第三章 側(cè)視雷達(dá)圖像的特點(diǎn)本章以討論雷達(dá)圖像為主，同時(shí)也簡(jiǎn)要介紹微波輻射計(jì)圖像。知識(shí)點(diǎn)：雷達(dá)圖像的幾何特點(diǎn)，影響地物回波強(qiáng)度的因素和典型地物回波的特點(diǎn)1主要內(nèi)容第一節(jié)

側(cè)視雷達(dá)圖像參數(shù)第二節(jié)

側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特點(diǎn)第三節(jié)

側(cè)視雷達(dá)圖像的信息特點(diǎn)第四節(jié)

典型地物的散射特性第五節(jié)

典型地物的亮度溫度2第一節(jié) 側(cè)視雷達(dá)圖像參數(shù)

包括系統(tǒng)的工作參數(shù)和圖像的質(zhì)量參數(shù)。前者是成像的基本條件，必須了解這些成像條件才能對(duì)圖像的理解有所幫助；后者涉及地物信息的可解譯程度，在分析和解譯圖像之前必須了解圖像的這些參數(shù)。3一、側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)的工作參數(shù)1、雷達(dá)波長(zhǎng)：地面粗糙度、波的穿透能力2、雷達(dá)的極化方式3、雷達(dá)波束的入射角4、雷達(dá)波束的照射帶寬5、雷達(dá)圖像的顯示方式：地距形式和斜距形式6、平臺(tái)飛行參數(shù)（高度、姿態(tài)、成像時(shí)間和經(jīng)緯度等）4二、圖像質(zhì)量參數(shù)1、圖像分辨率 空間分辨率、灰度分辨率、體分辨率2、圖像的幾何精度經(jīng)過(guò)圖像幾何處理后達(dá)到的精度，不同的處理方法其幾何精度也不一樣。5第二節(jié) 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特點(diǎn)

雷達(dá)圖像有其固有的幾何特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)它們有助于正確的分析和解譯圖像。主要有：斜距顯示的近距離壓縮、側(cè)視雷達(dá)圖像的透視收縮和疊掩、雷達(dá)陰影。6一、斜距顯示的近距離壓縮 雷達(dá)圖像中平行飛行航線的方向稱為方位向或航跡向，垂直于航行的方向稱為距離向。一般沿航跡向的比例尺是一個(gè)常量，它取決于膠片記錄地物目標(biāo)的卷片速度與飛機(jī)或衛(wèi)星航速之比。沿距離向比較復(fù)雜，地距顯示一般是常量（山地除外），斜距顯示的目標(biāo)位置由目標(biāo)到雷達(dá)的距離所決定。7G1、G2為兩目標(biāo)到天線的水平距離，代入得到兩目標(biāo)的圖上距離為：8y1、y2是兩目標(biāo)在圖像上的橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)通常為航跡向圖像坐標(biāo)，以x表示，f是距離向比例尺，a為比例尺分母，它由陰極射線管上光點(diǎn)的掃描速度決定。當(dāng)俯角為β時(shí)，兩目標(biāo)斜距差為：9ABCRgabRs天線側(cè)視雷達(dá)的斜距投影10斜距圖像近距離壓縮A=B=CSA2=B2=C2地距圖像斜距圖像·A1<B1<C1飛行高度H地面距離二、側(cè)視雷達(dá)圖像的透視收縮和疊掩在側(cè)視雷達(dá)圖像上所量得的山坡長(zhǎng)度按比例尺計(jì)算后與實(shí)際長(zhǎng)度要短的現(xiàn)象。常見(jiàn)的有雷達(dá)透視收縮、斜坡成像為一點(diǎn)、雷達(dá)疊掩。1112sΔRRbRmRlLRb<Rm<RL(a)雷達(dá)透視收縮3.2斜坡成像解譯13ABLrLB1透視收縮比Fp=(1-sinθ)1415前坡比后坡亮16sRbRmRlRb=Rm=RL(b)斜坡成像為一點(diǎn)3.2斜坡成像解譯17sRb>Rm>RLΔRRbRmRlL(c)雷達(dá)疊掩3.2斜坡成像解譯18入射角θ為正S入射角θ=0S入射角θ為負(fù)S地形、坡度(α)對(duì)入射角(θ)的影響19L1Lr’L2Lr”入射波束L1=L2,α1=α2,θ1=θ2,Lr’<Lr”前后坡圖像收縮情況(Lr)對(duì)比20BCFOEDB’D’E’O’S圖像疊掩的形成三、雷達(dá)陰影1、雷達(dá)陰影的產(chǎn)生 在山的后坡雷達(dá)波束不能達(dá)到，因而無(wú)回波信號(hào)，在圖像相應(yīng)位置出現(xiàn)暗區(qū)，沒(méi)有信息。21S三、雷達(dá)陰影2、雷達(dá)陰影產(chǎn)生的條件1）當(dāng)背坡坡度角小于俯角時(shí)，整個(gè)背坡都能接收到波束，不會(huì)產(chǎn)生陰影。

22三、雷達(dá)陰影2、雷達(dá)陰影產(chǎn)生的條件2）當(dāng)背坡坡度角等于俯角時(shí)，波束正好擦過(guò)背坡，這時(shí)要看背坡的粗糙度。平滑面，不能有雷達(dá)波束；起伏，有的地段可以產(chǎn)生回波。23三、雷達(dá)陰影2、雷達(dá)陰影產(chǎn)生的條件3）當(dāng)背坡坡度角大于俯角時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生陰影。242526三、雷達(dá)陰影272829第三節(jié) 側(cè)視雷達(dá)圖像的信息特點(diǎn)

側(cè)視雷達(dá)圖像上的信息是地物目標(biāo)對(duì)于雷達(dá)波束的反應(yīng)，而且主要是地物目標(biāo)后向散射形成的圖像信息，即朝向雷達(dá)天線的那部分被散射的電磁波形成的圖像信息。30一、地物目標(biāo)對(duì)雷達(dá)波束的幾種不同反應(yīng) 一般說(shuō)來(lái)，地物目標(biāo)在被雷達(dá)波束照射后，可能有以下幾種情況：反射、散射、穿透和吸收。31二、地物目標(biāo)的幾種類(lèi)型

地面目標(biāo)可分為分布型目標(biāo)、點(diǎn)目標(biāo)和硬目標(biāo)。 分布型目標(biāo)又叫面目標(biāo)，它由許許多多同一類(lèi)型的物質(zhì)或點(diǎn)組成。這些組成物質(zhì)或點(diǎn)的位置分布是隨機(jī)的。 只有表面足夠粗糙的地物目標(biāo)又具有較大的面積才是分布目標(biāo)。32二、地物目標(biāo)的幾種類(lèi)型

點(diǎn)目標(biāo)是指比分辯單元小得多的地物目標(biāo)，也就是在一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的地塊內(nèi)比較小的獨(dú)立地物目標(biāo)。33二、地物目標(biāo)的幾種類(lèi)型

硬目標(biāo)是那種既不占有相當(dāng)面積，又不限制在分辯單元之內(nèi)的地物，其回波信號(hào)在圖像上往往表現(xiàn)為一系列亮點(diǎn)或一定形狀的亮線。34三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素

雷達(dá)圖像中提取信息的主要依據(jù)是圖像灰度及紋理。 雷達(dá)圖像的灰度是地物目標(biāo)后向散射回波強(qiáng)度的表現(xiàn)形式。 地物目標(biāo)后向散射通常以雷達(dá)后向散射截面或后向散射系數(shù)來(lái)表達(dá)。35三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素36三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素1、表面粗糙度的影響 此處的表面粗糙度指的是小尺度的粗糙度，即尺度比分辯單元的尺寸要小得多的地物表面粗糙度。 一般情況下，粗糙表面在圖像上的色調(diào)是亮色調(diào)，稍粗糙表面在圖像上的色調(diào)是灰色調(diào)，而光滑表面在圖像上的色調(diào)是暗色調(diào)。37

完全光滑的表面產(chǎn)生鏡面反射，其反射遵循斯涅耳定律。這種情況下，幾乎所有的反射的能量都集中在以反射線為中心的很小立體角范圍內(nèi)，因此一般情況下，幾乎沒(méi)有回波信號(hào)，只有當(dāng)雷達(dá)波束垂直這類(lèi)地物表面時(shí)才能收到很強(qiáng)的回波。對(duì)于稍微粗糙表面，被反射的能量不再完全集中在反射線的方向，而是在各個(gè)方向均有反射，雷達(dá)天線接收能量少，回波信號(hào)弱。對(duì)于非常粗糙表面，可以像各個(gè)方向均勻反射能量，這時(shí)雷達(dá)天線接收的回波比較強(qiáng)。38如何區(qū)分三種表面入射俯角β，入射到高度為h不規(guī)則地物表面上，由于這種高度不規(guī)劃，產(chǎn)生兩條射線的程差（折線長(zhǎng)）為39這時(shí)，兩條射線的相位差就是h很小時(shí)反射線能量如同疊加，這是鏡面反射的條件。但是如果h值造成相位差接近弧度時(shí)，兩條反射線相位相反，破壞鏡面反射條件，使反射能量分布在很寬的角度上，形成散射，為此取相位差0.5作為區(qū)分光滑面與粗糙面和區(qū)分鏡面反射漫反射的分界線即：三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素1、表面粗糙度的判定瑞利判據(jù)h：地表的高度差λ：波長(zhǎng)θ

：入射角40三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素皮克和奧立佛修改后的判據(jù)若:則為光滑表面若則為粗糙表面h為地表面不規(guī)則體的平均高度411、表面粗糙度的影響42三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素2、復(fù)介電常數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，復(fù)介電常數(shù)越高，反射雷達(dá)波束的作用越強(qiáng)，穿透作用越小。復(fù)介電常數(shù)由表示介電常數(shù)的實(shí)部和表示損耗因子的虛部組成。所謂損耗因子是指電磁波在傳輸過(guò)程中的損耗或衰減，它與物質(zhì)的傳導(dǎo)率有關(guān)。 復(fù)介電常數(shù)相對(duì)于單位體積的液態(tài)水含量呈線性變化。水分含量低時(shí)雷達(dá)波束穿透力大，反射?。划?dāng)?shù)匚锖亢艽髸r(shí)，穿透力就大大減小，反射能量最大。43三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素2、復(fù)介電常數(shù)一般來(lái)說(shuō)，復(fù)介電常數(shù)越高，反射雷達(dá)波束的作用越強(qiáng)，穿透作用越小。復(fù)介電常數(shù)與地物的含水量有密切關(guān)系。44三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素3、波長(zhǎng)45波長(zhǎng)是衡量地物表面有效粗糙度和復(fù)介電常數(shù)的量，一般說(shuō)來(lái)波長(zhǎng)對(duì)回波的影響是比較不確定的。三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素4、入射角46三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素4、入射角47入射角的減小，目標(biāo)有效粗糙度會(huì)增加，將會(huì)增加目標(biāo)散射能量的分布范圍。一般說(shuō)來(lái)，這時(shí)散射回波面積的大小也隨之增大。三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素4、入射角48三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素5、極化方式

雷達(dá)成像系統(tǒng)一般發(fā)射水平極化波，當(dāng)這種電磁波與地表相互作用時(shí)，會(huì)使電磁波的極化方向產(chǎn)生不同程度的旋轉(zhuǎn)，形成水平和垂直兩個(gè)分量，可以用不同極化的天線去接收。這樣就有HH和HV兩種不同極化方式的圖像。當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射垂直極化波，同樣可以接收到兩種分量的信號(hào)，產(chǎn)生VV和VH圖像，但一般很少這樣做，多是發(fā)射水平極化波。49

對(duì)于交叉極化，通?；夭ū韧瑯O化低8-25db，故用以接收交叉極化的雷達(dá)接收機(jī)的增益要高些。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生交叉極化的過(guò)程稱為去極化。目前研究表明有四種去極化機(jī)理。（1）由均勻的平滑起伏表面上反射系數(shù)的差別引起的鏡面反射；（2）非常粗糙的表面引起的多次散射（3）地表趨膚深度層內(nèi)的非均勻物體引起的散射（4）地物目標(biāo)本身的各向異性產(chǎn)生的散射50三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素51三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素6、亞表面粗糙度和體散射 當(dāng)電磁波穿透地物時(shí)，第二次介質(zhì)的表面粗糙度即為亞表面粗糙度。 體散射是當(dāng)雷達(dá)波束穿透地物時(shí)，由于地物內(nèi)物質(zhì)的不均勻性，和不連續(xù)的空間位置分布，引起體內(nèi)散射的各向同性。52三、影響雷達(dá)圖像色調(diào)的因素7、角反射器效應(yīng)當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)具有兩個(gè)相互垂直的光滑表面或有三個(gè)相互垂直的光滑表面時(shí)，就是所謂的角反射器。53四、雷達(dá)圖像中的某些虛假現(xiàn)象54四、雷達(dá)圖像中的某些虛假現(xiàn)象55第四節(jié) 典型地物的散射特性

不同的地物具有不同的電磁波反射和輻射特性，因而表現(xiàn)在遙感圖像上具有不同的灰度或色調(diào)，同一地物在不同波段的圖像上色調(diào)也不盡相同，正是由于這樣的特性，使我們可以利用遙感圖像進(jìn)行地物分析，識(shí)別地物，提取所需要的信息，所以掌握地物的波譜特征是十分重要的。56

對(duì)于側(cè)視雷達(dá)而言，地物波譜特性主要表現(xiàn)為地物對(duì)于某一波長(zhǎng)或某幾個(gè)波長(zhǎng)的雷達(dá)波束的不同散射特性。選擇有代表性的地區(qū)的各種典型地物量測(cè)其微波波譜特性，對(duì)于我們很好地利用微波遙感圖像，從中提取可靠的信息十分重要。571、光滑表面的 散射特性

這些面對(duì)于3cm的側(cè)視雷達(dá)波束形成鏡面反射，沒(méi)有回波信號(hào)，圖像多呈黑色，隨入射角增大，回波減弱，HH極化和VV極化及交叉極化差別較大。58592、粗糙表面的特性60粗糙表面的散射特性曲線是比較平緩的，曲線斜率變化不大,說(shuō)明對(duì)于入射角的敏感性小，另外，同極化與交叉極化散射系數(shù)之間差異也變小。3、植被的散射特性6162

通過(guò)不同農(nóng)作物散射特性對(duì)比發(fā)現(xiàn)，VV與HH極化方式之間，HV與VH極化方式之間，差別很小，只是在同向與交叉極化方式之間存在5-15db的差異，小麥散射曲線近似平行，對(duì)入射角不敏感，僅水稻散射曲線在接近垂直入射角時(shí)散射系數(shù)增大，這主要是水稻田中水的反射所致。63

不同含水量對(duì)散射的影響：含水量高時(shí)散射系數(shù)值增大，對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的雷達(dá)波束，散射系數(shù)要小64

作物在不同生長(zhǎng)期，散射特性可能不同異或基本不變。上圖顯示小麥在不同高度時(shí)的散射特性，一般情況下小麥散射特性穩(wěn)定，但當(dāng)病蟲(chóng)害發(fā)生時(shí)散射特性因?yàn)槿~片密度、形狀等會(huì)呈現(xiàn)不同趨勢(shì)。65胡楊林等灌木叢表現(xiàn)為亮白色；草甸為綠色；沙漠為暗紅－紫色。66674、土壤的散射特性68土壤的散射特性主要與入射角、地表粗糙度、含水量有關(guān)；裸土散射系數(shù)隨入射角增大而減小，曲線隨粗糙度增加（K3到K1）而變得平緩，并且不管在哪一種極化組合情況下，不同粗糙度的土壤散射特性曲線都交于同一入射角。

在某一入射角下，土壤散射系數(shù)與濕度因子mf呈線性關(guān)系，一般在側(cè)視雷達(dá)圖像上可已知土壤含水量的各點(diǎn)圖像密度作為參照，以量測(cè)其他點(diǎn)處土壤表層含水量。695、巖石的散射特性

巖石的散射特性與多種因素有關(guān)，表面形狀和粗糙度，組成巖石的元素，照射角取向等，裸露的巖石形狀各異，整塊的可構(gòu)成不同的角反射器，碎塊的堆積又造成不同的粗糙度，要得到單一類(lèi)型巖石的散射系數(shù)比較困難，須用機(jī)載散射計(jì)進(jìn)行量測(cè)，但由于巖石通常被植物和土壤覆蓋，要分析不同的巖石常常要對(duì)植被土壤的覆蓋信息進(jìn)行分析。705、巖石的散射特性7172736、海洋的散射特性74左圖是不同風(fēng)速下海面散射特性曲線，海面散射系數(shù)隨入射角變化的曲線斜率與海面粗糙度有關(guān)，即