边界外通过。这部分波在超越障碍物时，会改
变方向绕过其边缘达到障碍物后面，这种使一
些辐射量发生改变的现象称为电磁波衍射。
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一、电磁波的基本特征与微波 4、极化
波的极化在光学中也叫波的偏振。
波的极化是指在空间给定点上电场强度矢量的 取向随时间变化的特性。用电场强度矢量的端 点在空间描绘出的轨迹来表示。 如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为 极化电磁波（简称极化波）。
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第一节 引言
微波遥感的优越性
微波遥感的主动方式可进行干涉测量
可以对地形变化进行监测。
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第一节 引言
微波遥感的不足
雷达传感器的空间分辨能力比可见光和红外传
感器低
其特殊的成像方式使得数据处理和解译相对困
难
与可见光和红外传感器数据不能在空间位臵上
一致
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SEASAT Image of Los Angeles, 1978
的几何特性以及体界电特性，这样，将微波、可
见光和红外辐射配合运用，就能够研究表面上几
何的和体介电的特性以及分子谐振的特性。
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另外，微波还可以提供某些附加的特性，这
使其在某些应用方面具有独到之处。例如，根
据不同类型冰的介电常数不同可以探测海冰的
结构和分类；根据含盐度对水的介电常数的影
响可以探测海水的含盐度等等。
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二、微波与地物
微波散射与表面粗糙程度的关系：
对于长波雷达，地表较光滑，背向散射小。
同样的地表对于短波雷达就显粗糙，在雷达图像中由
于背向散射强而显得亮。
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二、微波与地物
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第四节 微波遥感波段
微波遥感波段：300MHz到300GHz（波长从 1mm到1m）被无线电界划分为： 特高频（UHF）：300MHz-3000MHz(雷达) 极高频（EHF）:30GHz-300GHz（大部分利用不 到）
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第四节 微波遥感波段
C波段可以用来对海洋及海冰进行成像； L波段可以更深地穿透植被，所以在林业及 植被研究中更有用。
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如果不是暴雨和大雨，雨滴直径不超过2.5mm，而微波
频率不大于19.35GHZ时，雨滴的散射作用可忽略。
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一、微波与大气
3、云层噪声
云层本身的亮温作为随机干扰噪声叠加在
目标亮温上，对目标的微波辐射亮度测量产生
影响。频率越高，噪声越明显。
若实际物体在某一波长下的光辐射度 (即
光谱辐射亮度) 与绝对黑体在同一波长下的光
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入射波 E H
目标 入射平面
极化示意图
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Y
线极化
Y
椭圆极化
Y
圆极化
E
E
E
Z
X
Z
X
Z
X
线极化、椭圆极化、圆极化
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一、电磁波的基本特征与微波 4、极化 依据发射的及接收的极化的差别，可以有四种 组合：HH、VV、HV、VH HH or VV 图像称为同极化图像 HV or VH 图像称为交叉极化图像
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一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性
相干波，产生干涉现象的电磁波被称为相
干波。一般地，凡是单色波都是相干波。
波的相干性导致微波雷达图像的像片上会
出现颗粒状或斑点状的特征。
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一、电磁波的基本特征与微波
3、衍射
衍射的定义：
如果电磁波投射在一个它不能透过的有限
大小的障碍物上，将会有一部分波从障碍物的
电磁波具有波长（或频率）、传播方向、
振幅和极化面（亦称偏振面）四个基本
物理量。
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一、电磁波的基本特征与微波
1、叠加原理
叠加原理的内容
当空间同时存在由两个或两个以上的波源产生的波时， 每个波并不因其他的波的存在而改变其传播规律，仍 保持原有的频率或波长和振动方向，按照自己的传播 方向继续前进，而空间相遇点的振动的物理量等于各 个独立波在该点激起的振动物理量之和。
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云 层 对 无 线 电 波 从 空 间 到 地 面 之 间 传 输 的 影 响
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微波的衰减 不同能见度下，微波在海平面云雾水平路径的衰 减率
能见度 可见光 红外 94GHz 37GHz
(m)
（dB/km) （dB/km) （dB/km) （dB/km)
152
305 610 1219
120
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第一节 引言
微波遥感的优越性
微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
微波具有穿透云层、雾和小雨的能力，而且太阳辐射 对辐射测量没有太大的影响。因此微波辐射测量既可 在恶劣的气候条件下，也可以在白天和黑夜发挥作用， 具有较强的全天候、全天时的工作能力，这一特性优 于可见光和红外波段的探测系统。
像传感器）
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第一节 引言 主动微波遥感
������ 信号来源：系统自身发射微波辐 射，并接收从目标反射或散射回来的电 磁波。
������ 典型传感器：高度计、散射计 （均为非成像传感器）和成像雷达。
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第二节 电磁波理论与微波
电磁波：以波动的形式在空间传播并传递
电磁能量的交变电磁场。
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微波信号穿过植被的穿透性
1厘米波长
1米波长
由树顶反射的微波信号
由树顶、树 干、地面反 射的信号
由树顶、树 干反射的信 号
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2. 微波穿透土壤的深度与土壤湿度、类型及工 作频率有关。

不同类型土壤的穿透深度与土壤湿度的关系
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第一节 引言
微波遥感的优越性
微波提供不同于可见光和红外遥感所能提供的
的信息； 在有云层的情况下也可进行除云层参数以外的大气性 质的测量。
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第三节 微波与物质的作用
二、微波与地物
i r
r r
(a)完全光滑表面 (b)较粗糙表面
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二、微波与地物
(c)十分粗糙表面
顺着入射方向的散射分量称为前向散 射，逆着入射方向的散射分量称为后向 散射。
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第三节 微波与物质的相互作用
一、微波与大气
一般电磁波频率越高（即波长越短），大
气衰减作用越显著；相反，频率越低（即波长
越长），大气衰减可忽略不计。
大气对微波的衰减作用主要有大气中水分
子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的
散射。
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一、微波与大气 1、大气吸收 不同波长时氧对微波的吸收
（5）多波段遥感
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为什么要研究微波遥感？
微波遥感的特点
微波遥感究竟能解决哪些其他遥感手段 （光学、红外）所不能解决的问题？
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光学和红外遥感取得了巨大的成功！
北京（30米）
台北（0.6米）
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可见光所遭遇的难题
地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖着，尤其是占地球面 积五分之三的海洋上，气候条件变化更大，经常被云层遮蔽。
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VV极化
VH极化
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二、电磁辐射与微波
从物理角度讲，所有电磁波都具有相同的性质，差别仅 在于频率不同，其产生机制有差别。
内部状态 原子核内部的相互作用 能量（ev) 107~105 相应的电磁波 射线
内层电子的电离作用
外层电子的电离作用 外层电子的激发 分子振动，晶格振动 分子旋转及反转 电子自旋和磁场相互作用 层磁场的相互作用
越小。
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第一节 引言
微波遥感的优越性 微波对地物有一定穿透能力
1.微波穿透植物层的深度，取决于植物的含水量，密
度，波长和入射角。如果波长足够长而入射角又接近
天底角，则微波可穿透植被区而到达地面。因此，微 波频率的高端（波长较短）只能获得植被层顶部的信 息，而微波频率的低端（波长较长），则可以获得植 被层底层甚至地表以下的信息。
某些信息
如：测距；海洋动力场
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微波测得的信息与红外和可见光所测信息互为 补充：
利用微波得到的信息在与红外和可见光波段测得的 信息是不同的。因此联合使用这三个波段的信息， 在可见光近红外波段所观测的颜色基本上取决于 其结果可以相互补充，更全面地了解被测物体的特 植被和土壤表层分子的谐振特性，而微波波段范 性。 围内观察到的“颜色”则取决于研究对象面或体
微 波 遥 感
遥感学院
第一章
微波遥感基础
第一节 引言
遥感, Remote Sensing,简称RS
根据传感器的探测波段，遥感可分为
（1）紫外遥感:波长范围为0.01～0.38μm
（2）可见光遥感:波长范围：0.38～0.76μm
（3）红外遥感:波长范围为0.76～1000μm
（4）微波遥感:波长范围为1 mm～1 m
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一、电磁波的基本特征与微波
4、极化
线极化波：如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹 为一直线，它始终在一个平面内传播，则被称为线极 化波。
线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。 水平极化（H） ：电场矢量与入射面垂直。
垂直极化（V） ：电场矢量与入射面平行。
图像可有：HH、 VV、 VH、HV图像
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一、电磁波的基本特征与微波
1、叠加原理
叠加原理的作用
将任何复杂的
波动看成很多
简单的较易理 解的波形叠加 的结果。
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一、电磁波的基本特征与微波
2、相干性和非相干性
干涉的定义：
由两个（或两个以上）频率、振动方向相同，
相位相同或相位差恒定的电磁波在空间叠加时，