绪论1.1遥感的概念丄狭义的遥感:应用探测仪器,不与探测目相接触,从远处把目标的电磁波特性纪录下來,通过分析,揭示出物 体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
丄 广义的遥感:泛指一切无接触的远距离探测,包括对电磁波、机械波(声波、地震波)、重力场、地磁场等的探测。
遥感探测的基本过程 去 辐射源:目标的电磁辐射能量(自身发射,散射、反射) 丄 记录设备(传感器,或有效载荷):扫描仪(多光谱扫描 仪),相机(CCD 相机、全景相机、高分辨率相机等)、 雷达、辐射计、散射计等。
丄存储设备:胶片、磁带、磁盘丄传送系统:人造卫星的信号是地血发送到卫星的,在卫星中经过放大、变频转发到地血,山地血接收站接收。
亠 分析解译(人工解译、计算机解译) 1)国外航天遥感的发展 第一代1G1957年10B4U ,苏联第一颗人造地球卫星发射成功1960年4月1H,美国发射第一颗气象卫星Tiros 1,为真正航天器对地球观测开始。
1960年Evelyn L. Pruitt 提出“遥感,,一词。
1962年在美国密歇根大学召开的笫一次环境遥感国际讨论会上,美国海军研究 局的Eretyn Pruitt (伊•普鲁伊特)首次提出“Remote Sensing 词,会后被普遍采用至今。
1972年7月23 日第一颗陆地卫星ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite 1 )发射(示改名为Landsat-1),装有MSS 传感器,分辨率为79米。
1975年1月22R, Landsat-2发射,1978年3月5日,Landsat-3发射。
1978年6月,美国发射了第一颗载有SAR (Synthetic Aperture Radar,合成孔径雷达)卫星的Seasat,以后不同国家陆续 发射载有SAR 的卫星。
1982年7月16U, Landsat-4反射,装载MSS, TM 传感器,分辨率提高到30米。
1985年3月1日,Landsat-5发射,1993年 1()月,Landsat-6发射失败,1999年4月15日,Landsat-7发射,装载ETM+,分辨率提高到15米。
1986年2月,法国发射SFOT-1,装有PAN 和XS 遥感器,分辨率捉高到10米多光谱波段,SPOT-5全色波段分辨率达至l 」5m, 2.5m 。
2000年初美国发射MODIS 是Teira (EOS ・AMl )卫星的主要探测仪器,地面分辨率较低(星下点离间分辨率为250米,500 米,1000米等o2000年7月15H,笫一颗重力卫星CHAMP 发射成功,它是由德国GFZ 独口研制的,也是世界上首先采用SST 技术的卫星。
2002年,重力卫星GRACE 发射,它是美国(NASA )和德国(GFZ 洪同开发研制的。
2) 中国航天遥感的发展1970年4月24日发射笫一颗人造卫星“东方红1号”——通信卫星。
1988年9月7日中国发射第一颗气象卫星“风云1号二1999年1()月14日发射第一颗地球资源卫星“屮国・巴西地球资源遥感卫星” (CBERS-1) (China Brazil Earth ResourcesSatellite ),最高空间分辨率:19.5米。
3) 小卫星重量在1000公斤以下的卫星称为小卫星。
小卫星质量小于500kg,占卫星总量的70%o 1.3遥感的类型1)按遥感平台据地面的高低划分丄 地面遥感:100m 以下平台与地面接触,平台冇:汽车、船舰、三角架、塔等。
为航空和航天遥感作校准和辅 助工作。
丄航空遥感:100m-100km 以下的平台,平台有:飞机和气球。
可以进行各种遥感实验和校正工作。
特点:灵活 大、图像《遥感》重点章节1.3.5.81.2遥感发展简史* 无记录的地面遥感阶段(1608-1838年) * 有记录的地而遥感阶段(1839-1857年) 4 空中摄影遥感阶段(1858-1956年)4 航天遥感阶段(1957-)清晰、分辨率高。
丄航天遥感:100km以上的平台,平台有:火箭、卫星、航犬飞机。
特点:周期性、不受国界、地理条件的影响。
2)按探测波段划分丄紫外遥感:波段在0.05〜0.38 “ 间。
可见光遥感:波段在0.38〜0.76〃加Z间。
* 红外遥感:波段在0.76-1000 P加之间。
微波遥感:波段在\m m-\ m之间。
3)按工作方式划分4被动遥感:肓接接收与记录目标物反射的太阳辐射或者目标物木身发射的热辐射和微波的遥感。
(辐射计)丄主动遥感:使用人工辐射源从平台上先向目标发射电磁辐射,然后接收和记录目标物反射或散射冋來的电磁波的遥感。
(雷达)4)按用途划分小军事遥感:低高度、短寿命卫星:150~350km。
4 地球资源遥感:屮高度、长寿命卫星:35()〜18()() km。
包括:海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、环境遥感等。
丄通信和气象卫星:高高度、长寿命卫星:约36000 km。
5)按重量划分巨型卫星:>3.5吨。
大型卫星:2・3.5吨。
中型卫星:1・2吨。
小型卫星:<1吨。
小型卫星又可细分为小卫星(0.5〜1 吨)、超小卫星(0.1〜0.5吨)、微型卫星(10〜100公斤)、纳型卫星(小于10公斤)、皮型卫星(小于1公斤)和E 型卫星(小于100克)。
6)按显示形式划分图像遥感。
非图像遥感。
1.5遥感图像处理软件美国:ERDAS、ENVL IDRISI (Taiga);加拿大:PCI;澳大利亚:ER-Mapper;中国:TITAN Image o第一章电磁波及电磁波谱1)电磁波:交互变化的电场和磁场在空间的传播。
2)电磁波的特性:(1)波动性:①是横波,具有波长、频率(周期)、振幅、相位、角频率等参数。
②电磁波的波动性形成光的干涉、衍射、偏振等现象。
(2)粒子性:光电效应:光子作为一种棊本粒子,具有能量和动量。
电磁波谱序列:按波长递增的序列依次为:丫射线_X射线一紫外线一可见光一红外线一微波一无线电波。
近红外:0.76・3um,中红外:3-6u m,远红外:6-15um,超远红外:15-1000umo任何温度高于绝对零度(即・273.15°C)的物体都能产生红外辐射,例如太阳、人地、云雾、冰块、建筑物、车辆等,由于其内部分子热运动的结果,都会产生红外辐射。
人眼却无能感知红外辐射。
微波:波长在lmm-lm的波段范围内。
该范围内nJ再分为:毫米波、厘米波、分米波。
用特定的字母表示,如Ka, K, Ku, X, C, S, L, P o电磁波传播的基本性质:1)叠加2)干涉3)衍射4)极化(偏振)定义:横波在垂直于波的传播方向上,电场强度振动欠量偏于某些方向的现象。
在微波技术中称为“极化”。
极化波(偏振波):电磁波在空间传播时,若电场矢量的方向保持固定或按一定规律旋转,这种电磁波便叫极化波。
极化方向:极化电磁波的电场方向;极化面:极化方向与传播方向所构成的平面。
平面极化(也称线极化):电磁波的极化方向保持在固定的方向上的极化。
水平极化和垂直极化都是平面极化的特例。
平面极化方式分为:(1)垂直(V )极化:极化面为地面垂直的极 化(2)水平(H )极化:极化面与地面平行的极化。
极化的组合类型:HH 极化:发射波为水平极化,接收回波为水平 极化;VV 极化:发射波为垂肓•极化,接收回波为垂宜极化。
正交 极化: VH 极化:发射波为垂直极化,接收回波为水平极化。
HV 极化:发射波为水平极化,接收回波为垂直极化。
5)多普勒效应电磁辐射因辐射源或观察者相对于传播介质的运动,而使观察者接收到的频率发生变化的现象,称为多普勒效应。
物体的发射辐射1) 绝对黑体(简称黑体):对丁任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体。
2) 黑体辐射定律:普朗克定律、斯忒藩■玻尔兹曼定律、维恩位移定律普朗克定律:在给定温度、单位时间、面积、波长范围内黑体的辐射通量密度为:+273.15),单位是 K 。
(1)斯忒藩•玻尔兹曼定律与曲线下的面积成止比的总辐射通量密度W 是随温度T 的增加而迅速增加。
总辐射通量密度W 可在从零到无穷人的 波长范围内。
2 5&4普朗克公式积分,可得到从lcn?面积的黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度的表达式为:倂=厂1=冈 o 为斯忒藩——玻耳兹曼常数5.6697Xl () ,2w/cm 2 3K 4, T 为绝对黑体的绝对温度(K )。
15<?(2)维恩位移定律分谱辐射能量密度的峰值波氏随温度的增加向煎波方向移动。
普朗克公式微分,并求极值。
ch遥感辐射源: 辐射源:凡是能够产生电磁辐射的物体。
丄分为两大类:人工辐射源(主动遥感)和天然辐射源(被动遥感。
丄犬然辐射源:太阳和地球。
太阳辐射的特点:(1)太阳光谱是连续的。
(2)辐射特性与黑体基本一致。
(3)主要能量集小在0.2-3 pm 紫外到中红外波段区间。
4 遥感最常用的波段为:0.32-1.15pm nJ*见光、红外波段等稳定耦射,占太阳对地面辐射总通量密度的85%以上。
Planck's LawW(X) = 2 Tthc 1 ]X 5 e^T_ IW (入)一分谱辐射通量密度,单位W/(cm2 -u m ); 入一波长,单位是Um ; h —普朗克常数(6.6256 X 10-34J • s ); c —光速(3X1010cm/s ); k —玻耳兹曼常数 (1.38X10-23J / K ); T —绝对温度(绝对•温度=摄氏-?.咒he? 5朮4&- 1 + A 5e srx f-c"丿l 心丿=0"BT 2沁氧气:在v0.2 um、0.69 Pm、0.76 u m> 0.253 c m 和0.5 cm 处吸收都很弱。
散射的方式:主要冇米氏(Mie)散射、均匀散射、瑞利(Rayleigh)散射等。
散射类型:介质中不均匀颗粒的直径a与入射波长X同数量级时,发生米氏散射。
介质中不均匀颗粒的直径a>>入射波长X时,发生均匀散射。
介质中不均匀颗粒的直径a小于入射波长X的十分Z—时,发生瑞利散射。
(3)大气窗口:“大气屏障”:在人气中电磁波透过率很小,具至完全无法透过电磁波。
“人气窗口”:电磁辐射通过人气后衰减较小,透过率较高的电磁波段。
可以用作遥感的大气窗口:0.32-1.15 um大气窗口:这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段,是遥感技术应用最主要的窗口之一。
1.3-2.5 um大气窗口:属于近红外波段,主要应用于地质遥感。
3.5-5.O um人气窗口:属于屮红外波段,火灾、火山、核爆炸探测。
8-14 um大气窗口:热红外窗口,透射率为80%左右,属于地物的发射波谱。