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1、雷达成像原理微波辐射与雷达遥感基础微波辐射与雷达遥感基础微波辐射与雷达遥感基础微波辐射与雷达遥感基础1.1.1.1.人工发射的探测波束人工发射的探测波束人工发射的探测波束人工发射的探测波束Radar Radar Radar Radar 雷达雷达雷达雷达 微波微波微波微波Lidar Lidar Lidar Lidar 激光激光激光激光 紫外紫外紫外紫外-可见可见可见可见红外红外红外红外微微微微波波波波Sonar Sonar Sonar Sonar 声纳声纳声纳声纳 2. 2. 2. 2. 波谱特征波谱特征波谱特征波谱特征 发射性好发射性好发射性好发射性好 波束窄波束窄波束窄波束窄 方向性方向性方
2、向性方向性好好好好 受大地电磁辐射影响小受大地电磁辐射影响小受大地电磁辐射影响小受大地电磁辐射影响小 可以穿可以穿可以穿可以穿透大气层，具全天候工作能力透大气层，具全天候工作能力透大气层，具全天候工作能力透大气层，具全天候工作能力 对地表具对地表具对地表具对地表具一定的穿透力一定的穿透力一定的穿透力一定的穿透力（22）微波波谱）微波波谱波段波段波段波段波长波长波长波长( ( ( (cm)cm)cm)cm)常用波段常用波段常用波段常用波段K K K K1.13-1.671.13-1.671.13-1.671.13-1.67KaKaKaKa1.67-2.421.67-2.421.67-2.421.
3、67-2.422.15-2.22.15-2.22.15-2.22.15-2.2cm (cm (cm (cm (高度计）高度计）高度计）高度计）2.052.052.052.05cm cm cm cm （散射计）散射计）散射计）散射计）X X X X2.42-3.662.42-3.662.42-3.662.42-3.663 3 3 3cm SARcm SARcm SARcm SAR成像雷达成像雷达成像雷达成像雷达G G G G3.66-5.133.66-5.133.66-5.133.66-5.13C C C C5.13-7.395.13-7.395.13-7.395.13-7.396.76.76.
4、76.7cm SARcm SARcm SARcm SAR成像雷达成像雷达成像雷达成像雷达S S S S7.39-11.527.39-11.527.39-11.527.39-11.5210101010cm SARcm SARcm SARcm SAR成像雷达成像雷达成像雷达成像雷达LsLsLsLs11.52-11.52-11.52-11.52-17.6317.6317.6317.63L L L L17.63-17.63-17.63-17.63-26.7626.7626.7626.7623.523.523.523.5cm SARcm SARcm SARcm SAR成像雷达成像雷达成像雷达成像雷达（3
5、）雷达的结构）雷达的结构发射机发射机转换开关监视器监视器接受机接受机天线天线雷达数据成像真实孔径雷达：侧视雷达向侧面发射一束脉冲，地物的反射回波，由天线收集，记录。合成孔径雷达：利用一个小天线作为单个辐射单元，沿一直线方向不断移动，在移动中选择若干位置发射信号，接收相应的发射位置的回波信号，存贮接收信号的振幅和相位。雷达数据成像合成孔径雷达：在不同位置接收同一地物的回波信号。目标目标真实孔径雷达：在同位置接收目标的回波信号。真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达天线特性天线特性天线特性天线特性天线特性天线特性发射与接收发射与接收发射与接
6、收发射与接收发射与接收发射与接收脉冲信号与处理脉冲信号与处理脉冲信号与处理脉冲信号与处理脉冲信号与处理脉冲信号与处理影响信号强度的主要因素影响信号强度的主要因素影响信号强度的主要因素影响信号强度的主要因素影响信号强度的主要因素影响信号强度的主要因素 地物特性、形状、坡向、地表粗造度地物特性、形状、坡向、地表粗造度地物特性、形状、坡向、地表粗造度地物特性、形状、坡向、地表粗造度地物特性、形状、坡向、地表粗造度地物特性、形状、坡向、地表粗造度距离分辨力距离分辨力距离分辨力距离分辨力距离分辨力距离分辨力脉冲发射方向上能分辨两个目标的脉冲发射方向上能分辨两个目标的脉冲发射方向上能分辨两个目标的脉冲发射
7、方向上能分辨两个目标的脉冲发射方向上能分辨两个目标的脉冲发射方向上能分辨两个目标的最小距离最小距离最小距离最小距离最小距离最小距离 Rr=Rr=Rr= c/2*secc/2*secc/2*sec （ - - -脉冲宽度脉冲宽度脉冲宽度 -俯角）俯角）俯角）俯角）俯角）俯角）方位分辨力方位分辨力方位分辨力 - - -相邻两波束间能分辨两目标的最相邻两波束间能分辨两目标的最相邻两波束间能分辨两目标的最小距离小距离小距离 R R R = = = RRR （ -波辫角波辫角波辫角 R-R-R-斜距）斜距）斜距）t合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达工作过程工作过程2 2kmkmR 4 4mmR R400k
8、m400km8 8mmLs 2kmLs 2kmV V =4=4cmcm方位分辨率方位分辨率方位分辨率方位分辨率按真实孔径计算：按真实孔径计算：按真实孔径计算：按真实孔径计算： R R = = R= R= /d*R/d*R 有：有：有：有：0.04/8*400000=20000.04/8*400000=20000.04/8*400000=20000.04/8*400000=2000m m m m按合成孔径计算：按合成孔径计算：按合成孔径计算：按合成孔径计算：Rs =Rs =Rs =Rs = /Ls*R/Ls*R/Ls*R/Ls*R Ls= R Ls= R Ls= R Ls= R = = = =
9、/d*R /d*R /d*R /d*R 则有：则有：则有：则有：RS=d=8mRS=d=8mRS=d=8mRS=d=8m 由于是双程位移由于是双程位移由于是双程位移由于是双程位移 则有：则有：则有：则有：RS=d/2=4mRS=d/2=4mRS=d/2=4mRS=d/2=4m水平极化和垂直极化水平极化：电磁波的电场矢量与入射面垂直水平极化：电磁波的电场矢量与入射面垂直水平极化：电磁波的电场矢量与入射面垂直水平极化：电磁波的电场矢量与入射面垂直( ( (入射波与目标表入射波与目标表入射波与目标表入射波与目标表面入射波处的法线所组成的平面面入射波处的法线所组成的平面面入射波处的法线所组成的平面面入
10、射波处的法线所组成的平面) ) )垂直极化：电磁波的电场矢量与入射面平行垂直极化：电磁波的电场矢量与入射面平行垂直极化：电磁波的电场矢量与入射面平行垂直极化：电磁波的电场矢量与入射面平行极化方式对目标回波强度影响很大极化方式对目标回波强度影响很大极化方式对目标回波强度影响很大极化方式对目标回波强度影响很大北极微波扫描图象北极微波扫描图象北极微波扫描图象北极微波扫描图象北极微波扫描图象北极微波扫描图象 色调色调色调色调色调色调- - - - -白色白色白色白色白色白色-0-0-0-0-0-0KKKKKK深红色深红色深红色深红色深红色深红色-312-312-312-312-312-312K KK
11、K K K侧视雷达图象侧视雷达图象加拿大加拿大Radarsat航天飞机航天飞机sic-x渤海湾渤海湾渤海湾渤海湾SIRSIRSIRSIR图像图像图像图像渤海湾渤海湾渤海湾渤海湾SIRSIRSIRSIR图像图像图像图像渤海湾渤海湾渤海湾渤海湾SIRSIRSIRSIR图像图像图像图像渤海湾渤海湾渤海湾渤海湾SIRSIRSIRSIR图像图像图像图像道路、村庄、土地利用道路、村庄、土地利用干涉雷达与立体成像干涉雷达与立体成像干涉雷达与立体成像干涉雷达与立体成像干涉雷达（INSAR)差分干涉雷达与DEM数据立体成像 精度=波长量级应用领域：地形-地壳-火山-。信号路径差r=r2-r1=BIIr2r2B视
12、线向分量视线向分量视线向分量视线向分量视线向分量视线向分量 随着目标的高度变化随着目标的高度变化随着目标的高度变化随着目标的高度变化随着目标的高度变化随着目标的高度变化H干涉纹图亮度 - - 相位相干图相位相干图 - 亮度亮度0-1SIR-C INSARSIR-C INSARSIR-C INSARSIR-C INSARDEMDEMDEMDEM数据数据数据数据奋进号发回的堪斯加奋进号发回的堪斯加奋进号发回的堪斯加奋进号发回的堪斯加奋进号发回的堪斯加奋进号发回的堪斯加DEMDEMDEMDEMDEMDEM立体图象立体图象立体图象立体图象立体图象立体图象常用雷达卫星系统RADASATRADARSAT-
13、2ERSENVISAT由欧洲空间局（ESA）控制，提供第一幅商业用途的微波雷达数据的ERS卫星，ERS-1和2分别于1991年7月1995年4月发射。 非成像传感器微波散射计：测量地物表面（体积）的散射或反微波散射计：测量地物表面（体积）的散射或反射特性，用于研究极化和波长变化对目标散射特射特性，用于研究极化和波长变化对目标散射特征的影响。征的影响。雷达高度计：根据往返双程的时延，测量计算到雷达高度计：根据往返双程的时延，测量计算到目标距离。目标距离。无线电地下探测器：测量地下及其分界的装置。无线电地下探测器：测量地下及其分界的装置。煤层探测仪煤层探测仪全天候遥感模式：全天候遥感模式：全天候遥
14、感模式：全天候遥感模式：白昼、阴天、天雾、雨天环境下的遥感白昼、阴天、天雾、雨天环境下的遥感白昼、阴天、天雾、雨天环境下的遥感白昼、阴天、天雾、雨天环境下的遥感 智能传感器智能传感器智能传感器智能传感器多多多多种种种种传传传传感感感感器器器器、多多多多级级级级分分分分辨辨辨辨率率率率、多多多多谱谱谱谱段段段段和和和和多多多多时时时时相相相相为为为为一一一一体体体体，并并并并与与与与GPSGPSGPSGPS相干激光测高及激光断面扫描技术相集成，形成。相干激光测高及激光断面扫描技术相集成，形成。相干激光测高及激光断面扫描技术相集成，形成。相干激光测高及激光断面扫描技术相集成，形成。 雷达干涉测量技
15、术（雷达干涉测量技术（雷达干涉测量技术（雷达干涉测量技术（INSARINSARINSARINSAR）提供大范围内的提供大范围内的提供大范围内的提供大范围内的DEMDEMDEMDEM（数字高程模型）数字高程模型）数字高程模型）数字高程模型）差差差差分分分分干干干干涉涉涉涉雷雷雷雷达达达达技技技技术术术术（D-INSARD-INSARD-INSARD-INSAR）用用用用来来来来监监监监测测测测地地地地表表表表的的的的水水水水平和垂直移动平和垂直移动平和垂直移动平和垂直移动土地利用状况的变化土地利用状况的变化土地利用状况的变化土地利用状况的变化精度可达到精度可达到精度可达到精度可达到3 3 3 3m m m m（近程）近程）近程）近程）9 9 9 9cmcmcmcm（远程）远程）远程）远程）利利利利用用用用ERSERSERSERSl l l l和和和和ERSERSERSERS2 2 2 2的的的的重重重重复复复复轨轨轨轨道道道道数数数数据据据据，导导导导出出出出5 5 5 5cmcmcmcm最最最最佳精度的佳精度的佳精度的佳精度的DEMDEMDEMDEM数据数据数据数据差差差差分分分分干干干干涉涉涉涉雷雷雷雷达达达达测测测测定定定定相相相相对对对对位位位位移移移移量量量量可可可可达达达达到到到到厘厘厘厘米米米米- - - -毫毫毫毫米米米米级级级级精度。精度。精度。精度。
