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Bragg Scattering Enhanced backscatter due to coherent combination of signals reflected from a rough surface having features, with periodic distribution in the direction of wave propagation, and whose spacing is equal to half of the wavelength as projected onto the surface.
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5.6 非随机（周期）表面
浅粗糙周期表面： 浅粗糙周期表面：σh <λ/8 小风作用下的毛细波或短重力波（波长为毫米或厘米量级）； 小风作用下的毛细波或短重力波（波长为毫米或厘米量级）； 光滑表面： 判据； 光滑表面：Rayleigh判据； 判据 Bragg散射：相干散射 散射： 散射 散射波方向为若干个满足干涉加强条件的方向（ 散射波方向为若干个满足干涉加强条件的方向（不只是镜面 反射方向）； 反射方向）； Bragg散射表现为对入射 散射方向的较强的灵敏度，可用于 散射表现为对入射/散射方向的较强的灵敏度 散射表现为对入射 散射方向的较强的灵敏度， 周期表面波长的测量（ 周期表面波长的测量（SCAT）； ）；
σh =
h= h
∆
h−h
2
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Rayleig判据和Fraunhoffer判据
Rayleigh判据 判据 ∆φ<π/2 Fraunhoffer判据 判据 ∆φ<π/8
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平静海面辐射亮温与海水介电常数的关系
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5.7 自然表面的散射与辐射
概述 海洋和湖泊 水气凝结体 冰和雪 淡水冰 冰川与冰河 海冰 裸岩和沙漠 土壤 植被
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海洋和湖泊
海洋 模型简单； 模型简单； 平静海面的反射率是海水温度和盐度的函数； 平静海面的反射率是海水温度和盐度的函数； 海面反射率随着温度、海面粗糙度的增加而增加； 海面反射率随着温度、海面粗糙度的增加而增加； 对于频率<6GHz的电磁波，发射率随着盐度的增加而增加。 的电磁波， 对于频率 的电磁波 发射率随着盐度的增加而增加。
粗糙度效应
2 2 表面散射： 表面散射： Ei = ? ∑ Ei ∑ 相关叠加与非相关叠加。 相关叠加与非相关叠加。 2 2 Ei = ∑ Ei + ∑∑ Ei* E j ∑ 光滑平面： 光滑平面： 2 = ∑ Ei + ∑∑ Ei ⋅ E j exp(∆φij ) 镜面反射—相关表面散射 相关表面散射。 镜面反射 相关表面散射。 平静水面，机场等。 平静水面，机场等。 粗糙表面 非相关叠加分量占主导地位； 非相关叠加分量占主导地位； 极化对比度降低； 去极化效应 极化对比度降低；
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海水介电常数：SST、SSS；R (θ , f , h) = cosθ − 海水介电常数：SST、SSS；
s
ε r − sin 2 θ
SST 处理方法：Fresnel反射定律 处理方法：Fresnel反射定律
Rs (θ , f , v) =
cos θ + ε r − sin 2 θ
ε r cos θ − ε r − sin 2 θ ε r cos θ + ε r − sin 2 θ
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相关长度与表面斜率
粗糙面散射模型 面元模型 相关长度
C ( x, l ) = h( x), h( x + l ) h( x ) h( x + l )
5.5 粗糙表面的散射与辐射
概述 粗糙的定义 粗糙度效应 小结
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概述
粗糙表面 表面粗糙， 表面粗糙，几何细节可与波长相比 二次源非规则分布 合成散射场方向图 周期性与Bragg散射 周期性与 散射 随机粗糙面
微波遥感理论与技术基础
（第六周）
董晓龙 国家863计划微波遥感技术实验室 国家 计划微波遥感技术实验室 中国科学院空间科学与应用研究中心
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主动微波遥感 测量归一化雷达散射截面（ 测量归一化雷达散射截面（雷 达散射系数） 达散射系数）σ°； 与天线足印或遥感器分辨率无 关。 发射率与雷达散射系数 观测几何； 观测几何； 反射率（介电常数）； 反射率（介电常数）； 表面粗糙度。 表面粗糙度。
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小结
粗糙面散射 决定于入射角； 决定于入射角； 决定于波长度量的表面粗糙度； 决定于波长度量的表面粗糙度； 表面粗糙度参数 均方根高度 相关长度 均方根斜率 分形维数 粗糙面散射 镜面反射+漫散射 镜面反射 漫散射 浅粗糙： 浅粗糙：散射功率集中在一个 较小的角度范围内（ 较小的角度范围内（镜面反射 方向） 方向） 深粗糙： 深粗糙：散射功率向各个方向 发散。 发散。
hsmooth <
λ
8 cos θ i
hsmooth <
λ
8 cos θ i
θi
∆R = ∆xsin θi + hcosθi ∆φ = 2π
λ
⋅ 2∆R
∆R
h
∆x
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第五章：微波与物质的相互作用
连续媒质与大气 微波与分立目标的相互作用 体散射与辐射 光滑表面的反射与辐射 粗糙表面的散射与辐射 周期表面的散射与辐射 自然表面的散射与辐射 特殊的散射体。 特殊的散射体。
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平静海面
高度极化； 高度极化；入射角 重要参数： 重要参数：
TB = e( f ,θ , p )Ts = [1 − r ( f ,θ , p )]Ts
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粗糙的定义
粗糙度： 粗糙度： 表面高度相对平均高度的标准 均方根） 差（均方根） 平均高度的范围： 波长 平均高度的范围：>>波长 粗糙的定义： 粗糙的定义： 双程相位差足够大； 双程相位差足够大； φ ∆ 反射波的叠加主要是非相干叠 加； 相干叠加分量足够小。 相干叠加分量足够小。
粗糙度效应
一般粗糙面散射包括：镜面散射分量和漫散射分量。 一般粗糙面散射包括：镜面散射分量和漫散射分量。
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当界面为理想平面时， 当界面为理想平面时，平面波入射形成的反射波的方向和幅度 满足Snell定律和 定律和Fresnel定理，形成镜面反射； 定理， 满足 定律和 定理 形成镜面反射； 当界面表面具有一定的粗糙度时，散射波向其它方向扩散， 当界面表面具有一定的粗糙度时，散射波向其它方向扩散，散 射波有镜面反射方向的相干散射分量和向各个方向散射的漫散 射分量构成； 射分量构成； 当界面是完全的随机深粗糙的Lanbertian表面时，散射波在各 表面时， 当界面是完全的随机深粗糙的 表面时 个方向的分布没有明显差别，是完全的漫散射。 个方向的分布没有明显差别，是完全的漫散射。