無人機任務載荷授課人：全套可編輯PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件目錄CONTENTS緒論電磁輻射及物體的波譜特性無人機航空攝影原理無人機電視攝像與跟蹤定位原理第一章第二章無人機紅外成像原理無人機載合成孔徑雷達成像原理第三章第四章第五章第六章本課件是可編輯的正常PPT課件第一章

緒論

無人機是一種由動力驅動、機上無人駕駛、可重復使用的航空器的簡稱（英文表示為Un-mannedAerialVehicle，縮寫為UAV）。它是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置的不載人飛機，主要包括多旋翼飛機、無人直升機、固定翼飛機、無人飛艇、無人傘翼機等。廣義上也包括20~100公里空域范圍的臨近空間飛行器，如平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。本課件是可編輯的正常PPT課件無人機的最初發(fā)展也僅僅是為了純粹的軍事目的，英國在一戰(zhàn)時期研制的世界第一款無人機被稱為“會飛的炸彈”，德軍在二戰(zhàn)時期已經開始大量應用無人駕駛轟炸機參戰(zhàn)，在二十世紀60年代的越戰(zhàn)、70年代的中東戰(zhàn)爭、90年代的海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭、以及本世紀初的阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭中無人機均大顯身手，無人機作為軍隊戰(zhàn)斗力倍增器的特性已得到世界各軍事強國的廣泛認可。我國從20世紀50年代開始研制無人機，到現(xiàn)在已生產了眾多型號各異、用途不同的無人機，在空軍、海軍、陸軍和導彈部隊服役。正是由于無人機在偵查和情報獲取方面的成本低廉、控制靈活、持續(xù)時間長等優(yōu)勢，各國軍隊都相繼投入大量經費，用以研發(fā)更新、更先進的無人機系統(tǒng)。第一章

緒論本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.1軍用無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況第一個浪潮是發(fā)展師級戰(zhàn)術無人機系統(tǒng)。海灣戰(zhàn)爭之后，性能各異、技術先進、用途廣泛的戰(zhàn)術無人機新機種不斷涌現(xiàn)，全球共有30多個國家裝備了師級戰(zhàn)術無人機系統(tǒng)，在陸、海、空三軍組建了無人機分隊，形成了戰(zhàn)斗力。代表性機型有：以色列的“偵察兵”（Scout）、“先鋒”（Pioneer）、“搜索者”（Searcher），美國的“獵人”（Hunter）、“先驅者”（Outrider）；法國的“瑪爾特（Mart）、“紅隼”（Cerebella），德國的布雷維爾（Brevel），加拿大的CL-289、英國的“不死鳥”（Phoenix），意大利的“米拉奇”（Mirach）26，南非的“探索者”（Seeker）、“禿鷲”（Vulture）和俄羅斯的“熊蜂”（Shmel）等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.1軍用無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況第二個浪潮是發(fā)展中高空長航時無人機系統(tǒng)。

1993年，美國啟動了蒂爾（Tier）無人機發(fā)展計劃，自從美國的“捕食者”（Predator）（蒂爾-Ⅱ）中空長航時無人機在波黑和科索沃戰(zhàn)場中試用并獲得成功之后，開始形成了第二個發(fā)展浪潮。雖然這個浪潮的規(guī)模比第一個浪潮小得多，僅有美國、以色列、法國等少數(shù)國家投資發(fā)展，但因長航時無人機所獨具的全天候、大縱深偵察監(jiān)視能力，有許多國家對此表示了極大興趣。代表性機型有：美國的“捕食者”（Predator）（蒂爾Ⅱ）、“全球鷹”（GlobalHawk）（蒂爾Ⅱ+）、“暗星”（DarkStar）（蒂爾Ⅲ－），以色列的“蒼鷺”（Heron）、“赫爾姆斯”Hermes），法國的“鷹”（Eagle）、“薩若海爾”（Sarohale）等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.1軍用無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況第三個浪潮是發(fā)展旅/團級戰(zhàn)術無人機系統(tǒng)。該浪潮出現(xiàn)在20世紀末，與大型無人機相比，此類無人機體積小、機動性好、價格低廉、使用簡便且容易與其它軍事設備配套。該類無人機裝備陸軍、海軍陸戰(zhàn)隊旅/團級部隊和海軍艦隊，可執(zhí)行多種軍事任務，用途極為廣泛，非常適合大多發(fā)展中國家的需求，采購量大大超過前兩個高潮。代表性機型有：美國的“影子”（Shadow）200、“火力偵察兵”（FireScout）和奧地利的“坎姆考普特”（Camcopter）等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.2民用和消費級無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況早在1983年，日本雅馬哈公司就采用摩托車發(fā)動機，開發(fā)了一種用于噴灑農藥的無人直升機，1989年其成為實際首架成功用于試飛的無人直升機。2003年，美國NASA成立了世界級的無人機應用中心，專門研究裝有高分辨率相機傳感器無人機的商業(yè)應用。2007年，美國宇航局使用“伊哈納”(Ikhana)無人機評估森林大火的嚴重程度，以及災害的損失估算工作。2011年，墨西哥灣鉆井平臺爆炸后，艾倫實驗室公司利用無人機協(xié)助溢油監(jiān)測和溢油處理。以色列也專門組建了一個民用無人機及其工作模式的試驗委員會，2008年給予“蒼鷺”無人機非軍事任務執(zhí)行證書，并與有關部門合作展開多種民用任務的試驗飛行。歐洲在2006年制定并即刻實施“民用無人機發(fā)展路線圖”，之后歐盟擬籌建一個泛歐民用無人機協(xié)調組織，為解決最關鍵的空中安全和適航問題提供了幫助。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.2民用和消費級無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況中國對民用無人機的研究起步較早，近年發(fā)展尤為迅速。早在上世紀80年代，中國就嘗試將自行開發(fā)的無人機用于地圖測繪和地質勘探。2010年，專為民用研制的“黔中”1號無人機順利實現(xiàn)首飛；2011年，國產“蜜蜂”28無人機實現(xiàn)了全自主起飛、著陸、懸停和航路規(guī)劃，并應用于農業(yè)噴灑、電力巡檢、防災應急、航拍測繪、中繼通信等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.2民用和消費級無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況目前高性能芯片完全可以滿足無人機導航傳感器的信息融合，實現(xiàn)無人飛行器的最優(yōu)控制。MEMS慣性傳感器從2011年開始大規(guī)模興起，6軸、9軸的慣性傳感器也逐漸取代了單個傳感器。Wifi等通信芯片用于控制和傳輸圖像信息，通信傳輸速度和質量已經可以充分滿足幾百米的傳輸需求。電池能量密度不斷增加，使得無人機在保持較輕的重量下，續(xù)航時間達到25~30分鐘，可滿足一些基本應用。此外，太陽能電池技術使得高海拔無人機能夠持續(xù)飛行一周甚至更長時間。近年來，移動終端同樣促進了鋰電池、高像素攝像頭性能的急劇提升和成本的快速下降。除了硬件技術提高與成本下降之外，近年來飛控系統(tǒng)開源化的趨勢也為無人機從軍用和科研機構的應用逐步轉向民用和消費級市場。目前，國際上廣泛使用的無人機開源平臺主要包括APM、MK、Paparazzi、PX4和MWC。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.2民用和消費級無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況德國MK公司是在多旋翼無人機上使用開源飛控系統(tǒng)的鼻祖；2011年，美國APM公司開放了無人機設計平臺，該舉措徹底點燃了市場對無人機系統(tǒng)開發(fā)的熱情，之后的2012年民用和消費級無人機進入了加速上行的通道。2014年10月，Linux將3DRobotics、英特爾、高通、百度等科技巨頭納入項目組，推出了“Dronecode”無人機開源系統(tǒng)合作項目，旨在為無人機開發(fā)者提供所需要的資源、工具和技術支持，加快無人機和機器人領域的發(fā)展。根據(jù)調研，Dronecode項目使未來十年世界無人機研發(fā)、測試和評估等活動的總值達到910億美元。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.1.2民用和消費級無人機發(fā)展概況1.1無人機發(fā)展概況總之，無論是軍用無人機，還是民用或消費級無人機，其快速發(fā)展的關鍵主要取決于航空技術的不斷進步，可以說航空技術的發(fā)展為無人機獲得更高的飛行性能、更好的可靠性提供了條件，這其中既有智能化技術的發(fā)展，又有高速寬帶網數(shù)據(jù)鏈的實現(xiàn)；既有輕型材料和小型傳感器的出現(xiàn)，又有續(xù)航能力的進一步增強。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類按照不同平臺構型，無人機主要分為固定翼無人機、無人直升機和多旋翼無人機三大平臺。其它一些小種類無人機平臺還包括傘翼無人機、撲翼無人機和無人飛船等。1.按平臺構型分類固定翼型無人機通過動力系統(tǒng)和機翼的滑行實現(xiàn)起降和飛行，遙控飛行和程控飛行均容易實現(xiàn)，抗風能力也比較強，是類型最多、應用最廣泛的無人駕駛飛行器，也是軍用和多數(shù)民用無人機的主流平臺。無人直升機是靈活性最強的無人機平臺，其技術優(yōu)勢在于能夠實現(xiàn)定點起飛、降落，對起降場地的條件要求不高，其飛行也是通過無線電遙控或通過機載計算機實現(xiàn)程控。但無人駕駛直升機的結構相對來說比較復雜，操控難度也較大，所以種類不多，實際應用也比較少。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類按不同使用領域來劃分，無人機可分為軍用、民用和消費級三大類，這三者對無人機的性能要求各有側重。2.按使用領域分類（1）軍用無人機對于靈敏度、飛行高度與速度、智能化等有著更高的要求，是技術水平最高的無人機。根據(jù)航程、活動半徑、續(xù)航時間和飛行高度，軍用無人機可分為戰(zhàn)術無人機和戰(zhàn)略無人機兩大類；按作戰(zhàn)任務區(qū)分，軍用無人機可分為偵察監(jiān)視無人機、校射無人機、電子戰(zhàn)無人機、通信中繼無人機、攻擊無人機、運輸無人機和靶機等幾類。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類按不同使用領域來劃分，無人機可分為軍用、民用和消費級三大類，這三者對無人機的性能要求各有側重。2.按使用領域分類（2）民用無人機一般對于速度、升限和航程等要求都較低，但對于人員操作培訓、綜合成本有較高的要求，因此需要形成成熟的產業(yè)鏈提供盡可能低廉的零部件和支持服務。民用無人機主要用于地質勘察、地形測繪、農作物病蟲害防治、農作物產量評估、森林防火、汛情監(jiān)視、交通管制、氣象監(jiān)測等方面，我國D-4型無人機就作為航空磁探礦使用。目前，民用無人機最大的市場還在于為政府提供公共服務，約占總需求的70%。未來無人機發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌鰬诿裼妙I域，諸如農業(yè)植保、空中無線網絡、數(shù)據(jù)獲取等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類按不同使用領域來劃分，無人機可分為軍用、民用和消費級三大類，這三者對無人機的性能要求各有側重。2.按使用領域分類（3）消費級無人機多采用成本較低的多旋翼平臺，該類型無人機主要用于航拍、快遞、游戲等休閑用途。諸如利用高清數(shù)字視頻傳輸來提供飛行影像，將無人機與運動相機相互結合，是無人機在運動健康等個性化航拍領域的重要應用；利用無人機為偏遠山村運送食品、醫(yī)療用品等，為城市物流提供速遞業(yè)務；將無人機技術與虛擬現(xiàn)實技術相結合，創(chuàng)建一個虛擬世界，使用戶獲得更加直觀的視覺體驗。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類無人機按大小可分為大型、中型以及小型無人機。小型無人機猶如一架大的航模飛機，它執(zhí)行任務較少或只能執(zhí)行單一的特定任務，重量只有10千克左右。大型無人機相當于一架小飛機，它可執(zhí)行多種復雜的戰(zhàn)斗任務。中型無人機介于大型和小型之間。據(jù)資料顯示，目前微型無人機已經存在，它是一種尺寸、重量均很小的無人機。3.按大小分類本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類從已有的資料來看，無人機按重量有兩種分法，一種是輕型、中型和重型，輕型無人機其重量小于90千克，中型無人機其重量在90~2270千克之間，重型無人機重量大于2270千克；另一種是大型、中型和小型，其總重量分別為大于500千克，200~500千克，小于200千克。4.按重量分類本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類按活動半徑區(qū)分，無人機一般可分為近程、短程、中程和長續(xù)航時間（簡稱長航時）四種。近程無人機活動半徑小于30千米，續(xù)航時間1~3小時。一般在旅、營級以下單位使用，在其關心的地域執(zhí)行任務。例如美國R4E-50及FQM-151A無人機等。短程無人機活動半徑約150千米，續(xù)航時間6~9小時。由軍、師級單位使用。中程無人機活動半徑約650千米，續(xù)航時間不小于8小時，一般設計成高亞音速飛行。要求其提供高質量的近實時圖像，完成對敵重點防御目標的偵察任務。長航時無人機目前尚未給出嚴格概念。它是指能擔負多種作戰(zhàn)任務，攜帶多種載荷，飛行時間長的無人機。其主要特征是具有連續(xù)幾天飛行、航程遠、飛行高度高，可把它看成常規(guī)飛機和衛(wèi)星之間的特別飛行器。5.按活動半徑分類本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類無人機按使用次數(shù)分為一次使用無人機和多次使用無人機。一次使用無人機發(fā)射升空，在完成任務之后不回收，這種無人機與導彈一樣是一次使用，故不需要在該機上裝回收系統(tǒng)。早期時簡單的靶機以及誘餌機就是一次使用無人機。多次使用無人機在完成任務或升空后要求回收，以便再次執(zhí)行任務，該種無人機較復雜，特別是機上設備較為重要或精密。目前使用的無人機大多數(shù)都是可以回收的。6.按使用次數(shù)分類本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類以機翼來分類：按機翼數(shù)目可分為單翼機、雙翼機和多翼機，分別在機身兩邊各裝一只或兩只機翼的稱為單翼機或雙翼機，四只機翼沿機身分布成＋字形或×字形配置為多翼機；按機翼是否帶撐桿分為帶撐桿的單翼機，不帶撐桿的張臂式單翼機；按機翼在機身上的相對位置分為上單翼、中單翼和下單翼；按機翼的形式分為固定翼式、旋轉翼式的無人機，固定翼機即常見的飛機，旋轉翼式機一般分為旋翼機和直升機；按機翼平面形狀，可分為平直翼飛機、后掠翼飛機、前掠翼飛機和三角翼飛機。以尾翼來分類：按尾翼在機身前后位置分為正常尾翼式和鴨式無人機，前者尾翼在機翼之后，后者尾翼在前；按尾翼的數(shù)量和配置可分為單立尾、雙立尾、三立尾、無尾翼、V型尾、倒Y型尾以及十字型尾等無人機。后三種的尾翼數(shù)量分別為二、三和四只尾翼，呈V、Y和十字型配置。美國RPV-004無人機的兩只垂直尾翼分別安裝在機翼上。7.按飛行器的構造分類本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.2無人機分類按飛行速度無人機可分為亞音速無人機、超音速無人機和高音速無人機。此外按控制方法無人機可分為自控式、遙控式和尋的式無人機；按飛行高度無人機可分為高空、中空和低空無人機；現(xiàn)已出現(xiàn)混合命名的無人機，如高空長航時無人機，可回收亞音速噴氣無人機及多用途小型遙控無人機等。8.按飛行速度分類本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成能離開地面飛行的機器或裝置總稱為飛行器。飛行器按是否有人駕駛分為有人駕駛飛行器（飛機、載人飛船等）和無人駕駛飛行器（無人駕駛飛機、導彈等）。飛行器按飛行空間范圍分為航空器、航天器和航宇器。無人機的飛行平臺主要由六大部分組成：機身、機翼、尾翼、起落裝置、飛行自動控制系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。1.3.1飛行器分系統(tǒng)本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.1飛行器分系統(tǒng)1.機身機身主要用來裝載發(fā)動機、燃油、任務設備、電源、控制操縱系統(tǒng)等，并通過它將機翼、尾翼、起落架等部件連成一個整體。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.1飛行器分系統(tǒng)2.機翼機翼是飛行器用來產生升力的主要部件。固定翼無人機的機翼有平直翼、后掠翼、三角翼等。平直翼比較適用于低速飛行器，后掠翼和三角翼比較適合高速飛行器。機翼上一般還有副翼，用于控制飛機的傾斜，但左右副翼偏轉方向不同時，就會產生滾裝力矩，是飛行器產生傾斜運動。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.1飛行器分系統(tǒng)4.起落裝置起落裝置的功用是使無人機在地面或水面進行起飛、著陸、滑行和停放。起落裝置對于無人機來說是形式最多樣的一部分，這是因為無人機有多種發(fā)射/回收方式。大型無人機的起落裝置包含起落架和改善起落性能的裝置兩部分，起飛后起落架收起，減少飛行阻力；多數(shù)無人機的起落架很簡單，飛行時也不收起；對于采用彈射、攔阻網等方式進行發(fā)射/回收的小型無人機不需要起落架；對于采用手擲發(fā)射的小型無人機，也沒有起落裝置；傘降回收的無人機著陸裝置就是降落傘。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.1飛行器分系統(tǒng)5.飛行自動控制系統(tǒng)飛行自動控制系統(tǒng)包括控制指令自動形成裝置和傳輸操縱裝置。指令自動形成裝置包括自動駕駛儀和相關的傳感器、導航設備；傳輸操縱裝置包括從控制指令輸出點到水平尾翼、副翼、方向舵等操縱面，用來傳遞操縱指令，改變飛行狀態(tài)的所有裝置。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.1飛行器分系統(tǒng)6.動力裝置飛機動力裝置是用來產生拉力（如螺旋槳飛機）或推力（如噴氣式飛機），使飛機前進的裝置?，F(xiàn)代無人機的動力主要分為渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪風扇發(fā)動機兩類。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)1.遙控飛行遙控即對被控對象繼續(xù)遠距離控制，主要是利用無線電遙控。遙控信號：遙控站通過發(fā)射機向無人機發(fā)送無線電波，傳遞指令，無人機上的接收機接收并譯出指令的內容，通過自動駕駛儀按指令操縱舵面，或通過其他接口操縱機上的任務載荷。遙控站設有搜索和跟蹤雷達或無線電設備，他們測量無人機在任意時刻相對地面的方位角、俯仰角、距離和高度等參數(shù)，并把這些參數(shù)輸入到計算機，計算后就能繪出無人機的實際航跡，與預定航線比較，就能求出偏差，然后發(fā)送指令進行修正。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)1.遙控飛行

下傳信號：遙控指令只包含航跡修正信號是顯然不夠的，在飛行中無人機會受到各種因素的影響，無人機的飛行姿態(tài)也在不斷變化，所以指令還需要包括對飛行姿態(tài)的修正內容。無人機上的傳感器一直在收集自身的姿態(tài)信息，這些信息通過下傳信號送到遙測終端，遙測終端分析這些信息后就能給出飛行姿態(tài)的遙控修正指令。遙控飛行有利于簡化無人機的設計，降低制造成本；但它也受無線電作用距離的限制，限制通訊距離通常只可達到320km~480km；容易受到電子干擾。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)2.自控飛行自控飛行又稱為程序控制飛行，它是指不依賴地面控制，一切動作都自動完成的飛行。為此，機上需要有一套裝置來保證飛行航向和飛行姿態(tài)的正確，這套裝置就是導航裝置。通常的導航裝置有：本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)2.自控飛行（1）慣性導航在機載設備上，它一般簡稱慣導（InertialMeasurementUnit：IMU）。慣性導航是以牛頓力學為基礎，依靠安裝在載體內部的加速度計測量載體在三個軸向的加速度，經積分運算后得到載體的瞬時速度和位置，以及測量載體的姿態(tài)的一種導航方式。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)2.自控飛行（1）慣性導航慣性導航完全依賴機載設備自主完成導航任務，工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾，不受氣象條件限制。慣導系統(tǒng)是一種航位推算系統(tǒng)。只要給出載體的初始位置及速度，系統(tǒng)就可以實時地推算出載體的位置速度及姿態(tài)信息，自主地進行導航。純慣導系統(tǒng)會隨著飛行航時的增加，因積分積累而產生較大的誤差，導致定位精度隨時間增長而呈發(fā)散趨勢，所以慣導一般與其他導航系統(tǒng)一起工作來提高定位精度。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)2.自控飛行（2）衛(wèi)星導航全球定位系統(tǒng)（GPS）由美國建立的一套定位系統(tǒng)，可以提供全球任意一點的三維空間位置、速度和時間，具有全球性、全天候、連續(xù)的精密導航系統(tǒng)。全球衛(wèi)星導航分為三部分，包括空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控、衛(wèi)星接收機部分。在飛機上安裝衛(wèi)星接收機就能得到自身的位置信息和精確到納秒級的時間信息?，F(xiàn)在全球在使用的衛(wèi)星導航系統(tǒng)還有：俄羅斯的glonass、歐洲的伽利略系統(tǒng)以及我國的北斗系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)2.自控飛行（2）衛(wèi)星導航我國北斗導航系統(tǒng)的第一顆試驗衛(wèi)星于2000年發(fā)射，第一顆組網衛(wèi)星發(fā)射于2007年4月14日，到2016年3月30日發(fā)射的最近一顆，至今已發(fā)射22顆北斗導航衛(wèi)星，目前發(fā)射的已為新一代的北斗衛(wèi)星。北斗導航系統(tǒng)自2012年年底開始正式提供區(qū)域服務，為我國及周邊地區(qū)提供無源定位、導航、授時服務。預計2020年將向全球提供定位服務。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)（3）多普勒導航多普勒導航是飛行器常用的一種自主導航系統(tǒng)，它的工作原理是多普勒效應。多普勒導航系統(tǒng)由磁羅盤或陀螺儀、多普勒雷達和導航計算機組成。磁羅盤或陀螺儀類似指北針，用于測出無人機的航向角，多普勒雷達不停沿著某個方向向地面發(fā)射電磁波，測出無人機相對地面的飛行速度以及偏流角。根據(jù)多普勒雷達提供的地速和偏流角數(shù)據(jù)，以及磁羅盤或陀螺儀提供的航向數(shù)據(jù)，導航計算機就可以不停地計算出無人機飛過的路線。多普勒導航系統(tǒng)能用于各種氣象條件和地形條件，但由于測量的積累誤差，系統(tǒng)會隨著飛行的距離增加而使誤差加大，所以一般用于組合導航中。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)（4）組合導航組合導航是指組合使用兩種或兩種以上的導航系統(tǒng)，達到取長補短，提高導航性能。目前飛行器上實際使用的導航系統(tǒng)基本上都是組合導航系統(tǒng)，如GPS/慣性導航、多普勒/慣性導航等，其中應用最廣的是GPS/慣性導航的組合導航系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)（5）地形輔助導航地形輔助導航是指飛行器在飛行過程中，利用預先存儲的飛行路線中某些地區(qū)的特征數(shù)據(jù)，與實際飛行過程中測量到的相關數(shù)據(jù)進行不斷比較來實施導航修正的一種方法。其核心是將地形分成多個小網格，將其主要特征，如平均標高等輸入計算機，構成一個數(shù)字化地圖。地形輔助導航技術就是利用機載數(shù)字地圖和無線高度表作為輔助手段來修正慣導系統(tǒng)的誤差，從而構成新的導航系統(tǒng)。它與導航方法的根本區(qū)別在于數(shù)字地圖對主導航系統(tǒng)僅能起到輔助修正作用。地形輔助系統(tǒng)可分為地形匹配、景象匹配等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.2控制導航分系統(tǒng)（5）地形輔助導航地形匹配：也稱地形高度相關。其原理是地球表面上任意一點的地理坐標都可以根據(jù)其周圍地域的等高線或地貌來確定。飛行一段時間后，即可以得到真實航跡的一串地形標高。將測得的數(shù)據(jù)與存儲的數(shù)字地圖進行相關分析，確定飛機航跡對應的網格位置。因為事先確定了網格各點對應的經緯度值，這樣就可以使用數(shù)字地圖校正慣導。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.3無線電分系統(tǒng)無線電分系統(tǒng)又可稱為無人機系統(tǒng)綜合無線電分系統(tǒng)，它是無人機系統(tǒng)的主要組成部分，主要實現(xiàn)對無人機飛行狀態(tài)和機載任務設備工作狀態(tài)的實時遙控，實現(xiàn)對無人機飛行狀態(tài)和機載任務設備狀態(tài)的實時遙測，實現(xiàn)對無人機的跟蹤定位，完成無人機偵察圖像的實時傳輸顯示，并具有主要遙測參數(shù)的綜合處理和顯示等功能。無線電分系統(tǒng)總體分為地面設備和機載設備兩部分。地面設備主要包括測控天線、天線座、伺服、發(fā)射機、接收機、測控終端、電源等；機載設備主要包括機載天線、接收機、發(fā)射機和測控終端等。無人機常用的通訊頻率主要有：1.2GHz、2.4GHz、5.8GHz、72MHz、433MHz、900MHz等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.3無線電分系統(tǒng)采用無線電遙控方式時，無人機的活動半徑和飛行自由度主要受機載和地面遙控設備的發(fā)射功率、無線電波的傳輸距離以及飛行器本身性能的限制。受地球曲率、遙控設備發(fā)射功率等因素的影響，地面站的作用距離一般較短，往往只能用于較近距離(250千米以內)的飛行控制。如果采用中繼平臺或衛(wèi)星通信，也可進行遠距離甚至洲際范圍(上萬千米)的操控，但費用將大大增加，使用上也較復雜。另外，采用無線電遙控容易受到電磁干擾，在此種情況下，不但難以完成任務，甚至有可能導致無人機無法返回。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)通常將為完成特定任務在無人機上搭載的傳感器稱為任務設備，而任務載荷及其相配套的系列機載和地面設備共同構成了任務設備分系統(tǒng)。任務設備分系統(tǒng)的具體組成和無人機所執(zhí)行的任務相關，根據(jù)任務的不同，同一型號的無人機也可裝載不同的任務設備，通常將無人機任務設備分系統(tǒng)分為偵察設備、電子戰(zhàn)設備、攻擊設備、通信中繼設備等。本書重點圍繞完成偵察監(jiān)視等任務的無人機任務設備系統(tǒng)展開介紹。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)目前，無人機主要使用數(shù)字航空照相機、可見光電視攝像機、紅外熱像儀、合成孔徑雷達（SAR）四種方式進行航空偵察與監(jiān)視任務，其中數(shù)字（航空）照相機、可見光電視攝像機主要執(zhí)行晝間偵察任務，紅外熱像儀主要執(zhí)行夜間偵察任務，合成孔徑雷達（SAR）主要執(zhí)行全天候偵察任務。此外，為了完成偵察目標定位、指示等任務，還可安裝激光測距或目標指示設備等?？傊?，不同類型無人機，由于其任務目標、結構特點和負載大小等各不相同，飛行時所攜帶的任務載荷也存在差異。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)1.航空相機航空相機是裝載在飛機上以拍攝地表景物來獲取地面目標的光學儀器。隨著航空技術日新月異的發(fā)展，航空相機已經在航空遙感、測量和偵察等領域發(fā)揮重要的作用，航空相機具有的良好機動性、時效性和較低投入等優(yōu)點，已成為獲取地面信息的主要途徑之一。航空相機主要實施晝間、準實時偵察觀測任務，可獲取航攝區(qū)靜態(tài)高分辨率影像，還可對影像上任意像點的坐標進行提取，完成多幅滿足一定要求影像的自動拼接、立體影像提取及其顯示等任務，軍事上可利用航攝影像完成火力打擊效果與偽裝情況評估等任務，已在地形測繪、土地和森林資源調查、鐵路和公路建設以及軍事偵察等諸多領域得到了廣泛的應用。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)2.電視攝像機電視攝像機（可見光）是一種將被攝景物的活動影像通過光電器件轉換成電信號的光電設備。主要由攝影鏡頭、光電轉換器、放大器和掃描電路等組成，鏡頭將景物的影像投射在光電轉換器上，通過掃描電路對光電轉換器件按一定次序的轉換，逐點、逐行、逐幀地把影像上明暗不同或色彩不同的光點，轉換為強弱不同的電信號，再通過記錄設備或圖像傳輸設備將電信號記錄或發(fā)送出去。通常將電視攝像機分為黑白、彩色兩種類型，黑白電視攝像機主要傳送景物明暗影像，彩色電視攝像機主要傳送景物彩色影像。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)2.電視攝像機在無人機機載條件下，電視攝像機要實現(xiàn)對地面景物的觀測，必須借助相應的穩(wěn)定轉臺，通過穩(wěn)定轉臺實現(xiàn)對電視攝像機光學中心指向的改變，進而對航攝區(qū)域的實時電視影像捕捉，通過改變可見光電視攝像機光學系統(tǒng)焦距，改變航攝區(qū)電視影像的比例大小，利用無線數(shù)字傳輸設備將電視圖像傳輸至地面監(jiān)視器，或直接記錄在機載電子盤上。軍事上，利用可見光電視攝像機的實時偵察監(jiān)視特點，可對航攝區(qū)目標進行自動定位、校正火力射擊、監(jiān)視戰(zhàn)場情況及評估毀傷效果等任務。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)3.紅外熱像儀大氣、煙云對可見光和近紅外線的吸收較強，但是對3~5微米和8~14微米的熱紅外線卻是透明的，故將這兩個波段稱為熱紅外線的“大氣窗口”。人們利用這兩個窗口，能在完全無光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場，清晰地觀察到前方或地面的情況。為了提高無人機全天候實時觀測能力，將紅外熱成像技術應用于空中探測，即利用紅外熱像光譜探測器對具有熱泄露的地面物體進行探測，并將溫度高于其周圍背景的地物通過熱白圖像實時記錄并傳輸至地面監(jiān)測設備，或存儲在機載電子盤上。與電視攝像機相似，紅外熱像儀也需要借助一定的穩(wěn)定轉臺，用以隔離無人機飛行對航攝的影響，以及根據(jù)觀測要求實時改變其光學鏡頭的指向。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)3.紅外熱像儀正是由于這個特點，紅外熱成像技術在民用和軍事領域都得到了廣泛應用，極大的提高了觀測系統(tǒng)的全天候偵測能力。與可見光電視攝像機相似，紅外熱像儀也需要固定在穩(wěn)定平臺中，并通過穩(wěn)定平臺實現(xiàn)其光學中心的自動或手動改變，以獲取地面連續(xù)、動態(tài)影像，通過地面控制設備，對獲取的紅外圖像進行目標提取、定位、校正射擊等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)4.合成孔徑雷達合成孔徑雷達(SyntheticApertureRadar：SAR)是利用一個小天線沿著長線陣的軌跡等速移動并輻射相參信號,把在不同位置接收的回波進行相干處理,從而獲得較高分辨率的成像雷達。SAR也被稱為綜合孔徑雷達，它是利用雷達與目標的相對運動把尺寸較小的真實天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一個較大的等效天線孔徑的雷達，可以在能見度極低的氣象條件下得到類似光學照相的高分辨雷達圖像，且能有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。合成孔徑雷達的首次使用是在20世紀50年代后期，裝載在RB-47A和RB-57D戰(zhàn)略偵察飛機上。經過近60年的發(fā)展，合成孔徑雷達技術已經比較成熟，各國都建立了自己的合成孔徑雷達發(fā)展計劃，各種新型體制合成孔徑雷達應運而生，在民用與軍用領域發(fā)揮重要作用。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)5.其它典型設備（1）激光測高儀無人機裝載的激光測高儀就是利用激光對無人機相對于目標之間的距離進行準確測定的儀器。激光測高儀在工作時向目標射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，進而計算出從飛機到目標的距離。激光測高儀主要由激光發(fā)射機、激光接收機、計算顯示系統(tǒng)、電源系統(tǒng)四部分組成。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)5.其它典型設備（2）影像解析與定位處理設備根據(jù)影像量測和解析需要，需要對無人機利用各類偵測設備獲取的航空影像進行幾何糾正、輻射校正等預先處理，之后根據(jù)處理影像的性質或特點不同，利用空間攝影測量、圖像處理等技術，對目標進行高精度定位、對獲取影像進行立體提取與顯示、對滿足一定要求的影像進行自動拼接、對多源圖像進行融合等。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)5.其它典型設備（3）穩(wěn)定轉臺穩(wěn)定轉臺主要用來隔離無人機飛行姿態(tài)變化、振動等對航拍的影響，得到高質量的電視畫面（可見光或紅外視頻圖像）。不同類型無人機其穩(wěn)定轉臺結構也各異，如某型光電穩(wěn)定轉臺就是由球形吊艙（含陀螺平臺）、電子部件和收放機構等組成，它是一種雙軸的光軸穩(wěn)定平臺，平時是收在機體內部，工作時放下球形吊艙伸出于機體下表面，進行下半球全方向跟蹤目標并進行攝像，完成飛行任務后、著陸時光軸穩(wěn)定平臺接收到遙控指令將平臺的吊艙收入機內，防止著陸時遭損壞。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.3無人機系統(tǒng)組成1.3.4任務設備分系統(tǒng)5.其它典型設備（4）視頻圖像編輯設備無人機利用電視或紅外熱像儀等設備，可以獲取視頻圖像。視頻圖像因其實時性、連續(xù)性等特點，在民用和軍事領域應用都極為廣泛，為了提高視頻圖像的顯示效果，需要對無人機視頻圖像進行必要的編輯。電視編輯設備就是利用監(jiān)視器、錄像機和編輯機等，將無人機執(zhí)行偵測任務時的視頻偵察素材，經過一定的編輯整理而成為錄像資料。除此之外，無人機還有圖像跟蹤設備、圖像記錄與存儲設備、圖像傳輸設備等。本書主要分析機載的偵察監(jiān)視設備，包括航空照相系統(tǒng)、電視攝像系統(tǒng)、紅外成像系統(tǒng)、合成孔徑雷達（SAR）設備等，及其部分相關設備。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.4無人機的用途無人機除在軍事領域的應用之外，其在民用領域的應用也極為廣泛，主要包括農業(yè)、林業(yè)、海洋水利、國土資源、氣象、電力石油勘測、自然災害監(jiān)控、測繪、城市規(guī)劃等多個行業(yè)。近年來，無人機在民用市場的應用也受到越來越多的關注，如農業(yè)植保無人機的市場規(guī)模預計將超百億；電力巡檢無人機的市場規(guī)模有望超十億，2013年3月，國家電網公司專門出臺《國家電網公司輸電線路直升機、無人機和人工協(xié)同巡檢模式試點工作方案》，方案指出將建立直升機、無人機和人工巡檢相互協(xié)同的新型巡檢模式，2015年將全面推廣。我國擁有森林面積1.75億公頃，森林蓄積量為124.56億立方米，森林覆蓋率為18.21%，既是森林資源大國，又是森林火災多發(fā)國家，無人機在森林防火領域的應用尚處初始階段，市場前景廣闊。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.4無人機的用途無人機在自然災害監(jiān)測評估領域的空間也非常廣闊。2008年汶川地震引發(fā)了大量崩塌、滑坡、泥石流等次生地質災害,引起災區(qū)大部分國道、省道、鄉(xiāng)村道路嚴重破壞,給救災工作造成難以想象的困難。由于天氣因素的影響,衛(wèi)星遙感系統(tǒng)或載人航空遙感系統(tǒng)難以及時獲取災區(qū)的實時地面影像。地震發(fā)生后,多種型號的無人機航空遙感系統(tǒng)迅速進入災區(qū),在災情調查、滑坡動態(tài)監(jiān)測、房屋與道路損害情況評估、救災效果評價、災區(qū)恢復重建等方面得到廣泛使用,取得了很好的效果,起到了其他手段無法替代的作用。無人機航空遙感系統(tǒng)第一次大規(guī)模用于應急救災就取得了成功。本課件是可編輯的正常PPT課件第一章緒論1.4無人機的用途無人機在搜救、防盜等安全監(jiān)控領域的應用也在起步；無人機用于物流的嘗試也越來越多，亞馬遜已研發(fā)多年，國內快遞業(yè)也開始試水。無人機配合OculusRift使用，獲得虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實的體驗，把人的感知帶到另一個真實空間，使探險者不再需要親歷諸如隧道、峽谷、水下等場景，就能收獲刺激的感官體驗?？傊S著社會需求的不斷擴大和無人機相關技術的不斷發(fā)展，無人機在工作與生活中的應用也日益廣泛，并將逐步深入到我們工作與生活的各個領域，由此也必將進一步推動無人機的大發(fā)展。本課件是可編輯的正常PPT課件無人機任務載荷授課人：本課件是可編輯的正常PPT課件目錄CONTENTS緒論電磁輻射及物體的波譜特性無人機航空攝影原理無人機電視攝像與跟蹤定位原理第一章第二章無人機紅外成像原理無人機載合成孔徑雷達成像原理第三章第四章第五章第六章本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質

電磁輻射是自然界中以“場”的形式存在的一種物質，現(xiàn)代物理學的研究證明，電磁輻射具有兩重性：波動性與粒子性。也就是說，電磁輻射是一種高速運動的粒子流，在空間的傳播具波動性。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性1．電磁輻射的波動性2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質波是振動在空間的傳播，電磁輻射是振源發(fā)出的電磁場在空間的傳播。電磁學理論指出：在空間某區(qū)域有變化電場，那么在其鄰近區(qū)域內將引起變化磁場；同樣，有變化磁場也會在其鄰近區(qū)域內引起變化電場。它們相互激發(fā)形成統(tǒng)一的電磁場，變化的電場與磁場的交替產生，使電磁場傳播到很遠的區(qū)域。電磁場在空間以一定速度由近及遠的傳播過程，實質上就是電磁輻射，它具有波動的特性，所以又稱為電磁波。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性1．電磁輻射的波動性式中：為介質相對介電常數(shù)，為相對磁導率，c為真空中的光速2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質

麥克斯韋爾把電磁輻射抽象為一種以速度在介質中傳播的橫波，振動著的是空間里的電場強度矢量E

和磁場強度矢量H

，其振動方向垂直于前進方向，且同一點的E和H相互垂直，變化位相相同。這種關系可用方程組表達：本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性1．電磁輻射的波動性2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質表征波動的主要物理量是波長，周期，頻率、振幅，波數(shù)，圓波數(shù)和角頻率，以及波速，初相位，是波函數(shù)，這些參數(shù)之間的關系為：本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2．電磁輻射的粒子性2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質電磁輻射的波動學說，在解釋電磁輻射的一些現(xiàn)象時，如電磁輻射能在真空中的傳播，光電效應等遇到困難。近代物理學研究證明：電磁輻射本身是一種很小的物質微粒，電磁輻射過程就是具有質量的粒子的運動過程，這種運動在時空上是一種不連續(xù)的隨機性運動，它攜帶一定的能量。也就是說，這些微粒不能連續(xù)地吸收或發(fā)射輻射能，只能不連續(xù)地一份份地吸收或發(fā)射，這種情況叫做能量的量子化。量子化的最小單位是光子，光子具有一定的能量和動量，而能量與動量都是粒子的屬性，能量分布的量子化是粒子的基本特征。因此，光子也是一種基本粒子。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2．電磁輻射的粒子性2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質實驗證明，光子的能量與其頻率成正比，即光子動量與其波長成反比，即本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性3．波粒二象性的關系2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質從波動性來看，電磁輻射在某時空的強度和波振幅的平方成正比，比例常數(shù)為1時從粒子性來看，電磁輻射在某時空的強度與該時空粒子出現(xiàn)的幾率成正比，粒子出現(xiàn)的幾率即粒子流密度，為單位時間內通過單位截面的粒子數(shù)目的多少。兩式合并，取比例常數(shù)為1時本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性3．波粒二象性的關系2.1電磁輻射2.1.1電磁輻射的本質由上面的論述可看出，電磁輻射具明顯的波粒二象性，連續(xù)的波動性和不連續(xù)的粒子性是相互排斥，相互對立的；但兩者又是相互聯(lián)系并在一定條件下可以互相轉化的?？梢哉f波是粒子流的統(tǒng)計平均，粒子是波的量子化，在傳播過程中以波動性為主，遵守波動規(guī)律，當與物質作用時又以粒子性為主。電磁輻射波長的大小影響波粒二象性的表現(xiàn)，波長較長、能量較小的波動性明顯；波長較短，能量較大的粒子性顯著。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.2電磁波譜實驗證明，現(xiàn)在我們所知道的宇宙射線、射線、射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波、工業(yè)用電等都是電磁波。所有這些波在本質上基本相同，但是，由于它們的波長和頻率不同而產生差別。為了便于比較電磁輻射的內部差異和描述，按照它們的波長（或頻率）大小，依次排列畫成圖表，這個圖表就叫做電磁波譜，如下圖所示。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性10510410310210110-110-210-310-4110-510-610-710-810-910-1010-1110-1210-1310-1410-1410-1510-1610-1710-1810-2010-2110-2210-2310-1910-2410-2510-2610-2710-2810-2910-3010-3110-3210-331020101910181017101610141013101210111015101010910810710610510410210-1110-1010-910-810-710-510-410-310-610-210-1101011021031041051061071031011108電子躍遷離解電磁場振蕩分子振動分子旋轉發(fā)熱電子伏（eV）焦耳（J）赫茲（Hz）米（m）1nm1μm1mm1m1km1000kmγ射線X射線紫外紅外極高頻微波次極高頻超高頻甚高頻高頻中頻低頻無線電聲頻交流電電子能量光子能量頻率（每秒周數(shù)）波長光譜分區(qū)可見光大氣傳輸Q/K0/KυXCSL光譜發(fā)射本領本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.2電磁波譜（1）射線（gammaray）

射線波長，由于波長短，頻率高，所以具有很大的能量，很高的穿透性。射線是原子核躍遷產生的，由放射性元素形成，來自放射性礦物的射線可以被低空探測器所探測，是一個有前景的遙感波區(qū)。

射線波長為，由于波長短，頻率高，所以具有很大的能量，很高的穿透性。射線是原子核躍遷產生的，由放射性元素形成，來自放射性礦物的射線可以被低空探測器所探測，是一個有前景的遙感波區(qū)。（2）射線（XRay）本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.2電磁波譜（3）紫外線（ultravioletray，UV）

紫外線波長為，紫外線由原子或分子外層電子躍遷產生，按波長不同，可進一步分成近紫外，和超遠紫外，粒子性明顯。來自太陽的紫外線，小于0.3

者完全被大氣吸收，的可以通過大氣，用感光膠片和光電探測器進行探測。但是，該波段散射嚴重?？梢姽獠ㄩL為，由分子外層電子躍遷產生，是電磁波中眼睛所觀察到的唯一波區(qū)。能通過透鏡聚焦，經過棱鏡色散分成赤、橙、黃、綠、青、藍、紫等色光波段，具光化作用和光電效應，在遙感中能用膠片和光電探測器收集記錄。（4）可見光（visiblelight））本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.2電磁波譜（5）紅外線（infraredray，IR）紅外線波長為，由分子振動與轉動產生，按波長不同，可分成近紅外、中紅外、遠紅外、超遠紅外和赫茲波。近紅外是地球反射來自太陽的紅外輻射，其中的輻射可以用攝影方式探測，所以也稱攝影紅外。中遠紅外等是物體發(fā)射的熱輻射，所以也叫熱紅外，它只能用光學機械掃描方式獲取信息。紅外線對人眼睛不起作用，能聚焦、色散、反射，具有光電效應，對一些物質和現(xiàn)象有特殊反映，如葉綠素、水、半導體、熱等。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.2電磁波譜（6）微波（microwave）微波波長為，由固體金屬分子轉動所產生。其中可分為毫米波、厘米波和分米波，微波的特點是能穿云透霧，甚至穿透冰層和地面松散層，其他輻射和物體對它干擾小。物體輻射微波的能量很弱，接收和記錄均較困難，要求傳感器非常靈敏。（7）無線電波無線電波由電磁振蕩電路產生，不能通過大氣層——短波被電離層反射，中波和長波吸收嚴重，故不能用于遙感。實際上，整個電磁波是連續(xù)不斷的，各個波區(qū)或波段的分界點并不十分嚴格，各家劃分標準不一，且相鄰波區(qū)有相當重疊。電磁波譜各波段的產生及其遙感應用如下表。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性產生方式譜段波長遙感應用特征原子核內部的相互作用

射線＜0.03nm來自太陽的輻射完全被上層大氣所吸收，不能為遙感利用，來自放射性礦物的

輻射作為一種探礦手段可被低空飛機探測到層內電子的離子化X射線0.03～3nm進入的輻射全被大氣所吸收，遙感中未使用外層電子的離子化紫外線3nm～0.38

m波長小于0.3

m的由太陽進入的紫外輻射完全為上層大氣中的臭氧所吸收攝影紫外0.3～0.38

m穿過大氣層，用膠片和光電探測器可檢出，但是大氣散射嚴重外層電子的激勵可見光紫0.38～0.43

m用照相機、電視攝像機和光電掃描儀等可檢測，包括在0.5

m附近的地球反射比峰值藍0.43～0.47

m青0.47～0.50

m綠0.50～0.56

m黃0.56～0.59

m橙0.59～0.62

m紅0.62～0.76

m分子振動，晶格振動紅外線近紅外0.76～3

m初次反射的太陽輻射，0.7～1.4

m的輻射用紅外膠片檢測，稱為攝影紅外輻射中紅外3～5

m熱區(qū)中的主要大氣窗口，是一個寬譜段內的總輻射，用這些波長成像需要使用光學-機械掃描器遠紅外8～14

m分子旋轉和反轉，電子自轉與磁場的相互作用微波0.1～100cm能穿透云和霧，可用于全天候成像。其下可續(xù)分為毫米波、厘米波和分米波核自轉與磁場的相互作用無線電波工業(yè)用電100～106cm＞106cm用于無線電通訊，分超短波、短波、中波、長波本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（1）波的疊加原理

數(shù)列波在傳播過程中，相遇后仍能保持它們各自原有的特性（頻率、波長、振幅、振動方向等）不變，按照自己原來的傳播方向繼續(xù)前進，好像在各自的傳播過程中，沒有遇上其他波一樣，在相遇區(qū)域內，任一點的振動為各波所引起的振動的合成，這也叫波的獨立傳播原理。電磁波的傳播遵守這一原理。

在遙感中，所遇到的電磁波的波形都很復雜。但是，不管波的形式多么復雜，也無論其產生方式如何，實際上都可以用無窮個正弦波疊加構成，只要這些正弦波具有適當?shù)恼穹?、頻率和相位。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（2）電磁波的干涉頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位相差恒定的兩（數(shù)）列波相遇時，使某些地方振動始終加強，而在另一些地方振動始終減弱的現(xiàn)象叫做波的干涉現(xiàn)象。能產生干涉現(xiàn)象的波叫做相干波，其波源叫相干波源。相干現(xiàn)象的基本原理是波的疊加原理。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（2）電磁波的干涉電磁波的相干對遙感來說是很重要的。如果有兩列波投射到一個傳感器上，這些波傳遞給探測器的功率能夠被測量出來。假如是非相干波，則合成的波功率是兩個分波的功率之和，投射到傳感器上的總輻射強度為兩分波輻射強度之和，即，且傳感器上的任何位置的強度是一致的。假如是相干波，合成波的功率可能大于也可能小于兩個波分別投射時的功率之和，其輻射強度和振幅分別為：本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（3）電磁波的衍射波在傳播過程中遇到阻礙物時，其傳播方向要發(fā)生改變，能夠繞過障礙物的邊緣繼續(xù)前進，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。衍射現(xiàn)象可以用惠更斯原理解釋。電磁波的衍射對遙感技術影響很大：本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（3）電磁波的衍射①電磁波通過傳感器的孔徑而被切割時，就要發(fā)生衍射，使電磁輻射通量的數(shù)量，質量和方向都發(fā)生變化，結果測量不準確，對目標物的解譯也帶來困難。②影響遙感所用儀器的分辨能力，理論上光學儀器的最小分辨角為式中：為電磁輻射的波長，為光學儀器的孔徑。③縮小陰影區(qū)域。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（4）電磁波的偏振（極化）①偏振的概念。一般情況下，天然波的振動在垂直于傳播方向的平面上可以取所有可能的方向，且波的振幅完全相等。如果波在各方向上振幅大小不相同，而且各方向振動之間沒有固定位相關系，極大值與極小值之間的夾角為，則稱該波發(fā)生了偏振現(xiàn)象，常用偏振度來衡量偏振程度。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（4）電磁波的偏振（極化）②偏振的產生。偏振波可以用偏振器生產，如圖2-3所示，在電磁波傳播方向上依次放兩塊偏振器、，當天然波（光）經過偏振器時，只有與偏振器方向一致的分振矢量才能通過，與方向垂直的分振不能通過。通過偏振器的波就成為偏振波。偏振光再通過第二個偏振器時，視方向而定，如果與偏振波成一角度，則偏振波在方向的分量可以通過，垂直方向的分量被擋住，令通過的分量為，若的振幅為，的振幅為，則光強分別為，，且（為與的夾角），所以本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（4）電磁波的偏振（極化）暗明暗E明暗E明暗本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（4）電磁波的偏振（極化）③偏振的作用。在遙感中，電磁波的偏振非常重要，如進入傳感器的電磁波都有一定的偏振性，偏振攝影、側視雷達成像接收的完全是偏振波，利用偏振原理制作立體鏡進行遙感影像立體觀察等。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（5）電磁波的多普勒效應電磁輻射因輻射源或觀察者相對于傳播介質的運動，而使觀察者接收到的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為多普勒效應。就是說，當一個頻率為的電磁輻射源對于觀察者作相對運動的時候，觀察者從這個源接收到的輻射將具有另一個頻率。與的關系式是本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（5）電磁波的多普勒效應在源與觀測者的相對運動速度遠小于光速的情況下，可用近似公式表達它：本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質1．電磁波傳播的性質（5）電磁波的多普勒效應在無人機偵察過程中，主動式偵察系統(tǒng)都是從運動著的無人機平臺上發(fā)射電磁輻射，所以地面所接收到的輻射頻率要發(fā)生改變；被改變了的輻射又被地面再反射到無人機平臺上的傳感器，傳感器接收的輻射頻率又要經過一次多普勒效應的改變。從發(fā)射到接收回波，其總的頻率改變?yōu)閱未味嗥绽招膬杀丁１菊n件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質2．電磁輻射的光電效應光電效應是粒子性的明顯表現(xiàn)，用光子假設可得到圓滿地解釋：電磁輻射照射到物質表面（金屬物體），金屬中的自由電子吸收了光子能量，而從金屬中逸出。電子吸收一個光子，便獲得的能量，該能量一部分消耗于電子從金屬逸出時克服表面對它的吸引力所需的逸出功A

，另一部分轉換為電子的初動能。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.1電磁輻射2.1.3電磁輻射的基本性質2．電磁輻射的光電效應由公式可得出：（1）當電磁粒子的能量小于電子逸出功A時，電子不能脫出金屬，只有當時，即時，才能生產光電效應。即光電效應具有一定的截止頻率，其數(shù)值為。（2）電子的初動能和電磁輻射的頻率成線性關系。（3）光電流的強度和入射的電磁輻射強度成正比。（4）光電流呈瞬時性。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射1．反射系數(shù)物體的反射能力常用反射系數(shù)來表示，其實質是反映反射與物體性質的關系。當前，使用最普遍的是菲涅爾反射系數(shù)，其表達式是本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射1．反射系數(shù)在垂直入射的情況下，，統(tǒng)一為：由上述公式看出：反射系數(shù)是反射的電矢量振幅與入射的電矢量振幅之比，其實質是入射角、物體的介電常數(shù)及磁導率的函數(shù)，在入射角相同情況下，由于物體的結構不同，介電常數(shù)和磁導率不一樣，因此有不同的反射系數(shù)，這種反射系數(shù)的差別就是我們區(qū)分不同物體的依據(jù)。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射2．物體表面狀況對反射的影響（1）物體表面的劃分物體的表面一般比較復雜，往往是粗糙不平的，根據(jù)它對反射的影響，分為兩類：光滑表面和粗糙表面。二者的劃分以入射波波長為標準，是一相對概念。

劃分準則：物體表面的劃分一般用瑞利準則，關系式是式中：是入射波的波長；是入射角。如果物體表面的起伏度，則該表面為光滑表面——鏡面；如果，則為粗糙表面。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射2．物體表面狀況對反射的影響（1）物體表面的劃分上述表明：入射輻射的波長決定了反射表面的粗糙度，入射波長不一樣，同一物體的表面可顯示不同的粗糙度，如土壤對無線電輻射是光滑的，而對可見光是粗糙的。一般說來，凡物體表面的顆粒線度h遠小于入射波的波長，該表面屬光滑表面——鏡面；當入射波的波長遠小于物體表面起伏度或構成表面的顆粒的線度h時，該表面就是粗糙表面。另外，入射角對表面的粗糙度也有影響，入射角越大，表面的粗糙度越小；反之，入射角越小，則粗糙度越大。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射2．物體表面狀況對反射的影響（2）反射類型

①鏡面反射。由光滑表面產生的反射叫鏡面反射，其反射方向遵守反射定律，可以用菲涅爾反射系數(shù)表示反射能力的大小，且反射波具高度的方向性，位相相干。反射率為本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射2．物體表面狀況對反射的影響（2）反射類型②漫反射。粗糙表面上產生的反射稱漫反射，其反射波方向不遵守反射定律，在物體表面各個方向都有反射，反射強度遵循朗伯定律，即，反射波很少有方向性，相位不相干，振幅以隨機方式漲落，漫反射的反射率為本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.1電磁輻射的反射2．物體表面狀況對反射的影響（2）反射類型鏡面反射漫反射混合反射本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.2電磁輻射的發(fā)射1．黑體輻射所謂黑體是指一個完全的輻射吸收和輻射發(fā)射體，即在任何溫度下，對所有波長的電磁輻射都能夠完全吸收，同時能夠在熱力學定律所允許的范圍內最大限度地把熱能變成輻射能的理想輻射體。它是研究物體發(fā)射的計量標準。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.2電磁輻射的發(fā)射1．黑體輻射根據(jù)對大量實驗數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，黑體的輻射通量密度按波長或頻率的分布是穩(wěn)定的，僅與其本身的溫度有關，而和黑體的材料和性質無關。不同溫度下，各種波長的光譜輻射通量密度如圖所示。本課件是可編輯的正常PPT課件第二章電磁輻射及物體的波譜特性2.2電磁輻射與物體的相互作用2.2.2電磁輻射的發(fā)射2．物體的發(fā)射根據(jù)物體光譜發(fā)射率的變化，可將物體分為三類：黑體、灰體和選擇性輻射體（具體定義將在無人機紅外成像原理中加以介紹），三類輻射體的光譜發(fā)射率如圖所示