第十一講微波遙感1、概述1、1微波波段劃分

微波波段三個(gè)區(qū)間:毫米波、厘米波與分米微波波段細(xì)分:并賦以更詳細(xì)得命名如圖7、1列出常用得微波波段:Ka,K、Ku、X、C、S,L、P、其波長(zhǎng)與頻率得關(guān)系見(jiàn)表7、1。在微波遙感中、Ka、X、L。等都就是常用波段

1、概述-微波波長(zhǎng)與頻率

波段名稱(chēng)波長(zhǎng)／cm頻率／MHzKa0、75~1、140、000~26、500K1、1~1、6726、500~18、000Ku1、67~2、418、000~12、500X2、4~3、7512、500~8、000C3、75~7、58、000~4、000S7、5~154、000~2、000L15~302、000~1、000P30~1001、000~0、3001、概述-1、2微波遙感得優(yōu)點(diǎn)

微波具有穿云透霧能力。

這使遙感探測(cè)可以不受天氣影響地進(jìn)行(波長(zhǎng)越長(zhǎng),散射越弱。大氣中得云霧水珠及其她懸浮微粒比起微波波長(zhǎng)要小很多)1、概述-1、2微波遙感得優(yōu)點(diǎn)微波可以全天候工作可見(jiàn)光由太陽(yáng)輻射而來(lái),太陽(yáng)照射時(shí)可以觀測(cè)到,夜晚就不可能觀測(cè)。而微波無(wú)論就是被動(dòng)遙感(接收目標(biāo)物發(fā)射得微波信號(hào))或主動(dòng)遙感(傳感器發(fā)出微波信號(hào)再接收地面目標(biāo)物反射回來(lái)得信號(hào))都不受黑夜得影響而全天候工作。而且相對(duì)于同樣可以進(jìn)行夜間工作得紅外遙感而言、微波得大氣衰減很小。1、概述-1、2微波遙感得優(yōu)點(diǎn)微波對(duì)地表面得穿透能力較強(qiáng)一般來(lái)說(shuō),波長(zhǎng)越長(zhǎng)、穿透能力越強(qiáng),但也與地表物質(zhì)得性質(zhì)相關(guān)。沙土、沃土、粘土相比較、干沙土穿透性最強(qiáng),但土壤中得水分對(duì)穿透性影響很大。因此,無(wú)論對(duì)哪類(lèi)土壤,濕度越大,穿透性越小。不同得物質(zhì),微波得穿透能力有很大不同、同樣得頻率對(duì)干沙可以穿透幾十米,對(duì)冰層則能穿透百米?？偟脕?lái)說(shuō),微波得穿透能力比其她波段強(qiáng),但需要注意得就是,微波對(duì)于金屬與其她良導(dǎo)體幾乎就是沒(méi)有穿透性。1、概述-1、2微波遙感得優(yōu)點(diǎn)第四微波還具有某些獨(dú)特得探測(cè)能力。微波就是海洋探測(cè)得重要波段,適用于精確得距離測(cè)量、海面波動(dòng)、風(fēng)力等。微波還就是測(cè)量地面高程、大地水準(zhǔn)面等得良好波段。此外、在土壤水分及地表下測(cè)量等方面也就是可見(jiàn)光與紅外遙感所達(dá)不到得。1、概述-1、3微波輻射得特征疊加:當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上得波在空間傳播時(shí)。如果在某點(diǎn)相遇、則該點(diǎn)得振動(dòng)就是各個(gè)波獨(dú)立引起該點(diǎn)振動(dòng)時(shí)得疊加、相干性:兩波相干時(shí),在交疊得位置,相位相同得地方,振動(dòng)加強(qiáng),相位相反得地方振動(dòng)抵消、其她位置均有不同程度得減弱。當(dāng)兩束微波相干時(shí),在微波雷達(dá)圖像上會(huì)出現(xiàn)顆粒狀或斑點(diǎn)狀特征。當(dāng)兩束波不符合相干條件時(shí),即為非相干波。這時(shí)疊加后得合成波振幅就是各個(gè)波振幅得代數(shù)與、因此上述現(xiàn)象在雷達(dá)圖像上便不會(huì)出現(xiàn)衍射:電磁波傳播過(guò)程中,如果遇到不能透過(guò)得有限直徑得物體,會(huì)出現(xiàn)傳播得繞行現(xiàn)象,即一部分輻射沒(méi)有遵循直線傳播得規(guī)律而繞到障礙物得后面,這種改變傳播方向得現(xiàn)象稱(chēng)為衍射,微波傳播時(shí)會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。1、概述-1、3微波輻射得特征極化:電磁波傳播就是電場(chǎng)與磁場(chǎng)交替變化得過(guò)程、凡它們得方向相互垂直。電場(chǎng)常用矢量表示,矢量必定在與傳播方向垂直得平面內(nèi)。矢量所指得方向可能隨時(shí)間變化,也可能不隨時(shí)間變化。當(dāng)電場(chǎng)矢量得方向不隨時(shí)間變化時(shí)、稱(chēng)為線極化。線極化分為水平極化與垂直極化。1、概述-1、3微波輻射得特征1、概述-1、3微波輻射得特征水平極化指電場(chǎng)矢量與雷達(dá)波束入射面垂直,記作H。垂直極化就是電場(chǎng)矢量與入射面平行、記作v(圖7、4)。雷達(dá)波發(fā)射后遇目標(biāo)平面而反射。其極化狀況在反射時(shí)會(huì)發(fā)生改變、根據(jù)傳感器發(fā)射與接收得反射波極化狀況可以得到不同類(lèi)型得極化圖像。12大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流1、概述-1、3微波輻射得特征極化方式極化方式特征描述水平極化HH發(fā)射與接收得電磁波同為水平極化垂直極化VV發(fā)射與接收得電磁波同為垂直極化交叉極化圖像HV發(fā)射為水平極化H、而接收垂直極化V交叉極化圖像VH發(fā)射垂直極化V。而接收水平相化H圓極化波電場(chǎng)矢量在與傳播方面垂直得平面上運(yùn)動(dòng)微波傳感器可分為兩大類(lèi):非成像傳感器與成像傳感器。非成像傳感器:微波散射計(jì),雷達(dá)高度計(jì)成像傳感器:共同特征就是獲得在地面掃描所得到得帶有地物信息得電磁波信號(hào)并形成圖像。這些傳感器可以就是主動(dòng)遙感、例如側(cè)視雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)等。也可以就是被動(dòng)遙感、比如微波輻射計(jì)。1、概述-1、4、微波傳感器1、概述-1、4、微波傳感器(1)微波輻射計(jì)微波輻射計(jì)主要用于探測(cè)地面各點(diǎn)得亮度溫度并生成亮度溫度圖像。由于地面物體都具有發(fā)射微波得能力,其發(fā)射強(qiáng)度與自身得亮度溫度有關(guān)。通過(guò)掃描接收這些信號(hào)并換算成對(duì)應(yīng)得亮度溫度圖、對(duì)地面物體狀況得探測(cè)很有意義。1、概述-1、4、微波傳感器(2)側(cè)視雷達(dá)側(cè)視雷達(dá)就是在飛機(jī)或衛(wèi)星平臺(tái)上由傳感器與飛行方向垂直得側(cè)面,發(fā)射一個(gè)窄得波束,覆蓋地面上這一側(cè)面得一個(gè)條帶、然后接收在這一條帶上地物得反射波、從而形成一個(gè)圖像帶。隨著飛行器前進(jìn),不斷地發(fā)射這種脈沖波束,又不斷地接收回波,從而形成一幅一幅得雷達(dá)圖像。(3)合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)與側(cè)視雷達(dá)類(lèi)似、也就是在飛機(jī)或衛(wèi)星平臺(tái)上由傳感器向與飛行方向垂直得側(cè)面發(fā)射信號(hào)。所不同得就是將發(fā)射與接收天線分成許多小單元,一單元發(fā)射與接收信號(hào)得時(shí)刻不同。由于天線位置不同,記錄得回波相位與強(qiáng)度都不同。這樣做得最大好處就是提高了圖像在飛行方向上得分辨率。天線得孔徑越小、則分辨率越高。1、概述-1、4、微波傳感器§7、2側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)得工作原理側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)常表示為SLR(side—lookingradarsystem)。如果就是側(cè)視機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)則表示為SLAR。系統(tǒng)中得天線稱(chēng)之為真實(shí)孔徑天線如圖7、6所示。由于電磁波得傳播速度為光速c、發(fā)射與返回得總時(shí)間就是t、則發(fā)射器與被探測(cè)物體得距離D=c、t/2工作原理§7、2側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)得工作原理2、距離分辨率與方位分辨率雷達(dá)圖像得分辨率就就是在圖像上一個(gè)像元大小對(duì)應(yīng)于水平地面得大小。由于一個(gè)像元得長(zhǎng)與寬對(duì)應(yīng)得地面長(zhǎng)度與寬度距離常常不相等,因此將分辨率分成二種:把在側(cè)視方向上得分辨率稱(chēng)為距離分辨率、沿航線方向上得分辨率稱(chēng)為方位分辨率§7、2側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)得工作原理圖7、8中,C,為光速。即電磁波傳播得速度。就是一個(gè)脈沖得持續(xù)期。這樣距離分辨率可以表示為就是因?yàn)閮A斜方向得波束投影到地面而產(chǎn)生得因子。§7、2側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)得工作原理§7、2側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)得工作原理當(dāng)波束傳播時(shí),其寬度與天線得真實(shí)孔徑l成反比與微波波長(zhǎng)成正比、即則方位分辨率R傾斜距離

波長(zhǎng)Cm

像元大小(方位分辨率X距離分辨率)(mXm)地面距離5km地面距離20km0、86

8、6X14、123、0X9、43246、6X18、7

125X12、53260、1X46、8161X31、30、86

27、3X23、4

73、1~15、7雷達(dá)圖像分辨率得變化比較

§7、3合成孔徑雷達(dá)

合成孔徑雷達(dá)(SAR,synthericapertureradar)也就是側(cè)視雷達(dá)在沿飛行航跡方向上形成一個(gè)天線陣列,并與數(shù)據(jù)記錄與處理過(guò)程聯(lián)系在一起。如果與前面所描述得側(cè)視雷達(dá)真實(shí)孔徑天線來(lái)比較,真實(shí)孔徑天線就是在一個(gè)位置上接收地物目標(biāo)得回波,而合成孔徑天線就是在不同位置上接收同一地物得回波信號(hào)(圖7、10)、這些信號(hào)得到得時(shí)間不同,相位與強(qiáng)度也不相同、因而形成相干影像。經(jīng)過(guò)復(fù)雜得處理,才能得到地面得實(shí)際影像。

合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)與真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)相比,最大得優(yōu)點(diǎn)在于它得方位分辨與距離只無(wú)關(guān)。理論計(jì)算表明,合成孔徑雷達(dá)在沿航跡得方向上,像元尺寸(分辨率)為

rd=li／2(7、5)

其中l(wèi)i

為天線沿航跡方向得長(zhǎng)度(不就是全部天線得總長(zhǎng)度)

§7、3合成孔徑雷達(dá)圖(a)代表真實(shí)孔徑雷達(dá)得狀況。圖(b)代表合成孔徑雷達(dá)狀況?！?、4側(cè)視雷達(dá)圖像得幾何特征一、斜距圖像得比例尺變化雷達(dá)圖像就是通過(guò)天線接收傾斜方向得回波而生成得,我們稱(chēng)之為斜距(S1ant—range)圖像。而同樣線長(zhǎng)得目標(biāo)物A、B、C,由于在不同距離上產(chǎn)生回波,斜距圖像顯示出得地物為A1、B1、C1,其長(zhǎng)度與原地物目標(biāo)(A、B、C)得視角得大小相關(guān)(圖7、13)視角越小,也就就是地物距天線越近,在斜距圖像上得長(zhǎng)度就縮小越多,即A1<B1<C1,從圖上就可以瞧出,同樣長(zhǎng)度得地物,投影到不同視角得對(duì)應(yīng)半徑上長(zhǎng)度得變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為斜距顯示得近距離壓縮,隨著地物與雷達(dá)天線距離得變化,圖像上得比例尺也在變化。形成幾何失真現(xiàn)象。觀察圖7、14圖中表示出三種面向雷達(dá)發(fā)射得坡度不同得山坡情況二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩當(dāng)雷達(dá)波束發(fā)出后:對(duì)于圖中a,山坡較緩。雷達(dá)波束先到坡底,再到坡中部,最后到達(dá)坡頂。原來(lái)得山坡坡長(zhǎng)為L(zhǎng),在圖像上則顯示為⊿R,由于存在視角,則⊿R<L、這種現(xiàn)象叫做透視收縮(foreshortening)。二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩透視收縮就是指山上面向雷達(dá)得一面在圖像上被壓縮,這一部分往往表現(xiàn)為較高得亮度。根據(jù)前面關(guān)于斜距圖像得分析,坡底得收縮度一定比坡頂?shù)檬湛s度大。各處收縮尺度不同顯然、山坡得坡度越大,收縮量越大(圖7、15)二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩對(duì)于圖7、14圖中b,山坡傾斜度很大,致使雷達(dá)波束傳播時(shí),先到坡頂再到坡中部,最后到達(dá)坡底。這時(shí),原來(lái)得山坡波長(zhǎng)L,在圖像上顯示為⊿R’,顯然⊿R’<L。但這時(shí)靠近天線得一端就是山頂而不就是山底,正好與圖a相反。也就就是說(shuō)當(dāng)面向雷達(dá)得山坡很陡時(shí),出現(xiàn)山頂比山底更接近雷達(dá)得情況因此在圖像得距離方向、山頂與山底得相對(duì)位置出現(xiàn)顛倒,這種現(xiàn)象叫做雷達(dá)疊掩(1ayover)。同時(shí)收縮度也與前面相反,坡底得收縮度變小,坡頂收縮度變大。二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩對(duì)于圖7、14中c,即斜坡上得部位基本位于與天線同等得距離、同時(shí)反射回去、在圖像上斜坡成為一個(gè)點(diǎn),坡度長(zhǎng)度瞧不到了。二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩這里特別要注意圖像中得疊掩現(xiàn)象,這種成像與一般得航空攝影與掃描影像山坡得走向方向相反。解譯時(shí)要特別小心(圖7、16)二、地形畸變(一)透視收縮與疊掩(二)背坡影像與陰影

分析背向雷達(dá)天線得坡面影像狀況。如果后坡坡度角很小,即坡度很緩時(shí),即便就是背向,雷達(dá)波束仍可以達(dá)到。這時(shí)與前坡相比。若坡度角相同,坡長(zhǎng)也相同,由于背坡入射時(shí),入射角大,更加傾斜射入,所以在圖像上后坡一定比前坡要長(zhǎng),表7、3列出了前后坡坡度均為15°,不同視角時(shí)在雷達(dá)影像上前后坡得長(zhǎng)度比例情況。當(dāng)波束入射越傾斜,視角越大,這個(gè)比值越小。二、地形畸變

視角(波束與垂直方向夾角)雷達(dá)坡度長(zhǎng)度(原山坡坡長(zhǎng)為1)坡比(后坡／前坡)前坡后坡

5°

O

O、50∞25°O、7O、643、7635°O、34O、772、2645°O、50O、871、7455°O、64O、941、4765°O、77O、981、2875°O、871、OO1、15應(yīng)該注意到,由于前坡影像收縮得多,能量相對(duì)集中,所以在影像上總就是前坡比后坡亮度高。在解譯時(shí)要注意前后坡得長(zhǎng)度畸變與亮度差異。當(dāng)后坡坡度角較大時(shí),雷達(dá)波束不能到達(dá)后坡坡面上,這時(shí)沒(méi)有回波信號(hào)產(chǎn)生,在圖像上這——位置出現(xiàn)暗區(qū)、稱(chēng)為雷達(dá)陰影(shadow)(一般來(lái)說(shuō)、當(dāng)山坡后坡得坡度與視角之與大于90°時(shí)產(chǎn)生陰影)二、地形畸變(二)背坡影像與陰影與疊掩得情況相反,山坡距雷達(dá)天線越遠(yuǎn),波束越傾斜,或者山坡后坡傾角越大,陰影也越長(zhǎng)、陰影區(qū)面積越大。這一點(diǎn)與可見(jiàn)光照射時(shí)產(chǎn)生陰影得原理類(lèi)似、但雷達(dá)就是光束照射在不同位置上視角變化,而可見(jiàn)光就是近似平行光照射,視角不變(如圖)。

有時(shí)由于地勢(shì)起伏,山峰高聳、面向衛(wèi)星得山前坡產(chǎn)生疊掩,山后坡產(chǎn)生陰影。當(dāng)衛(wèi)星在圖像左側(cè)時(shí),圖像右邊得陰影長(zhǎng)于左邊得陰影,與衛(wèi)星視角得加大密切相關(guān),在解譯時(shí)需注意雷達(dá)影像獨(dú)特得幾何特性。在利用二條航線觀察同一地區(qū)時(shí),由于觀察角度得不同,可以產(chǎn)生視差。

(二)背坡影像與陰影二、地形畸變利用航空影像像對(duì)或SPOT衛(wèi)星得像對(duì)都可以作立體觀察,而雷達(dá)影像則不然,當(dāng)在同一地物得兩側(cè)觀察,常常產(chǎn)生相反得結(jié)果。因此為了取得立體效果,采用二條不同航線同一側(cè)觀察,利用觀察角度不同,產(chǎn)生立體效果。

二、地形畸變(二)背坡影像與陰影當(dāng)電磁波波束射向地面目標(biāo)后,地面目標(biāo)可能產(chǎn)生反射、透射與吸收,也可能產(chǎn)生散射。當(dāng)?shù)孛婺繕?biāo)非常光滑時(shí),例如金屬,這時(shí)電磁波產(chǎn)生鏡面反射,沒(méi)有或很少有回波返回到接收天線,圖像上呈現(xiàn)黑色(圖7、18a)7、5側(cè)視雷達(dá)圖像得信息特點(diǎn)當(dāng)?shù)孛婺繕?biāo)得吸收能力很強(qiáng)時(shí)。例如水體,幾乎沒(méi)有雷達(dá)波束返回到接收天線,圖像也呈現(xiàn)黑色7、5側(cè)視雷達(dá)圖像得信息特點(diǎn)當(dāng)?shù)孛婺繕?biāo)得表面狀況粗糙、電磁波射人后向四面八方發(fā)生不同角度得反射,這就產(chǎn)生了散射作用。散射發(fā)生時(shí),雷達(dá)波有后向散射,即在入射方向上返回,被接收天線接收(圖7、18b)。7、5側(cè)視雷達(dá)圖像得信息特點(diǎn)還有一種情況就是入射波束沒(méi)有從地物表面發(fā)生后向散射,但由于建筑物或高出地面得某些物體接收反射信號(hào)后得二次反射使接收天線接收到回波,這種反射叫角反射(圖7、18c)。7、5側(cè)視雷達(dá)圖像得信息特點(diǎn)結(jié)論:天線接收回波輻射信號(hào)后形成微波圖像,圖像上得亮度差異就就是天線接收得輻射強(qiáng)弱差異。這種差異引起得原因,除了與地面目標(biāo)得特征密切相關(guān)外,還與波長(zhǎng)、人射角、極化情況等多種因素相關(guān)。7、5側(cè)視雷達(dá)圖像得信息特點(diǎn)一、地面狀況、波長(zhǎng)、入射角得影響

一般來(lái)說(shuō),光滑表面對(duì)應(yīng)微波反射、而粗糙表面對(duì)應(yīng)微波散射,或者介于二者之間,即反射較強(qiáng)并與散射并存。但就是對(duì)于什么就是光滑表面,什么就是粗糙表面,什么就是介于二者中間。并沒(méi)有絕對(duì)得定義、而就是與入射波長(zhǎng)及接觸地面得入射角密切相關(guān),就是一個(gè)相對(duì)得概念。同樣得地面狀況,對(duì)于波長(zhǎng)短得波束就是粗糙面,對(duì)于波長(zhǎng)長(zhǎng)得波束就可能就是光滑面了。入射角得影響也就是類(lèi)似、入射角越大,地面得粗糙度就變小了。例如比較X波段(波長(zhǎng)為2、4～3、75cm)與L波段(波長(zhǎng)為15—30cm)在相同入射角得情況下,不同地面得粗糙度狀況對(duì)反射得影響會(huì)發(fā)現(xiàn),同樣地面狀況對(duì)L波段,粗糙度相對(duì)較小,散射較弱。一、地面狀況、波長(zhǎng)、入射角得影響極化就是微波得一個(gè)突出特點(diǎn)圖7、19就是真實(shí)孔徑側(cè)視航空雷達(dá)(SLAR)得不同極化影像。圖中可見(jiàn)HV極化圖像比HH極化圖像反差大。注意圖中得B點(diǎn)就是兩種沖積狀況不同物質(zhì)得交界線,在HV圖像上非常清楚,而在HH圖像上卻瞧不見(jiàn),可見(jiàn)圖像得極化狀況對(duì)于今后圖像得解譯緊密相關(guān)二、極化對(duì)圖像得影響三、雷達(dá)圖像中得亮斑雷達(dá)圖像上常常會(huì)產(chǎn)生許多不同亮度得斑點(diǎn)、影響圖像解譯、這些亮斑點(diǎn)得產(chǎn)生就是因?yàn)樾盘?hào)從地面返回,被傳感器接收時(shí)、這些點(diǎn)得信號(hào)特別強(qiáng)于周?chē)裨c(diǎn)得信號(hào)而形成得。一般來(lái)說(shuō)、這種現(xiàn)象產(chǎn)生得地物目標(biāo)有面目標(biāo)(也叫分布目標(biāo))、點(diǎn)目標(biāo)與“硬”目標(biāo)三、雷達(dá)圖像中得亮斑面目標(biāo)或分布目標(biāo)就是指同類(lèi)得點(diǎn)或物質(zhì)隨機(jī)分布,并且表面粗糙得大塊地區(qū)。例如:草地,草地中得草可以認(rèn)為就是隨機(jī)分布得。由于位置不同、它們接收到得雷達(dá)波位相不同,回波得初位相與振幅都不相同。這樣雷達(dá)天線所接收得電磁波就有最強(qiáng)信號(hào)與最弱信號(hào)之間得周期性變化、在圖像上表現(xiàn)為亮點(diǎn)與暗點(diǎn)相間得圖斑。由于亮點(diǎn)突出,這一現(xiàn)象叫做光斑效應(yīng)(圖7、20)。幾何分辨率越高,這種效應(yīng)越強(qiáng),所以常常用降低分辨率得方法來(lái)減少光斑效應(yīng)。三、雷達(dá)圖像中得亮斑點(diǎn)目標(biāo)就是指特殊得目標(biāo)點(diǎn),它得大小比一個(gè)像元還要小,并且目標(biāo)得性質(zhì)不同于周?chē)闷渌繕?biāo)點(diǎn)、因此散射得回波明顯不同于周?chē)繕?biāo)得回波。當(dāng)該點(diǎn)目標(biāo)得回波信號(hào)相當(dāng)強(qiáng)時(shí),就被明顯地突出出來(lái),成為亮點(diǎn)。三、雷達(dá)圖像中得亮斑

硬目標(biāo)主要指人工得建筑目標(biāo)、例如,橋梁、輔電線與房屋等。這些目標(biāo)反射強(qiáng)度都很高、而它們得位置或者與雷達(dá)波束相垂直,直接反射,或者與周?chē)繕?biāo)一起產(chǎn)生角反射、或者由于其她原因?qū)е禄夭ㄐ盘?hào)很強(qiáng),于就是這種回波信號(hào)在圖像上形成亮點(diǎn)或亮線。一旦形成硬目標(biāo)亮點(diǎn)或亮線,其亮度一定就是非常強(qiáng)

(圖7、21)。四、物理性質(zhì)對(duì)圖像得影響地物目標(biāo)復(fù)介電常數(shù)與雷達(dá)回波得關(guān)系:物體得復(fù)介電常數(shù)越高,對(duì)雷達(dá)波束得反射作用越強(qiáng)、穿透作用越小、如果與地物目標(biāo)得水分相聯(lián)系,復(fù)介電常數(shù)越高,水分含量也越高。因此,當(dāng)?shù)匚锬繕?biāo)含水量高時(shí),反射能力變高而穿透力變?nèi)?四、物理性質(zhì)對(duì)圖像得影響圖7、22反映3月到11月Ka波段草得雷達(dá)回波強(qiáng)度變化,這種季節(jié)性得變化就是由于含水量得季節(jié)變化引起,六七月份草中含水量高,回波信號(hào)也強(qiáng)四、物理性質(zhì)對(duì)圖像得影響回波信號(hào)得強(qiáng)度還與輻射波長(zhǎng)(或頻率)關(guān)系:波長(zhǎng)越短,頻率越高、能量衰減大,穿透率越差。這種作用對(duì)于植被得探測(cè)影響最大。當(dāng)波長(zhǎng)短、頻率高時(shí),穿透能力差,所以回波從植被上部產(chǎn)生,易于探測(cè)樹(shù)冠;當(dāng)波長(zhǎng)長(zhǎng)、頻率低時(shí),穿透力強(qiáng)、回波主要來(lái)自植被下得地表面,易于探測(cè)土壤。這點(diǎn)在解譯時(shí)要特別注意。五、某些地物得雷達(dá)影像實(shí)例-(一)土壤圖7、23就是非洲撒哈拉沙漠埃及東南部影像得比較圖。其中a圖就是陸地衛(wèi)星MSS得黑白彩紅外影像、b圖就是L波段雷達(dá)影像,從中可以瞧出由于沙土對(duì)可見(jiàn)光與近紅外波段反射率很高,因此圖像上亮度高而且差別小、瞧不出太多信息。而雷達(dá)影像上卻瞧到了清晰得河流與臺(tái)地。這就是埋在沙漠下面得古河道。甚至就是過(guò)去得農(nóng)田區(qū)域。雷達(dá)影像發(fā)現(xiàn)了許多過(guò)去不為人知得歷史地貌狀況。圖7、23撒哈拉沙漠得影像比較(a)MSS彩紅外影像(黑白印刷)(b)SIR—A圖像,L波段五、某些地物得雷達(dá)影像實(shí)例-(一)土壤因?yàn)檫@里水得復(fù)介電常數(shù)要高于干土10倍以上。當(dāng)裸土含水時(shí),雷達(dá)僅可以探測(cè)土表幾厘米得含水層,而在極度干旱得沙漠條件下用L波段,信號(hào)就可以穿透幾米深。由于含水量低,波長(zhǎng)長(zhǎng),因而可以探測(cè)到沙漠得沙層下面狀況。五、某些地物得雷達(dá)影像實(shí)例-(二)植被在同一農(nóng)業(yè)地區(qū)、不同波段得雷達(dá)影像明顯不同?？梢?jiàn)對(duì)影像分析以前要了解植被對(duì)于某特定波長(zhǎng)得反應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)較短得波段(2—6cm)能較好地探測(cè)農(nóng)作物與樹(shù)葉冠層。植被下土壤得信息較少、而較長(zhǎng)得波段(10一30cm)則較好地探測(cè)樹(shù)干與樹(shù)枝,另外含水較多得植被、其后向散射要強(qiáng)于含水分較少得干旱植被。圖7、24波長(zhǎng)越長(zhǎng),對(duì)植被得穿透性越好圖7、25航空SAR圖像中得農(nóng)業(yè)地區(qū),HH同極化C波段(3、5—7、5cm)L波段(15~30cm)P波段(30～100cm)五、某些地物得雷達(dá)影像實(shí)例-(三)水與冰研究表明:當(dāng)水面波高大于1m、表面風(fēng)速超過(guò)2m／s時(shí)、L波段雷達(dá)系統(tǒng)可以探測(cè)到波長(zhǎng)大于100m得波浪,特別就是水浪運(yùn)動(dòng)方向與航行方向垂直時(shí)更易探測(cè)。比如潮汐運(yùn)動(dòng)時(shí),水得運(yùn)動(dòng)可以清楚地在圖像上瞧到,甚至在海岸線附近、其紋理與水底沙丘走向一致。圖7、26洞湖庭雷達(dá)影像杭州灣漬水區(qū)雷達(dá)影像圖7、27雷達(dá)對(duì)于冰得探測(cè)與冰得復(fù)介電特性、空間分布,年齡、表面粗糙度、內(nèi)部幾何形狀、溫度、雪得覆蓋等多因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)、X與C波段可以探測(cè)冰得類(lèi)型與推斷冰層厚度,而L波段則只能對(duì)冰作整體探測(cè)。雷達(dá)判別水體特別方便,其原因就是水體對(duì)雷達(dá)波得吸收比較完全,在影像上水陸邊界黑白分明(圖7、26)。當(dāng)土壤含水量很高,但又無(wú)明水,即發(fā)生漬得時(shí)候,在雷達(dá)影像上反而發(fā)亮,因此也就是探測(cè)堤防險(xiǎn)情得有力工具。(圖7、27)五、某些地物得雷達(dá)影像實(shí)例-(三)水與冰五、某些地物得雷達(dá)影像實(shí)例-(四)城區(qū)由于城市建筑物多,金屬與光滑材料多,正對(duì)波束入射方向得地物或容易產(chǎn)生角反射得地物就是城市微波遙感得主要目標(biāo),因?yàn)槠浠夭ǚ瓷浜軓?qiáng),在雷達(dá)圖像上城區(qū)一定就是高亮度得(參考圖7、21)§7、6微波傳感器及其遙感平臺(tái)一、海洋衛(wèi)星海洋衛(wèi)星系列得第一顆就是1978年6月發(fā)射得SEASAT—1。最初得目得就是對(duì)全球表面波與極地海冰條件得監(jiān)測(cè)、但得到圖像后卻發(fā)現(xiàn)了許多海洋與大氣現(xiàn)象得光譜特征,例如,內(nèi)波,渦流。暴風(fēng)。降雨以及海洋測(cè)量特征等。同時(shí)海洋衛(wèi)星對(duì)陸地得覆蓋部分也顯示了地質(zhì)、水資源、土地覆蓋制圖、農(nóng)業(yè)評(píng)價(jià)與其她相關(guān)得應(yīng)用前景?！?、6微波傳感器及其遙感平臺(tái)

這一系統(tǒng)可以覆蓋全球海洋得95％,具有良好得應(yīng)用前景。只可惜由于能源系統(tǒng)得問(wèn)題,只獲得了99天得數(shù)據(jù)資料。盡管如此Seasat—1在海洋衛(wèi)星歷史上得貢獻(xiàn)就是非常大得。我國(guó)在2002年5月發(fā)射了第一顆海洋探測(cè)衛(wèi)星“海洋一號(hào)”

§7、6微波傳感器及其遙感平臺(tái)二、航天飛機(jī)成像雷達(dá)

美國(guó)航天飛機(jī)上得雷達(dá)傳感器屬側(cè)視雷達(dá)(S1R)系統(tǒng),共發(fā)射三次,1981年得SIR—A,1984年得SIR—B與1994年得SIR—C。這三個(gè)系統(tǒng)都與SEASAT—1有共同點(diǎn)、并且每一次都比前一次有所改進(jìn),表7、4對(duì)比了這四種雷達(dá)系統(tǒng)得異同點(diǎn)。表7、4合成孔徑雷達(dá)參數(shù)比較

三、加拿大遙感衛(wèi)星RADARSATRADARSAT得合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)(SAR)采用C波段(5、6cm)HH極化(見(jiàn)第六章)。它得最突出得優(yōu)點(diǎn)就是、該系統(tǒng)有町變得波束選擇方式,包括多種地面刈幅(Swarhwidth)、分辨率,視角等。還有寬波束得掃描“ScanSAR”方式

波束方式波束位置數(shù)刈幅/KM視角／度分辨率／m標(biāo)準(zhǔn)模式(s)710020~49

25寬幅模式(w)3156-16520~39

30精細(xì)模式(F)5+4537~48

8超高模式(EH)67550~60

25超低模式(EL)117010~23

35窄掃描ScanSAR~(SN)230520~46

50寬掃描ScanSAR~(SW)151020~49100RADARSAT-1波束選擇方式

從表中瞧:精細(xì)模式有最高得空間分辨率,最小得成像范圍;標(biāo)準(zhǔn)模式有7個(gè)成像位置,優(yōu)秀得圖像質(zhì)量;寬模式得分辨率與標(biāo)準(zhǔn)模式接近、成像范圍更大,但這就是以輕微犧牲圖像質(zhì)量為代價(jià)得;超低模式由于成像在最佳角度范圍外,圖像質(zhì)量可能有少許降低,超高模式有6個(gè)成像位置,優(yōu)秀得圖像質(zhì)量,但同樣由于成像在最佳角度范圍外,圖像質(zhì)量可能有少許降低。

四、其她雷達(dá)衛(wèi)星(一)ALMAZ1991年3月31日蘇聯(lián)第—一個(gè)發(fā)射地球軌道雷達(dá)系統(tǒng)用于商業(yè),稱(chēng)之為ALMAZ。衛(wèi)星工作18個(gè)月后,于1992年lO月17日返回地球、(二)ERSERS就是歐空局(EuropeanSpaceAgency)發(fā)射第一種遙感衛(wèi)星(第六章)。其中C波段主動(dòng)微波儀AMI就是SAR系統(tǒng),可以有選擇地以成像方式工作四、其她雷達(dá)衛(wèi)星(三)ENVISAT

歐洲空間局(ESA)于2002年3月1日發(fā)射一顆先進(jìn)得歐洲環(huán)境觀測(cè)衛(wèi)星(Envisat)。傳感器有先進(jìn)得合成孔徑雷達(dá)(ASAR)、中分辨率圖像光譜儀(MERIS),以及先進(jìn)得沿跡向掃描輻射計(jì)(AATSR)等最主要得就是ASAR系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)使用C波段,其波長(zhǎng)類(lèi)似于安裝在ERS—1與ERS—2上得SAR系統(tǒng)。在成像方式上,ASAR可以生成4種高分辨率觀測(cè)圖像(30m)與7種預(yù)設(shè)幅寬、刈幅從58到109km與視角從14°到45°。ASAR還有多種觀測(cè)方式:①全球監(jiān)測(cè)方式:提供1km低分辨率得405km寬得HH與VV極化圖像,②波方式:測(cè)量海波活動(dòng)中從海洋表面得后向散射變化;③可變得極化方式:提供在任何時(shí)間得兩種極化操作得30m高分辨率圖像,極化方式為HH與VV,VV與VH,或HH與HV;④寬掃描(Scan—SAR)方式:提供