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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