微波遥感
第一章：
微波遥感：利用某种传感器接收地面各种地物发射或反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需信息。

红外遥感是利用0.76~1000微米的红外射线与各类地物关系来进行资源与环境调查和检测。

为什么微波遥感这么具有吸引力，它究竟具有什么优越性？
一、微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。

二、微波对地物有一定穿透能力。

三、微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息。

四、微波遥感的主动方式，雷达遥感不仅可以记录电磁波振幅信号，而且可以记录电磁波
相位信息。

微波遥感分为主动和被动方式。

波长越长，穿透能力越强。

同一种土壤温度越小，穿透越深。

干涉测量：由数次同侧观测得到的数据可以计算出针对地面上每一点的相位差，进而计算出这一点的高程，其精度可以达到几米。

微波主动式传感器获得的图像常成为雷达图像，这是因为成像微波遥感常采用真实孔径雷达和合成孔径雷达，都是由雷达发展而来。

微波遥感也可以采用被动工作方式，这主要是微波辐射计的工作。

微波辐射计目前也成为重要的微波遥感工具。

所谓电磁波，就是以波动形式在空间传播并传递电磁能量的交变电磁场。

电磁波具有波长、传播方向、振幅和偏振面四个基本物理量。

这四个物理量一旦确定，一个平面电磁波就被完全决定了。

一般来说，振幅是指电场振动的幅度，它表示电磁波传递的能量大小，极化面是指电厂振动方向所在的平面。

电磁波的基本特性与微波
微波是电磁波的一种形式，因此了解电磁波的一些基本特征也是对微波基本特征的了解。

1.叠加原理
2.相干性和非相干性
3.衍射
4.极化（p7）
在一定条件下，任何物体都能向外发射电磁辐射，而这种因热物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射，一般只要温度在0 K以上，一切物体都会发射出由这一温度所决定的热辐射。

所有的物体都能吸收电磁辐射，吸收能力越强，其辐射能力也就越强。

大气对微波的衰减作用主要有大气中的水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。

氧分子的吸收作用较强。

大气微粒可分为三大类，水滴、冰粒和尘埃，它们散射因微粒大小和电磁波长的相对关系不同而异。

米氏散射：当微粒直径大于波长时，散射作用对波长的敏感就不如瑞利散射，其散射截面积与波长的n次方成反比。

入射电磁波与地表面各类地物发生相互作用的过程中，在地物表面产生镜面反射或漫反射。

一般来说，若地物表面是光滑的，入射电磁波将产生反射，波束垂直地物表面，反射就按逆入射方向返回。

而当地物表面是粗糙面时，入射电磁波将会产生散射，向各方面漫反射，顺着入射方向的散射分量称为前向散射，逆入射方向的散射分量称为后向散射。

具有任意极化的电磁波都可以分解为TE波和TM波两个分量。

TE波是电场矢量垂直于入射平面的极化波。

TM波则是电场矢量平行于入射平面的极化波。

皮克在对电磁波与地物表面的相互作用做出了深入详细的研究之后，提出了微分散射系数和表面极化发射率等概念
粗糙表面的发射率在所有方向都相同，这种粗糙表面称为朗伯表面。

第四节，无线电谱与微波谱
国际上通行将0.3GHz到300GHz作为微波频段，它是无线电的一部分，为无线电中的特高频、超高频和极高频。

（p21）
第二章微波遥感系统
本章介绍用于微波遥感的传感器和主要的航天微波遥感平台。

在海洋，陆地和大气微波遥感应用中，常用的有效的传感器包括下列五种：
1.散射计
2.高度计3。

无线电地下探测器 4.微波辐射计 5.侧视雷达
一般微波散射计的组成部分包括：1、微波发射器2、天线3、微波接收机4、检波器和数据积分器。

微波散射计的功能是测量地物表面的散射或反射特性。

无线电地下探测器，是测量地下层及其分界的一种装置，其工作原理包括以下几方面：
1、对于某些地物，低频率波束可以穿透其表面。

2、探测器接收到的反射功率可以检测出来。

3、能实现足够的距离分辨力。

微波辐射计可用于记录目标的亮度温度。

天线扫描有两种方式，一种是机械方式（天线摆动），另一种是电控方式。

辐射计表面上仅仅是一种接收机，但它与雷达或通信中的接收机不同，一、物体发射是相位非相干的自然辐射，它可以扩展到整个电磁波谱，而雷达接收机所接收的输入信号则可能是相位想干，并近于单色。

辐射计是一种高灵敏度的接收机
侧视雷达：
1、一般结构，在地面可以分辨的两目标最短距离就是侧视雷达图像的距离分辨力。

距离分辨力与俯角关系很大，说明了雷达成像必须侧视的原因。

在航向上所能分辨出的两个目标的最小距离成为方位分辨力：
Rw = WR
式中，w为波瓣角，R为斜距
Rw=λ/d * R
可见，要提高方位分辨力，必须加大天线孔径，采用波长较短的电磁波，缩短观测距离
合成孔径天线是再不同位置接收同一地物的回波信号，真实孔径天线则在一个位置上接收目标的回波。

天线在各方向上辐射的能量是不均匀的。

天线周围还分布着一些能量很小的辐射，一般成为旁瓣。

（p 35~39各种破公式）
加拿大发射的RADARSAT（p 42）
了解：所谓灰体是指实际的物体，它不可以吸收所有入射到它表面的能量，讨论灰体辐射，必须与相应的黑体一道进行。

物体的发射率：它的辐射亮度与等效黑体辐射亮度之比。

视在温度，也称为表观温度，它是利用天线进行辐射能量测试用到的一个物理量，它表示入射到天线的能量。

天线温度，（p45）
第三章
侧视雷达图像的参数包括系统的工作参数和图像的质量参数。

雷达系统的工作参数是成像基本条件。

图像的质量参数涉及地物信息的可解译程度。

雷达波束对地物的不同照射方向，会产生不同的回波效果。

雷达图像有两种距离显示形式，地距显示和斜距显示。

图像分辨率包括空间分辨率，灰度分辨率和体分辨率。

空间分辨率是指雷达图像上可区分的两个地物目标的最小距离，它包括方位分辨率和距离分辨率。

（P 52 ~ 55）侧视雷达图像的几何特点
地物目标对雷达波束的几种不同反应
一般来说，地物目标在被雷达波束照射后，可能有以下几种情况：反射、散射、穿透和吸收。

地物本身的结构，表面的粗糙度与介电性能不同，则会对电磁波的穿透、反射和吸收带来不同程度的效应。

一般来说，地物目标可分为分布型目标、点目标和所谓的硬目标。

影响雷达的图像色调的因素
1、表面粗糙度的影响
2、复介电常数
3、波长
4、入射角
5、极化方式
6、亚表面粗糙度和体散射
7、角反射器效应
指向角就是两面角轴线与雷达波束所在平面的夹角。

一般来说，当指向角为90度时，回波最强，偏离90度时，回波就弱，但三面叫没有这种指向角的明显效应，无论雷达波束方向如何，其回波总是比较强的。

第四节典型地物的散射特性（P 73）
第五节典型地物的亮度温度（P 79）
第四章
内部校准：通过标定的发射功率来测试发射接收系统的传输函数。

绝对校准，通过获得已知散射截面的地面目标信号来进行的。

雷达图像的定标是确定图像的灰度与标准雷达散射截面的关系。

定标是定量分析的前提，定标后，即可由雷达图像的灰度计算出地物目标回波的绝对值。

雷达图像的定标工作是再雷达系统进行校准后进行的。

雷达定标的一般原理
雷达系统的输入是地物目标回波功率，其输出则是图像灰度，
输出量与输入量之间的关系成为传递函数，只有确定了这一传递函数才能利用雷达图像进行定量分析。

（P 98雷达图像模拟）。