 遥感的特点： （1）真实性、客观性（2）探测范围大 （3）资料新颖且能迅速反应动态变化（4）成图迅速（5）收集资料方便 遥感技术系统包括：1、目标的信息特性2、目标信息的传输 3、空间信

2、息采集4、地面接收与预处理5、信息处理6、信息分析与应用 遥感物理基础 黑体 ：在任何温度下， 对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于 1（100%）的物体。 黑体辐射三个特性1、温度越高，总的辐射通量密度越大，不同温度的曲线 不同。2、随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方 向移动。3、辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最 大值。 地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。 发射率 (Emissivity)定义：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W 与同温下的黑体辐射出射度W 黑 的比值。 基尔霍夫定律定义：在一定温度下， 地物单位面积上的辐 射通量 W 和吸收率之比，

3、对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W 黑。W = T4 性质：在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段） ；吸收率越大，发射率也越大。 红外辐射与微波辐射比较：1. 任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射， 也发射微波辐射。二者基本相似。 但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。2. 微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理 来接收。 发射光谱特性：地物的发射率随波长变化的规律。发射光谱曲线： 按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。 等效温度 ：为了分析物体的辐射能力，常用最接近灰体辐 射曲线的黑体辐射曲线来表达，这时黑体辐射温

4、度称为该 物体的等效辐射温度。T =?4? 亮度温度 ：它是衡量地物辐射特征的重要指标。指等物体 的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。T = T太阳辐射：太阳是被动遥感主要的辐射源，又叫太阳光， 在大气上界和海平面测得的太阳辐射曲线太阳常数： 不受大气影响， 在距太阳一个天文单位内，垂 直于太阳辐射方向，单位面积单位时间黑体所接受的太阳 辐射能量。大气的散射：A、均匀散射：当不均匀颗粒的直径a时，发生均匀 散射，散射强度与波长无关。B、米氏 (Mie)散射 如果介质中不均匀颗粒的直径a 与入射波长同数量级，发 生米氏散射；散射强度与波长的二次方成反比。 米氏散射的

5、特征： （1） 电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒的内部。 （2）由于颗粒尺度与波长可以相似，所以颗粒的不同部 位往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的产生，一 方面这高度电流会产生高变的磁场，另一方面电流的存在意味着焦耳热损耗的出现电磁波的吸收。C、瑞利（ Rayleigh）散射 瑞利散射 （也称分子散射） 的条件是介质中的不均匀颗粒的直径 a 远小于入射电磁波波长，散射强度与波长的四次 方成反比。 大气散射系数与高度的关系： 大气散射系数由分子散射和气溶胶散射两部分组成。气溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减。就平均状况而言，4km 以 下的气溶胶米氏散射占优势，4km 以上的分子散射占相对

6、 优势。大气窗口 ：电磁波通过大气层时较少被反射，吸收和散射 的，透射率较高。 光学厚度： 消光系数沿大气传输路径的积分，是表征大气 介质对辐射衰减程度的无量纲量。大气的总光学厚度：在某一垂直路径上，从大气顶层到地 表的总衰减系数。 大气对电磁波的作用： 太阳辐射透过大气并被地表反射（有用的）； 太阳辐射被大气散射后被地表反射（纠正后有用）； 太阳辐射被大气散射后直接进入传感器；太阳辐射透过大气被地物反射后又被地表发射进入传感 器； 被视场以外地物反射后进入视场的交叉辐射项。 地球辐射定义：地球表面和大气电磁辐射的总称。地球辐射分段特性的意义： 可见光和近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特

7、性。 中红外波段遥感图像上，既有地表反射太阳辐射的信息，也有地球自身的热辐射的信息。 热红外波段遥感图像上的信息来自地球自身的热辐射特 性。 地物波谱： 地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地表物体波谱，简称地物波谱。 地物波谱特性：地物波谱随波长变化而变化的特性，是电 磁辐射与地物相互作用的一种表现。 地物波谱的作用：不同类型的地物，其电磁波响应的特性 不同，因此地物波谱特征是遥感识别地物的基础。 反射类型： 根据地表目标物体表面性质的不同，物体反射大体上可以分为三种类型，即镜面反射、 漫反射、 实际物 体的反射。 镜面反射： 发生在光滑物体表面的一种反射。物体的反射 满足反

8、射定律， 反射波和入射波在同一平面内，入射角等于反射角。 漫反射 ：发生在非常粗糙的表面上的一种反射现象。不论 入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。影响地物波谱的特征因素方向反射： 介于镜面和朗伯面 （漫反射）之间的一种反射。 自然界种绝大多数地物的反射都属于这种类型的反射，又 叫非朗伯面反射。1、太阳位置2、传感器位置3.不同的地理位置4.地物本身的变异 地物波谱测量的意义：1）传感器波段的选择、验证、评价； 2）建立地面、航空和航天遥感数据的定量关系； 3）地物光谱数据与地物特征的相关分析。 遥感平台 春分点 ：黄道面与赤道面在天球上的交点升交点 ：卫星由南向北运行时与赤道面

9、的交点 降交点 ：卫星由北向南运行时与赤道面的交点 近地点 ：卫星轨道离地球最近的点远地点 ：卫星轨道离地球最远的点6 个轨道参数 决定卫星在空间的位置和形状： 1 升交点赤经 : 春分点 R 逆时针方向到升交点K的弧长 2近地点角距 : 从升交点 K沿轨道到近地点A的角距 3、 过近地点时刻t: 卫星 S与近地点A 间的角距 ,也可用卫星 真近点角v 表示4 长半轴 a: 轨道椭圆的长半径5 偏心率 e: 轨道椭圆的偏心率 6 倾角 i: 轨道平面与赤道平面的夹角 周期：卫星在轨道上绕地球一周所需的时间； 覆盖周期： 卫星从某点开始，经过一段时间飞行后，又回到该点用的时间。 星下点 : 卫星

10、质心与地心连线同地球表面的交点。 地球资源和环境遥感的航天平台要求1 对全球表面进行周期性成像覆盖； 2 最大范围地获得地球表面信息； 3 保证在卫星通过北半球中纬度地区时有最佳光照条件；4 同一地点、不同日期的成像地方时间、太阳光照角基本 一致。 卫星轨道特点1、近极地轨道 轨道倾角越大，覆盖地球表面的面积越大。2、卫星轨道近圆形 作用是： 获取图像有相近的比例尺；成像扫描仪具有固定 的扫描频率。3、与太阳同步轨道： 作用（ 1）可使卫星通过同一纬度的平均地方时不变 （2）有利于在最佳光照条件下获取高质量影像和多时相 影像色调对比4、可重复观测 卫星坐标的解算方法有：1、利用星历参数解算2、

11、用 GPS测定 卫星坐标、姿态的测量与解算：1、红外姿态测量仪 利用地球与太空温差达287K 这一特点，以一定的角频率，周期地对太空和地球作圆锥扫描，根据热辐射能的相位变 化来测定姿态角。2、恒星相机测定法 将恒星摄影机与对地摄影机组装在一起，两者的光轴交角在 100 120之间的某一个角度上。至少摄取35 颗 五等以上的恒星，并精确记录卫星运行时刻，再根据恒星 星历表，摄影机标称光轴指向等数据解算姿态角3、3 个 GPS方法将三台GPS 接收机装在摄影机组上，同时接收四颗以上GPS卫星的信号， 反算出每台接收机上的三维坐标，进而 解算出摄影机的三个姿态角。 小卫星：（体积更小、成本更低、性能

12、更优）1 重量轻体积小2 研制周期短成本低3 发射灵活启用速度 快抗毁性强4 技术性能高 遥感传感器及其成像原理 传感器： 收集系统、探测系统、信号转换系统、记录系统。 成像类型：摄影方式；扫描方式 摄影方式遥感器：指经过透镜(组 )，按几何光学的原理聚焦构像， 用感光材料， 通过光化学反应直接感测和记录目 标物反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或 像纸上形成目标物固化影像的遥感器优点：空间分辨率高；成本低；易操作；信息量大 缺点：局限性大；0.31.3 m；影像畸变较严重；成像受 气侯、光照；和大气效应的限制；须回收胶片；影像形成 周期长无法实时观测。扫描方式遥感器 优点：可对全部

13、五个大气窗口的电磁辐射进行探测可进行 多波段、超多波段遥感-波谱分辨率高输出电信号，可用磁带记录，可实时传输所获是辐射量的定量数据,便于校 正和图像处理 缺点：空间分辨率相对较低IFOV：瞬时视场角，及空间分辨率MSS 多光谱扫描仪成像过程： 1 从左至右 ,垂直飞行方向逐点扫描,得到一条相应于地面 的图像线2 卫星向前运动， 第二次扫描得到第二条扫描线 在扫描一次的时间里卫星往前正好移动扫描线图像的地 面范围，扫描线恰好衔接。 影像特征：几何特征是存在全景变形,空间分辨率为79m； 波谱特征是Landsat1-3 有五个波段MSS4( 绿)、MSS5(红)、MSS6 ( 红外 )、MSS7

14、( 红外 )、MSS8(热红外 ) TM(专题制图仪)(Thematic Mapper)： 半个扫描周期，即单向扫描所用的时间为71.46ms，卫星 正好飞过地面480m， 下半个扫描周期获取的16 条图像线正好与上半个扫描周期的图像线衔接TM 特点1、TM 中增加一个扫描改正器,使扫描行垂直于飞行轨道 (MSS扫描不垂直于飞行轨道）; 2、往返双向都对地面扫描（MSS仅单向扫描） ； 3、地面分辨率由79 米到 30 米；4、波段由5 个增加到 7 个； 5、有热红外通道TM6 。 ETM 特点 1、增加了全色波段，分辨率为15 米 ; 2、采用双增益技术使热红外波段的分辨率提高到60 米；

15、 3、改进后太阳定标器使卫星的辐射定标误差小于5%。 固体自扫描遥感器： 以 CCD为探测元件的固体自扫描成像遥感器CCD电荷耦合器件： 是一块有许多小的光电二极管构成的固态电子元件-其中的每个 CCD单元都能感受光线的强弱-并将光信号转变 为与其相应强弱的微小电流-连续量的电模拟信号 扫描过程 : 接收由 CCD传输来的电信号取样、量化将这种强弱不断变化的连续电流转变为一连串的以电脉 冲表示的二进制数字A/D 转换 数字存储器。CCD三种主要功能 : 光电转换 -入射辐射在MOS电容 (CCD元 ) 上产生与光亮 度成正比的电荷 电荷积累 -当电压加到CCD电极上时 在硅层形成电位势 阱-电

16、荷在势阱内积累 电荷转移 -加高压形成深势阱, 加低压形成的势阱浅-电 荷可进行转移 -实现信号传输 地面分辨率 取决于 CCD元的大小固体自扫描成像遥感器特点： . 一改光机扫描的逐点扫描为逐行扫描、逐面 扫描 -革除了机械部件,简化了结构 ,避免了因振动引起的噪声； .光敏元同时曝光-延长了信号驻留时间,提高 了遥感器的灵敏度； .波谱响应范围宽-硅光敏元可探测0.41.1 m; .无畸变、体积小、功耗低、寿命长可靠性强。SPOT(HRV ： -高分辨率可见光遥感器)成像特点 以“ 推扫 ” 方式获取沿轨道的连续图像条带成像波 (光 )谱仪 : 是一种兼具高空间分辨率和高波谱分辨率、谱像合一的新 型超多波段扫描成像遥感器 天线扫描成像遥感器（成像雷达）是指用雷达一点一点地测量来自地球的回波信号，并以模 拟形式记录成图像或以数字形式记录在磁带上的雷达系 统它必须相对于地面（探测目标） 运动， 即必须搭载在飞 机、卫星或航天飞机上 特点： 有源主动、天线侧向扫描、能产生高分辨率影像地面分辨