第七章微波遥感.ppt
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微波遥感微波遥感中国农业大学中国农业大学信息与电气工程学院:
张超信息与电气工程学院:
张超地理信息工程系地理信息工程系微波遥感微波遥感地球上经常有地球上经常有40%-60%的地区被云层覆盖的地区被云层覆盖我国西南部多云雾、多雨等我国西南部多云雾、多雨等,光学图像获光学图像获取困难取困难占地球面积五分之三的海洋上,气候条件占地球面积五分之三的海洋上,气候条件变化大,经常被云层遮蔽。
变化大,经常被云层遮蔽。
微波雷达遥感可以作为光学图像的补充,微波雷达遥感可以作为光学图像的补充,对多云多雾地区监测,发挥重要作用对多云多雾地区监测,发挥重要作用SAR的特点为什么使用雷达成像技术为什么使用雷达成像技术全天候,穿透云雾能力全天候,穿透云雾能力全天时工作全天时工作穿透植被和树叶穿透植被和树叶微波对地表的穿透能力较强微波对地表的穿透能力较强海洋探测海洋探测干涉雷达测量地形干涉雷达测量地形土壤水分土壤水分在电磁波谱中,将波长在毫米在电磁波谱中,将波长在毫米到千米级的幅度称为无线电波到千米级的幅度称为无线电波这个波段又分为亚毫米波、毫这个波段又分为亚毫米波、毫米波、厘米波、分米波,超短米波、厘米波、分米波,超短波、短波、中波和长波波、短波、中波和长波毫米波、厘米波、分米波称为毫米波、厘米波、分米波称为微波波段微波波段微波波段划分微波波段划分遥感中常用的微波范围为遥感中常用的微波范围为0.8-30cm可见光波长可见光波长范围?
范围?
0.38-0.76微微米米收音机:
音乐收音机:
音乐台台FM90.0MHz雷达遥感成像雷达遥感成像雷达雷达(RadioDetectionandRanging,RADAR)侧视航空雷达(侧视航空雷达(Side-LookingAirborneRadar,SLAR),雷达为什么要侧视?
雷达为什么要侧视?
真实孔径雷达(真实孔径雷达(RealApertureRadar,RAR)合成孔径雷达合成孔径雷达(SAR,SyntheticApertureRadar)微波遥感分类微波遥感分类被动微波遥感、主动微波遥感被动微波遥感、主动微波遥感被动微波遥感被动微波遥感信号来源:
信号来源:
系统自身不发射微波波束,只是接收目标物发射或散系统自身不发射微波波束,只是接收目标物发射或散射的微波辐射(用亮温表示)。
射的微波辐射(用亮温表示)。
典型传感器:
典型传感器:
传感器一般为微波辐射计,辐射精度目前约传感器一般为微波辐射计,辐射精度目前约1K,空,空间分辨率一般都在公里级间分辨率一般都在公里级(卫星遥感卫星遥感)或米级或米级(航空遥感航空遥感)。
微波遥感分类微波遥感分类主动微波遥感主动微波遥感信号来源:
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。
来的电磁波。
构成:
构成:
一部发射机,一部接收机,通常共用一幅天线。
一部发射机,一部接收机,通常共用一幅天线。
典型传感器:
典型传感器:
微波散射计微波散射计微波高度计。
微波高度计。
成像雷达:
侧视雷达,合成孔径雷达。
成像雷达:
侧视雷达,合成孔径雷达。
微波穿透特性微波穿透特性微波对土壤、植被都有一定的穿透能力,其特性曲微波对土壤、植被都有一定的穿透能力,其特性曲线可用以下图表示:
线可用以下图表示:
由图看到,波长越长,目标地物越干燥,微波对由图看到,波长越长,目标地物越干燥,微波对其穿透性越好,基本呈线性关系。
其穿透性越好,基本呈线性关系。
微波特征微波特征微波属于电磁波,因此具有电磁波的基本特性:
微波属于电磁波,因此具有电磁波的基本特性:
反射、吸收、散射、透射反射、吸收、散射、透射电磁波的叠加电磁波的叠加p当当两两列列波波在在同同一一空空间间传传播播时时,空空间间上上各各点点的的振振动动为为各列波单独振动的合成。
各列波单独振动的合成。
p任何复杂的电磁波都可以任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电分解成许多比较简单的电磁波;磁波;p比较简单的电磁波也可以比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。
合成为复杂的电磁波。
(白光的色散和合成,计算机显(白光的色散和合成,计算机显示器的工作原理,示器的工作原理,混合像元的分混合像元的分解解)微波遥感有关的几个电磁波特征微波遥感有关的几个电磁波特征电磁波相干性电磁波相干性当两个或两个以上的电磁波在空间传播,当两个或两个以上的电磁波在空间传播,他们的他们的频率相同频率相同,振动方向相同振动方向相同,相位相,相位相同或同或相位差为常数相位差为常数,这时叠加后合成电磁,这时叠加后合成电磁波的振幅是各个波振幅的矢量和,这种现波的振幅是各个波振幅的矢量和,这种现象称为干涉。
象称为干涉。
衍射衍射电磁波在传播过程中,遇到不能透过的有电磁波在传播过程中,遇到不能透过的有限直径的物体,会出现传播的绕行现象,限直径的物体,会出现传播的绕行现象,即一部分辐射没有遵循直径传播的规律而即一部分辐射没有遵循直径传播的规律而绕到障碍物的后面,这种改变传播方向的绕到障碍物的后面,这种改变传播方向的现象就是衍射。
现象就是衍射。
微波传播时会发生衍射现象。
微波传播时会发生衍射现象。
极化极化电磁波传播是电场与磁场交替变化的过程,且他们的方电磁波传播是电场与磁场交替变化的过程,且他们的方向互相垂直。
电场矢量在与传播方向垂直的平面内向互相垂直。
电场矢量在与传播方向垂直的平面内当电场矢量的方向不随时间变化时,称为线极化。
当电场矢量的方向不随时间变化时,称为线极化。
线极化分为水平极化和垂直极化线极化分为水平极化和垂直极化水平极化(水平极化(HH)指电场矢量与雷达波束入射面垂直)指电场矢量与雷达波束入射面垂直垂直极化(垂直极化(VV)指电场矢量与雷达波束入射面平行)指电场矢量与雷达波束入射面平行雷达极化方式雷达极化方式常用的四种极化:
常用的四种极化:
同向极化:
同向极化:
水平发射,水平接收水平发射,水平接收(HH)垂直发射,垂直接收垂直发射,垂直接收(VV)异向极化:
异向极化:
水平发射,垂直接收水平发射,垂直接收(HV)垂直发射,水平接收垂直发射,水平接收(VH)多光谱传感器通过分光可以有多个波段的图像数据多光谱传感器通过分光可以有多个波段的图像数据全极化:
包括全极化:
包括HH、HV、VH、VV四种极化数据四种极化数据侧视机载雷达(侧视机载雷达(SLAR)工作原理)工作原理1)雷达的工作原理:
雷达的工作原理:
ttOOVV(a)脉冲调幅波波形)脉冲调幅波波形图(图(AM)(b)脉冲线性调频波)脉冲线性调频波波形图波形图(FM)侧视机载雷达(侧视机载雷达(SLAR)工作原理)工作原理侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A:
飞行方向;:
飞行方向;B:
天底方向:
天底方向E:
方位向;:
方位向;D:
距离向;:
距离向;C:
扫描宽度:
扫描宽度侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A入射角入射角;B视角视角;C斜距斜距;D地距地距;俯角俯角当地表平坦时:
当地表平坦时:
A=B;不平坦时;不平坦时AB侧视雷达工作原理侧视雷达工作原理有关术语有关术语A:
近射程(近射程(nearrange);B:
远射程(远射程(farrange)2)真实孔径侧视雷达真实孔径侧视雷达天线装在遥感平台(飞机、卫星,航天飞机)天线装在遥感平台(飞机、卫星,航天飞机)的一侧或者两侧,斜视航线的外部地面。
的一侧或者两侧,斜视航线的外部地面。
记录地物的回波强度(振幅、相位和偏振),记录地物的回波强度(振幅、相位和偏振),形成明暗不同的线条。
形成明暗不同的线条。
两种分辨率:
距离分辨率两种分辨率:
距离分辨率;方位分辨率方位分辨率雷达遥感的投影称作斜距投影,地物在影像上的雷达遥感的投影称作斜距投影,地物在影像上的y坐标位置完全取决于斜距坐标位置完全取决于斜距距离分辨率距离分辨率脉冲发射方向上(与平台飞行方向垂脉冲发射方向上(与平台飞行方向垂直),能够分辨两个目标的最小距离直),能够分辨两个目标的最小距离距离分辨率距离分辨率原理:
原理:
含义:
距离分辨率和脉冲宽度成反比,和俯角成反比含义:
距离分辨率和脉冲宽度成反比,和俯角成反比注意:
注意:
Rg越大,分辨率越低;越大,分辨率越低;Rg越小,分辨率越高越小,分辨率越高光学正视,是近大远小;飞行高度一定,雷达却刚好相反光学正视,是近大远小;飞行高度一定,雷达却刚好相反为什么为什么侧视侧视地距分辨率地距分辨率斜距分辨率斜距分辨率RgR方位分辨率方位分辨率相邻两束脉冲之间,能够分相邻两束脉冲之间,能够分辨两个目标的最小距离。
沿着飞行方向辨两个目标的最小距离。
沿着飞行方向XxHy雷达雷达发射的微波向四面八发射的微波向四面八方辐射,呈花瓣状,称波方辐射,呈花瓣状,称波瓣,但以一个方向为主,瓣,但以一个方向为主,称为主瓣,其他方向辐射称为主瓣,其他方向辐射能小,形成副瓣,其中能小,形成副瓣,其中角称波瓣角。
要使雷达的角称波瓣角。
要使雷达的方向性精确,就要尽量增方向性精确,就要尽量增大主瓣功率和减少波瓣大主瓣功率和减少波瓣角角方位分辨率方位分辨率方位分辨率相邻两束脉冲之间,能够分辨两个目标的最小距离。
相邻两束脉冲之间,能够分辨两个目标的最小距离。
与波瓣角(与波瓣角()有关。
)有关。
波瓣的宽度与距离成正比,则方位分辨率:
波瓣的宽度与距离成正比,则方位分辨率:
DD可见,可见,发射波长越短、发射波长越短、天线孔径越大、距离目天线孔径越大、距离目标地物越近,则方位分标地物越近,则方位分辨力越高辨力越高波长、波瓣波长、波瓣角和距离对角和距离对方位分辨率方位分辨率的影响的影响波长变小波长变小方位分辨方位分辨率提高率提高天线孔径变天线孔径变大方位分辨大方位分辨率提高率提高多普勒频移DopplerShift路程差路程差相位差相位差波源多普勒频移多普勒频移若移动台朝入射波方向运动,则多普勒频移为正(即接收频率上升);若移若移动台朝入射波方向运动,则多普勒频移为正(即接收频率上升);若移动台背向入射波方向运动,则多普勒频移为负(即接收频率下降)。
动台背向入射波方向运动,则多普勒频移为负(即接收频率下降)。
最大多普勒频移最大多普勒频移:
当移动台的运动方向与入射波的方当移动台的运动方向与入射波的方向一致时向一致时,多普勒频移最大。
多普勒频移最大。
3)合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达原理原理:
用一根小天线作为发射接收单元,将此用一根小天线作为发射接收单元,将此辐射单元沿一直线运动,在运动中选择若干位辐射单元沿一直线运动,在运动中选择若干位置发射信号、接受回波信号并记录(振幅和相置发射信号、接受回波信号并记录(振幅和相位)。
位)。
当辐射单元移动一段距离当辐射单元移动一段距离Ls后将储存的信息后将储存的信息对同一目标不同强度的信号进行叠加,效果相对同一目标不同强度的信号进行叠加,效果相当于一根长天线。
当于一根长天线。
合成孔径雷达合成孔径雷达由于多普勒效应存在,由于多普勒效应存在,天线不同位置,回波天线不同位置,回波的频率不同,先增大,的频率不同,先增大,后减小后减小合成孔径雷达方位分辨率方位分辨率:
方位分辨率:
Ls的最大值:
的最大值:
提高方位分辨率提高方位分辨率由于双程相移由于双程相移R为小天线的为小天线的方位分辨率方位分辨率见下图见下图合成孔径雷达工作过程合成孔径雷达工作过程举例比较:
举例比较:
合成孔径雷达可以大大提高方位分辨率,与距离分辨合成孔径雷达可以大大提高方位分辨率,与距离分辨率无关率无关条件:
条件:
=4cm=4cmd=8md=8mR=400kmR=400km真实孔径雷达真实孔径雷达,方位分辨率,方位分辨率=2km合成孔径雷达合成孔径雷达,方位分辨率,方位分辨率=4m地物对微波的反射地物对微波的反射散射镜面反射角反射侧视雷达天线接收到的是后向散(反)射侧视雷达天线接收到的是后向散(反)射地物对微波的反射地物对微波的反射对于长波雷达,地表较光滑,后向散对于长波雷达,地表较光滑,后向散射小。
射小。
同样的地表对于短波雷达就显粗同样的地表对于短波雷达就显粗糙,在雷达图像中由于后向散射糙,在雷达图像中由于后向散射强而显得亮。
强而显得亮
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- 第七 微波遥感