高光譜遙感的傳感器是成像光譜儀imagingspectrometer學(xué)習(xí)資料

1、遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS高光譜遙感的傳感器是成像光譜儀ImagingSpectrometer遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的基本概念高光譜遙感的基本概念 定義定義：高光譜遙感是高光譜分辨率遙感：高光譜遙感是高光譜分辨率遙感(Hyperspectral Remote Sensing)的簡(jiǎn)稱，是指的簡(jiǎn)稱，是指利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體，利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體，獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)。獲取許多非常窄且光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)。目前，一般將波長(zhǎng)間隔目前，一般將波長(zhǎng)間隔10nm

2、以下，波段數(shù)以下，波段數(shù)36個(gè)個(gè)以上的遙感系統(tǒng)定義為高光譜遙感。以上的遙感系統(tǒng)定義為高光譜遙感。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的基本概念高光譜遙感的基本概念 傳感器傳感器：高光譜遙感的傳感器是：高光譜遙感的傳感器是成像光譜成像光譜儀儀(Imaging Spectrometer)，它為每個(gè)像元提供，它為每個(gè)像元提供數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段（通常波段寬度數(shù)十至數(shù)百個(gè)窄波段（通常波段寬度10nm）的光譜信息，能產(chǎn)生一條完整而連續(xù)的光譜曲的光譜信息，能產(chǎn)生一條完整而連續(xù)的光譜曲線。線。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高

3、光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的基本概念高光譜遙感的基本概念 成像光譜系統(tǒng)獲得的連續(xù)波段寬度一般在成像光譜系統(tǒng)獲得的連續(xù)波段寬度一般在10nm以內(nèi)，這種數(shù)據(jù)能以足夠的光譜分辨率區(qū)以內(nèi)，這種數(shù)據(jù)能以足夠的光譜分辨率區(qū)分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)。分出那些具有診斷性光譜特征的地表物質(zhì)。 應(yīng)用高光譜分辨率數(shù)據(jù)也能將混合礦物或應(yīng)用高光譜分辨率數(shù)據(jù)也能將混合礦物或礦物像元中混有植被光譜的情形，在單個(gè)像元礦物像元中混有植被光譜的情形，在單個(gè)像元內(nèi)計(jì)算出各種成分的比例。內(nèi)計(jì)算出各種成分的比例。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的應(yīng)用高光譜遙感

4、的應(yīng)用在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用在地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用 地質(zhì)是高光譜遙感應(yīng)用中最成功的一個(gè)領(lǐng)地質(zhì)是高光譜遙感應(yīng)用中最成功的一個(gè)領(lǐng)域。主要用于區(qū)域地質(zhì)制圖和礦產(chǎn)勘探。各種域。主要用于區(qū)域地質(zhì)制圖和礦產(chǎn)勘探。各種礦物和巖石在電磁波譜上顯示的診斷光譜特性礦物和巖石在電磁波譜上顯示的診斷光譜特性(diagnostic spectral feature)可以幫助人們識(shí)別可以幫助人們識(shí)別不同礦物成分。這些診斷性光譜特征只有利用不同礦物成分。這些診斷性光譜特征只有利用高光譜遙感數(shù)據(jù)才有可能被探測(cè)到。高光譜遙感數(shù)據(jù)才有可能被探測(cè)到。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙

5、感的應(yīng)用高光譜遙感的應(yīng)用在植被研究中的應(yīng)用在植被研究中的應(yīng)用 高光譜遙感在植物生態(tài)學(xué)研究中主要涉及高光譜遙感在植物生態(tài)學(xué)研究中主要涉及以下幾個(gè)方面：植物群落、種類的識(shí)別、冠層以下幾個(gè)方面：植物群落、種類的識(shí)別、冠層結(jié)構(gòu)、狀態(tài)或活力的評(píng)價(jià)、冠層水文狀態(tài)的評(píng)結(jié)構(gòu)、狀態(tài)或活力的評(píng)價(jià)、冠層水文狀態(tài)的評(píng)價(jià)和冠層生物化學(xué)成分的估計(jì)。價(jià)和冠層生物化學(xué)成分的估計(jì)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的應(yīng)用高光譜遙感的應(yīng)用在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用u大氣遙感大氣遙感 目前用高光譜研究大氣，主要目標(biāo)是水目前用高光譜研究大氣，主要目標(biāo)是水蒸氣、云和氣

6、溶膠研究。蒸氣、云和氣溶膠研究。u水溫與冰雪水溫與冰雪 利用高光譜成像儀可以測(cè)定沿海、江河、利用高光譜成像儀可以測(cè)定沿海、江河、湖泊中的葉綠素、浮游生物、有機(jī)質(zhì)、懸浮湖泊中的葉綠素、浮游生物、有機(jī)質(zhì)、懸浮物和水生植物等以及他們的分布。物和水生植物等以及他們的分布。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的應(yīng)用高光譜遙感的應(yīng)用在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用u環(huán)境與災(zāi)害環(huán)境與災(zāi)害 高光譜圖像可以用來(lái)探測(cè)危險(xiǎn)環(huán)境因素。高光譜圖像可以用來(lái)探測(cè)危險(xiǎn)環(huán)境因素。例如：編制酸性礦物分布圖，特殊蝕變礦物例如：編制酸性礦物分布圖，特殊蝕變礦物分布圖，評(píng)價(jià)野

7、火危險(xiǎn)的等級(jí)。分布圖，評(píng)價(jià)野火危險(xiǎn)的等級(jí)。u土壤調(diào)查土壤調(diào)查 高光譜土壤遙感可以提供土壤表面狀況高光譜土壤遙感可以提供土壤表面狀況和性質(zhì)的空間信息，空間差異性。和性質(zhì)的空間信息，空間差異性。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的應(yīng)用高光譜遙感的應(yīng)用在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用u城市環(huán)境城市環(huán)境 高光譜和高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合，高光譜和高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的結(jié)合，有可能細(xì)分出城市地物和人工目標(biāo)。有可能細(xì)分出城市地物和人工目標(biāo)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的發(fā)展前景高

8、光譜遙感的發(fā)展前景 將來(lái)高光譜衛(wèi)星傳感器將以將來(lái)高光譜衛(wèi)星傳感器將以AVIRIS的工作的工作方式測(cè)量太陽(yáng)反射光譜。它們將提供多時(shí)相全方式測(cè)量太陽(yáng)反射光譜。它們將提供多時(shí)相全球各個(gè)區(qū)域的高光譜圖像球各個(gè)區(qū)域的高光譜圖像(Green等，等，1998)。 美國(guó)宇航局計(jì)劃將兩個(gè)成像光譜儀作為地美國(guó)宇航局計(jì)劃將兩個(gè)成像光譜儀作為地球觀測(cè)系統(tǒng)球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)的傳感器的傳感器中等分辨率成像中等分辨率成像光譜儀光譜儀(MODIS)和和高分辨率成像光譜儀高分辨率成像光譜儀(HIRIS) 。其中，中等分辨率成像光譜儀。其中，中等分辨率成像光譜儀(MODIS)上一章已經(jīng)進(jìn)行了介紹。上一章已經(jīng)進(jìn)行了介紹。遙遙 感

9、感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的發(fā)展前景高光譜遙感的發(fā)展前景 HIRIS將有將有30m的空間分辨率的空間分辨率，獲取，獲取0.42.5m波長(zhǎng)范圍的波長(zhǎng)范圍的10nm寬的寬的192個(gè)連續(xù)光譜段。個(gè)連續(xù)光譜段。它是它是AVIRIS的繼承者。的繼承者。HIRIS將獲取沿飛行方將獲取沿飛行方向前后向前后+60 -30 及橫向及橫向 24 的圖像。雖然它的圖像。雖然它的周期為的周期為16天，但由于它的指向能力，對(duì)于一天，但由于它的指向能力，對(duì)于一些特殊區(qū)域，其些特殊區(qū)域，其覆蓋頻率將會(huì)更高覆蓋頻率將會(huì)更高。HIRIS數(shù)數(shù)據(jù)將用于識(shí)別表面物質(zhì)、測(cè)量小目

10、標(biāo)物的二向據(jù)將用于識(shí)別表面物質(zhì)、測(cè)量小目標(biāo)物的二向性反射分布函數(shù)性反射分布函數(shù)(BBDF)及執(zhí)行小空間范圍的生及執(zhí)行小空間范圍的生態(tài)學(xué)過程的態(tài)學(xué)過程的詳細(xì)研究詳細(xì)研究。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的發(fā)展前景高光譜遙感的發(fā)展前景 與此同時(shí)，與此同時(shí)，NASA計(jì)劃發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃發(fā)射試驗(yàn)衛(wèi)星EO1，攜帶，攜帶Hyperion(高光譜成像儀高光譜成像儀)、ALI(先進(jìn)的先進(jìn)的陸地成像儀陸地成像儀)等高光譜傳感器和大氣糾正儀等高光譜傳感器和大氣糾正儀(Atmospheric Corrector)。這些計(jì)劃的。這些計(jì)劃的最終目的最終目的是評(píng)

11、價(jià)各種地球系統(tǒng)過程，包括水文過程、生是評(píng)價(jià)各種地球系統(tǒng)過程，包括水文過程、生物地球化學(xué)過程、大氣過程及固體地球過程。物地球化學(xué)過程、大氣過程及固體地球過程。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.1 9.1 高光譜遙感高光譜遙感 高光譜遙感的發(fā)展前景高光譜遙感的發(fā)展前景 現(xiàn)有的航空成像光譜儀技術(shù)系統(tǒng)的完善?，F(xiàn)有的航空成像光譜儀技術(shù)系統(tǒng)的完善。例如，在例如，在傳感器方面?zhèn)鞲衅鞣矫妫焊纳破浍@取數(shù)據(jù)的性能，：改善其獲取數(shù)據(jù)的性能，提高圖像數(shù)據(jù)的信噪比，增強(qiáng)機(jī)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處提高圖像數(shù)據(jù)的信噪比，增強(qiáng)機(jī)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力。理能力。 數(shù)據(jù)分析處理方面數(shù)據(jù)分析處理方面：強(qiáng)調(diào)大氣訂正、信息：強(qiáng)調(diào)大氣訂正

12、、信息提取技術(shù)，發(fā)展新算法和完善已有的算法，并提取技術(shù)，發(fā)展新算法和完善已有的算法，并向構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用處理算法軟件包方向努力，向構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用處理算法軟件包方向努力，特別是發(fā)展針對(duì)高光譜海量數(shù)據(jù)和豐富光譜信特別是發(fā)展針對(duì)高光譜海量數(shù)據(jù)和豐富光譜信息特點(diǎn)的算法和軟件，以提高高光譜數(shù)據(jù)處理息特點(diǎn)的算法和軟件，以提高高光譜數(shù)據(jù)處理效率及其分析、研究和應(yīng)用水平。效率及其分析、研究和應(yīng)用水平。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 理想光滑表面的反射是鏡面反射，理想粗理想光滑表面的反射是鏡面反射，理想粗糙表面的反射是漫反射（朗伯反射）。傳統(tǒng)的糙表面的反射是漫反射

13、（朗伯反射）。傳統(tǒng)的遙感技術(shù)主要采取垂直觀測(cè)方式，以獲得地表遙感技術(shù)主要采取垂直觀測(cè)方式，以獲得地表二維信息，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)則基于地面目標(biāo)漫反二維信息，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)則基于地面目標(biāo)漫反射的假定，作一些簡(jiǎn)單校正后，利用地面目標(biāo)射的假定，作一些簡(jiǎn)單校正后，利用地面目標(biāo)的光譜特性進(jìn)行解譯。然而，通過這種遙感手的光譜特性進(jìn)行解譯。然而，通過這種遙感手段所獲得的信息是以垂直反射光譜為基調(diào)的，段所獲得的信息是以垂直反射光譜為基調(diào)的，沒有涉及太陽(yáng)光入射角度及觀測(cè)角度的影響因沒有涉及太陽(yáng)光入射角度及觀測(cè)角度的影響因素。這些在遙感技術(shù)發(fā)展的初期是合理的，也素。這些在遙感技術(shù)發(fā)展的初期是合理的，也取得了很大的成功。取

14、得了很大的成功。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 隨著遙感技術(shù)的發(fā)展及其面臨的各種新的隨著遙感技術(shù)的發(fā)展及其面臨的各種新的要求，人們?cè)絹?lái)越迫切需要弄清各種地物與光要求，人們?cè)絹?lái)越迫切需要弄清各種地物與光輻射之間相互作用的機(jī)理。事實(shí)在遙感圖象輻射之間相互作用的機(jī)理。事實(shí)在遙感圖象上，自然地表的表觀亮度除取決于所測(cè)地物的上，自然地表的表觀亮度除取決于所測(cè)地物的幾何形態(tài)特征和光譜性質(zhì)外，在很大程度上還幾何形態(tài)特征和光譜性質(zhì)外，在很大程度上還與入射光方向和觀測(cè)方向有關(guān)。這兩個(gè)方向的與入射光方向和觀測(cè)方向有關(guān)。這兩個(gè)方向的差異，明顯地引起地表（冠層）反射

15、的差別，差異，明顯地引起地表（冠層）反射的差別，這種差別不僅隨著標(biāo)志這兩個(gè)方向的雙種角度這種差別不僅隨著標(biāo)志這兩個(gè)方向的雙種角度的變化而變化，而且隨著地表（冠層）結(jié)構(gòu)要的變化而變化，而且隨著地表（冠層）結(jié)構(gòu)要素變化而變化?；诖耍谶b感領(lǐng)域中，多角素變化而變化?；诖?，在遙感領(lǐng)域中，多角度遙感特別是植被雙向反射的研究就異軍突度遙感特別是植被雙向反射的研究就異軍突起，迅速發(fā)展起來(lái)。起，迅速發(fā)展起來(lái)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射概念雙向反射概念 雙向性反射雙向性反射是自然界中物體表面反射的基是自然界中物體表面反射的基本宏觀現(xiàn)象，即反射不

16、僅具有方向性，這種方本宏觀現(xiàn)象，即反射不僅具有方向性，這種方向性還依賴于入射的方向而異。向性還依賴于入射的方向而異。 雙向反射函數(shù)雙向反射函數(shù)（即只是入射方向與反射方（即只是入射方向與反射方向夾角的函數(shù)）就是用來(lái)描述第五的這種雙向向夾角的函數(shù)）就是用來(lái)描述第五的這種雙向反射性的。反射性的。 BRDF(i,i,r,r) =)()(irdEdL遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射概念雙向反射概念 BRDF中的參量圖示XYZdAOdrRrdiIiri遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射概念雙向

17、反射概念式中式中i（天頂角）和（天頂角）和i（方位角）確定入射方向；（方位角）確定入射方向；r和和r描述某一反射方向；描述某一反射方向；dr、di相應(yīng)表示相應(yīng)表示在反射和入射方向上的兩個(gè)非常小的（微分）立在反射和入射方向上的兩個(gè)非常小的（微分）立體角；體角；dE(i)表示在一個(gè)微分面積元表示在一個(gè)微分面積元dA（為敘（為敘述方便計(jì)，假定水平放置）之上，由于述方便計(jì)，假定水平放置）之上，由于di這個(gè)這個(gè)微分立體角內(nèi)輻照度微分立體角內(nèi)輻照度L(i)的增量所引致的的增量所引致的dA上上輻亮度的增量；輻亮度的增量；dL(r)則是由于增量則是由于增量dE(i)引引起的起的r方向上輻照度的增量。方向上輻照

18、度的增量。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型模型種類模型種類：在地物雙向反射光譜的研究中，最：在地物雙向反射光譜的研究中，最基礎(chǔ)的工作是建立計(jì)算地物基礎(chǔ)的工作是建立計(jì)算地物BRDF的數(shù)學(xué)模型，的數(shù)學(xué)模型，到現(xiàn)在為止，已建立了近百種不同的數(shù)學(xué)模型。到現(xiàn)在為止，已建立了近百種不同的數(shù)學(xué)模型。一般說(shuō)來(lái)，模型可分為一般說(shuō)來(lái)，模型可分為經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)(統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì))模型模型和和物理模物理模型型兩種。兩種。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型 經(jīng)驗(yàn)（統(tǒng)計(jì)）模型經(jīng)驗(yàn)（統(tǒng)計(jì)）模型

19、 一般是描述性的，對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)作經(jīng)驗(yàn)一般是描述性的，對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)作經(jīng)驗(yàn)性的統(tǒng)計(jì)描述，或者進(jìn)行相關(guān)分析，形成作為班性的統(tǒng)計(jì)描述，或者進(jìn)行相關(guān)分析，形成作為班球上觀測(cè)方向和入射方向天頂角、方位角經(jīng)驗(yàn)函球上觀測(cè)方向和入射方向天頂角、方位角經(jīng)驗(yàn)函數(shù)的數(shù)的BRDF模型。模型。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、直觀。：簡(jiǎn)單、直觀。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：應(yīng)用有局限。：應(yīng)用有局限。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型 物理模型物理模型 基于物理基礎(chǔ)建立的模型，通常試圖找出產(chǎn)基于物理基礎(chǔ)建立的模型，通常試圖找出產(chǎn)生地面非郎伯體特性及觀測(cè)數(shù)據(jù)的原因。生地面非郎伯體特性

20、及觀測(cè)數(shù)據(jù)的原因。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠。：簡(jiǎn)單、可靠。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 雙向反射模型雙向反射模型 幾何光學(xué)模型輻射傳輸模型概況代表模型原始理論基礎(chǔ)模型專業(yè)來(lái)源LiStrahler模型遙感像元分解理論遙感像元分解理論RossNilsonKuusk模型SAIL模型植被輻射傳輸理論植被生理、植被生態(tài)初期模型采用介質(zhì)單元單次散射解釋多次散射解釋熱點(diǎn)現(xiàn)象解釋植株個(gè)體（如樹冠）有無(wú)有葉片有有無(wú)現(xiàn)有模型單次散射介質(zhì)多次散射介質(zhì)熱點(diǎn)產(chǎn)生根源模型適用范圍植株葉片植株形狀、尺度與分布由稀疏分布的致密個(gè)體組成的群體（如森林）葉片葉片葉片形狀、尺度與分布任意狀況、更適于均勻、不間斷植被（

21、如農(nóng)作物）遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型幾何光學(xué)模型幾何光學(xué)模型 以幾何光學(xué)原理為基礎(chǔ)的經(jīng)典模型。假定以幾何光學(xué)原理為基礎(chǔ)的經(jīng)典模型。假定植被是由具有已知幾何形狀和光學(xué)性質(zhì)、并按一植被是由具有已知幾何形狀和光學(xué)性質(zhì)、并按一定方式排列的幾何體所組成，通過分析這些幾何定方式排列的幾何體所組成，通過分析這些幾何體對(duì)光線的截獲和遮陰及地表面的反射來(lái)確定植體對(duì)光線的截獲和遮陰及地表面的反射來(lái)確定植被的反射系數(shù)。被的反射系數(shù)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型

22、混濁介質(zhì)模型混濁介質(zhì)模型 這類模型起源于隨機(jī)介質(zhì)（即混濁介質(zhì)）中這類模型起源于隨機(jī)介質(zhì)（即混濁介質(zhì)）中的輻射傳輸方程。假設(shè)植被的各組分（葉、莖、的輻射傳輸方程。假設(shè)植被的各組分（葉、莖、花或穗等）為已知光學(xué)性質(zhì)和取向小的吸收和散花或穗等）為已知光學(xué)性質(zhì)和取向小的吸收和散射體，群體是由它們?cè)谒椒较虬措S機(jī)分布方式射體，群體是由它們?cè)谒椒较虬措S機(jī)分布方式組成的平面平行層（組成的平面平行層（Plane-Parallel Layer）的集合，）的集合，把葉面積指數(shù)（把葉面積指數(shù)（LAI）、葉角分布函數(shù)（）、葉角分布函數(shù)（LAD）等作為群體的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)考慮群體結(jié)構(gòu)對(duì)其等作為群體的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)考慮

23、群體結(jié)構(gòu)對(duì)其垂直輻射場(chǎng)的影響。垂直輻射場(chǎng)的影響。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型混濁介質(zhì)模型混濁介質(zhì)模型 輻射傳輸模型以研究輻射在冠層中薄層或單輻射傳輸模型以研究輻射在冠層中薄層或單元中的傳輸過程為基礎(chǔ)，對(duì)輻射傳輸方程求解，元中的傳輸過程為基礎(chǔ)，對(duì)輻射傳輸方程求解，推算輻射與冠層相互作用，由此解釋輻射在冠層推算輻射與冠層相互作用，由此解釋輻射在冠層中的傳輸機(jī)理，進(jìn)而得到冠層及其下墊面對(duì)入射中的傳輸機(jī)理，進(jìn)而得到冠層及其下墊面對(duì)入射輻射的吸收、透過和反射的方向和光譜特性。混輻射的吸收、透過和反射的方向和光譜特性?；鞚峤橘|(zhì)模

24、型是目前水平均勻群體中應(yīng)用最廣泛的濁介質(zhì)模型是目前水平均勻群體中應(yīng)用最廣泛的模型。模型。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型混合模型混合模型 混合模型充分利用幾何光學(xué)模型和輻射傳輸混合模型充分利用幾何光學(xué)模型和輻射傳輸模型上的優(yōu)勢(shì)，是幾何光學(xué)模型和混濁介質(zhì)模型模型上的優(yōu)勢(shì)，是幾何光學(xué)模型和混濁介質(zhì)模型的綜合。對(duì)群體的每一組分的處理類似于混濁介的綜合。對(duì)群體的每一組分的處理類似于混濁介質(zhì)模型，被認(rèn)為是光學(xué)性質(zhì)已知的、小的吸收和質(zhì)模型，被認(rèn)為是光學(xué)性質(zhì)已知的、小的吸收和散射體；而整個(gè)群體仍同幾何模型一樣，被處理散射體；而整個(gè)群體

25、仍同幾何模型一樣，被處理成具有幾何形狀和空間分布特征植株的集合，聯(lián)成具有幾何形狀和空間分布特征植株的集合，聯(lián)系兩者的關(guān)鍵是間隙率模型。此類模型是通用模系兩者的關(guān)鍵是間隙率模型。此類模型是通用模型，也是最復(fù)雜的型，也是最復(fù)雜的BRDF模型。模型。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型雙向反射模型計(jì)算機(jī)模擬模型計(jì)算機(jī)模擬模型 計(jì)算機(jī)模擬模型能更靈活、更詳細(xì)、更真實(shí)計(jì)算機(jī)模擬模型能更靈活、更詳細(xì)、更真實(shí)地處理非均勻群體問題。它能同時(shí)真實(shí)地考慮植地處理非均勻群體問題。它能同時(shí)真實(shí)地考慮植被各組分的大小、形狀和任意的空間分布方式對(duì)被各組分的大小、

26、形狀和任意的空間分布方式對(duì)群體群體BRDF的影響，模擬出群體內(nèi)、外輻射場(chǎng)的的影響，模擬出群體內(nèi)、外輻射場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)特征，確定出可獲得最大光合效能的最佳群統(tǒng)計(jì)特征，確定出可獲得最大光合效能的最佳群體結(jié)構(gòu)特征；研究群體中輻射與植株間的相互作體結(jié)構(gòu)特征；研究群體中輻射與植株間的相互作用過程以及這些過程與群體結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。用過程以及這些過程與群體結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。計(jì)算機(jī)模擬模型主要有兩種方式：結(jié)構(gòu)真實(shí)模型計(jì)算機(jī)模擬模型主要有兩種方式：結(jié)構(gòu)真實(shí)模型和蒙特卡洛方法。和蒙特卡洛方法。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.2 9.2 多角度遙感多角度遙感 雙向反射模型反演法雙向反射模型反演法 自

27、自20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來(lái)，許多研究結(jié)果表明，年代以來(lái)，許多研究結(jié)果表明，同垂直測(cè)量相比，非垂直的多角度測(cè)量對(duì)于估算同垂直測(cè)量相比，非垂直的多角度測(cè)量對(duì)于估算地物（特別是植被）的結(jié)構(gòu)特征具有很大的優(yōu)越地物（特別是植被）的結(jié)構(gòu)特征具有很大的優(yōu)越性。對(duì)建立的物理模型，從逆過程分析，可以獲性。對(duì)建立的物理模型，從逆過程分析，可以獲得更豐富的冠層結(jié)構(gòu)信息，因而，地物雙向反射得更豐富的冠層結(jié)構(gòu)信息，因而，地物雙向反射物理模型反演技術(shù)的研究也是當(dāng)前地物雙向反射物理模型反演技術(shù)的研究也是當(dāng)前地物雙向反射特性研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。特性研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。 目前用得較多的是目前用得較多的是最優(yōu)化法最優(yōu)化法、表

28、搜索法表搜索法、神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演法經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演法等反演技術(shù)。等反演技術(shù)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波是電磁輻射中波長(zhǎng)范圍微波是電磁輻射中波長(zhǎng)范圍1mm1m的電的電磁波段，頻率磁波段，頻率300GHz300MHz。 微波遙感是以微波為信息傳播媒介的遙感，微波遙感是以微波為信息傳播媒介的遙感，它通過微波傳感器獲取目標(biāo)物發(fā)射或反射的微波它通過微波傳感器獲取目標(biāo)物發(fā)射或反射的微波輻射，經(jīng)過圖像分析解譯來(lái)識(shí)別地物。微波遙感輻射，經(jīng)過圖像分析解譯來(lái)識(shí)別地物。微波遙感分為分為無(wú)源（被動(dòng)）微波遙感無(wú)源（被動(dòng)）微波遙感和有源和有源（主動(dòng)）微波（主動(dòng)）微波遙感遙感

29、兩大類。兩大類。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 無(wú)源微波遙感：無(wú)源微波遙感：所用的傳感器本身不發(fā)射電磁所用的傳感器本身不發(fā)射電磁波，只靠接收目標(biāo)和背景所發(fā)射的微波能量來(lái)探波，只靠接收目標(biāo)和背景所發(fā)射的微波能量來(lái)探測(cè)目標(biāo)特性。它所收到的電磁波信號(hào)強(qiáng)度與目標(biāo)測(cè)目標(biāo)特性。它所收到的電磁波信號(hào)強(qiáng)度與目標(biāo)的發(fā)射率有關(guān)，也與目標(biāo)、背景的溫度、性質(zhì)，的發(fā)射率有關(guān)，也與目標(biāo)、背景的溫度、性質(zhì)，特別是目標(biāo)物的表面溫度密切相關(guān)。因此，其輻特別是目標(biāo)物的表面溫度密切相關(guān)。因此，其輻射測(cè)量等效

30、于估計(jì)溫度。射測(cè)量等效于估計(jì)溫度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 有源微波遙感：有源微波遙感：所用的傳感器本身發(fā)射微波去所用的傳感器本身發(fā)射微波去照射目標(biāo)，然后接收目標(biāo)反射或散射回來(lái)的微波照射目標(biāo)，然后接收目標(biāo)反射或散射回來(lái)的微波信號(hào)，通過檢測(cè)、分析回來(lái)的信號(hào)，確定目標(biāo)的信號(hào)，通過檢測(cè)、分析回來(lái)的信號(hào)，確定目標(biāo)的各種特性及目標(biāo)對(duì)傳感器的距離和方位。有源微各種特性及目標(biāo)對(duì)傳感器的距離和方位。有源微波傳感器記錄的有關(guān)目標(biāo)和背景的圖像或數(shù)據(jù)，波傳感器記錄的有關(guān)目標(biāo)和背景的圖像或數(shù)據(jù)，與目標(biāo)、背景的發(fā)射率無(wú)關(guān)，也與日照變化無(wú)關(guān)，與目標(biāo)、背景的發(fā)射率無(wú)關(guān)，也

31、與日照變化無(wú)關(guān)，圖像較穩(wěn)定、清晰，易識(shí)別。如果合理的選擇頻圖像較穩(wěn)定、清晰，易識(shí)別。如果合理的選擇頻率、極化方式和波束照射角，可獲得較好的遙感率、極化方式和波束照射角，可獲得較好的遙感效果。效果。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波的衰減微波的衰減 使用衛(wèi)星和飛機(jī)上的微波傳感器進(jìn)行觀測(cè)成使用衛(wèi)星和飛機(jī)上的微波傳感器進(jìn)行觀測(cè)成像時(shí)，由于微波要通過位于傳感器和目標(biāo)之間的像時(shí)，由于微波要通過位于傳感器和目標(biāo)之間的大氣，所以會(huì)受到大氣分子的吸收和散射，結(jié)果大氣，所以會(huì)受到大氣分子的吸收和散射，結(jié)果引起衰減。衰減強(qiáng)度與傳輸距離成指數(shù)關(guān)

32、系。對(duì)引起衰減。衰減強(qiáng)度與傳輸距離成指數(shù)關(guān)系。對(duì)應(yīng)于單位距離的衰減量叫衰減系數(shù)應(yīng)于單位距離的衰減量叫衰減系數(shù)(attenuation coefficient)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波的輻射微波的輻射 根據(jù)輻射原理，地球表面除輻射可見光、紅根據(jù)輻射原理，地球表面除輻射可見光、紅外線以外，也輻射微弱的微波。黑體的輻射用普外線以外，也輻射微弱的微波。黑體的輻射用普朗克定律表示，普通的物體不一定是黑體，從熱朗克定律表示，普通的物體不一定是黑體，從熱輻射中測(cè)量物理溫度時(shí)必須用發(fā)射率輻射中測(cè)量物理溫度時(shí)必須用發(fā)射率進(jìn)行修正

33、。進(jìn)行修正。因此，目標(biāo)的物理溫度因此，目標(biāo)的物理溫度T和被測(cè)的亮度溫度和被測(cè)的亮度溫度TB的的關(guān)系是關(guān)系是 TB=1/4T。 物體的發(fā)射率為物體的發(fā)射率為01，隨物體的介電常數(shù)，隨物體的介電常數(shù)及表面的粗糙度等物理性質(zhì)和頻率、偏振特性、及表面的粗糙度等物理性質(zhì)和頻率、偏振特性、入射角、方位角而變化。入射角、方位角而變化。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波的輻射微波的輻射 微波輻射計(jì)可以測(cè)量的是亮度溫度，而與測(cè)微波輻射計(jì)可以測(cè)量的是亮度溫度，而與測(cè)量目標(biāo)物的性質(zhì)及狀態(tài)直接聯(lián)系的是發(fā)射率和物量目標(biāo)物的性質(zhì)及狀態(tài)直接聯(lián)系的是發(fā)射

34、率和物理溫度。為此必須把發(fā)射率和物理溫度分開，或理溫度。為此必須把發(fā)射率和物理溫度分開，或者研究出把亮度溫度中包含的大氣輻射成分分開者研究出把亮度溫度中包含的大氣輻射成分分開的算法。的算法。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波的表面散射微波的表面散射 在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上，當(dāng)電磁波從一個(gè)介在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上，當(dāng)電磁波從一個(gè)介質(zhì)中射入時(shí)，會(huì)在分界面上產(chǎn)生散射，這種散射質(zhì)中射入時(shí)，會(huì)在分界面上產(chǎn)生散射，這種散射叫表面散射。表面散射的強(qiáng)度隨介質(zhì)表面的復(fù)介叫表面散射。表面散射的強(qiáng)度隨介質(zhì)表面的復(fù)介電常數(shù)的增加而增大，其散射角特性由

35、表面的粗電常數(shù)的增加而增大，其散射角特性由表面的粗糙度決定。糙度決定。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波遙感的特點(diǎn)微波遙感的特點(diǎn) 1)全天時(shí)工作，不受時(shí)間限制，即使在夜間全天時(shí)工作，不受時(shí)間限制，即使在夜間也能工作。這是由于微波傳感器利用大地輻射中也能工作。這是由于微波傳感器利用大地輻射中微波成分或雷達(dá)發(fā)射的微波來(lái)進(jìn)行遙感，與太陽(yáng)微波成分或雷達(dá)發(fā)射的微波來(lái)進(jìn)行遙感，與太陽(yáng)輻射無(wú)關(guān)。輻射無(wú)關(guān)。 2)全天候工作，不受云、霧和小雨的影響。全天候工作，不受云、霧和小雨的影響。這是由于微波能穿透云、霧和小雨。這是由于微波能穿透云、霧

36、和小雨。 3)對(duì)某些地物有一定的穿透能力，可在一定對(duì)某些地物有一定的穿透能力，可在一定程度上獲取隱伏的信息。程度上獲取隱伏的信息。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波遙感的特點(diǎn)微波遙感的特點(diǎn) 4)微波傳感器的天線方向可調(diào)整，這樣可增微波傳感器的天線方向可調(diào)整，這樣可增多所獲地表特性。例如，適當(dāng)調(diào)節(jié)天線的主向，多所獲地表特性。例如，適當(dāng)調(diào)節(jié)天線的主向，可在圖像上產(chǎn)生適量的陰影，以突出地貌的形態(tài)可在圖像上產(chǎn)生適量的陰影，以突出地貌的形態(tài)特征和敏感地形的細(xì)節(jié)。特征和敏感地形的細(xì)節(jié)。 5)微波傳感器接收到的微波信號(hào)與物質(zhì)組成、微波傳

37、感器接收到的微波信號(hào)與物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)有關(guān)，能反映出被探測(cè)物體在微波波段表現(xiàn)結(jié)構(gòu)有關(guān)，能反映出被探測(cè)物體在微波波段表現(xiàn)的特征，這是同在可見光、紅外、紫外波段所表的特征，這是同在可見光、紅外、紫外波段所表現(xiàn)的特征完全不同的?，F(xiàn)的特征完全不同的。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波遙感的特點(diǎn)微波遙感的特點(diǎn) 6)微波傳感器可采用多種頻率、多種極化方微波傳感器可采用多種頻率、多種極化方式、多個(gè)視角進(jìn)行工作，來(lái)獲取目標(biāo)的空間關(guān)系、式、多個(gè)視角進(jìn)行工作，來(lái)獲取目標(biāo)的空間關(guān)系、形狀尺寸、表面粗糙度、對(duì)稱性和復(fù)介電特性等形狀尺寸、表面粗糙度、

38、對(duì)稱性和復(fù)介電特性等方面的信息。方面的信息。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波遙感特性微波遙感特性微波遙感的特點(diǎn)微波遙感的特點(diǎn) 微波遙感的弱點(diǎn)微波遙感的弱點(diǎn)：1）不能記錄與顏色有關(guān)）不能記錄與顏色有關(guān)的信息，人們解譯識(shí)別較為困難的信息，人們解譯識(shí)別較為困難; 2)設(shè)備大而復(fù)設(shè)備大而復(fù)雜，價(jià)格昂貴，相應(yīng)的微波遙感資料的商品化程雜，價(jià)格昂貴，相應(yīng)的微波遙感資料的商品化程度低，獲取較為困難度低，獲取較為困難; 3)圖像有特有的畸變，校圖像有特有的畸變，校正過程復(fù)雜，技術(shù)難度高。正過程復(fù)雜，技術(shù)難度高。 按照不同微波傳感器所使用的電磁波譜段，按照不同微波

39、傳感器所使用的電磁波譜段，可將整個(gè)微波分為可將整個(gè)微波分為8個(gè)頻段。不同國(guó)家、不同部個(gè)頻段。不同國(guó)家、不同部門的劃分方式并不完全相同。門的劃分方式并不完全相同。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 微波傳感器統(tǒng)稱為雷達(dá)（微波傳感器統(tǒng)稱為雷達(dá)（Radar），是），是“無(wú)無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距線電探測(cè)和測(cè)距”（Radio Detection and Ranging）的縮寫詞。雷達(dá)最早出現(xiàn)于）的縮寫詞。雷達(dá)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)世紀(jì)30年代，目前已成為獲取遙感信息的重要方式之一，年

40、代，目前已成為獲取遙感信息的重要方式之一，被廣泛地應(yīng)用于軍事與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。被廣泛地應(yīng)用于軍事與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 雷達(dá)的結(jié)構(gòu)雷達(dá)的結(jié)構(gòu)：雷達(dá)的種類很多，但其基本：雷達(dá)的種類很多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同。以主動(dòng)式傳感器為例，結(jié)構(gòu)和工作原理大體相同。以主動(dòng)式傳感器為例，主要由收發(fā)定時(shí)轉(zhuǎn)換開關(guān)、天線、發(fā)射機(jī)、脈沖主要由收發(fā)定時(shí)轉(zhuǎn)換開關(guān)、天線、發(fā)射機(jī)、脈沖發(fā)生器、接收機(jī)、顯示器所組成。發(fā)生器、接收機(jī)、顯示器所組成。遙遙

41、感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 雷達(dá)的工作原理雷達(dá)的工作原理：首先由脈沖發(fā)生器發(fā)出特定頻：首先由脈沖發(fā)生器發(fā)出特定頻率和振幅的矩形脈沖，通過調(diào)制發(fā)射機(jī)發(fā)出微波振蕩；率和振幅的矩形脈沖，通過調(diào)制發(fā)射機(jī)發(fā)出微波振蕩；收發(fā)定時(shí)器轉(zhuǎn)換開關(guān)以一定的時(shí)間間隔從天線向目標(biāo)發(fā)收發(fā)定時(shí)器轉(zhuǎn)換開關(guān)以一定的時(shí)間間隔從天線向目標(biāo)發(fā)出離散的微波波束，微波波束射到目標(biāo)后，產(chǎn)生散射，出離散的微波波束，微波波束射到目標(biāo)后，產(chǎn)生散射，由目標(biāo)返回的散射回波在兩次發(fā)射的間隔期內(nèi)被天線接由目標(biāo)返回的散射回

42、波在兩次發(fā)射的間隔期內(nèi)被天線接收；經(jīng)接收機(jī)調(diào)解后送至顯示器，在顯示器熒光屏上便收；經(jīng)接收機(jī)調(diào)解后送至顯示器，在顯示器熒光屏上便呈現(xiàn)出目標(biāo)的回波影像，也可經(jīng)過轉(zhuǎn)換，形成膠片影像呈現(xiàn)出目標(biāo)的回波影像，也可經(jīng)過轉(zhuǎn)換，形成膠片影像或數(shù)字圖像。或數(shù)字圖像。 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類 微波傳感器結(jié)構(gòu)及工作原微波傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理理 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 雷達(dá)的工作原理雷達(dá)的工作原理：由于目標(biāo)至天線的距離

43、：由于目標(biāo)至天線的距離不同，接收到回波信號(hào)的時(shí)間不一樣，根據(jù)接收不同，接收到回波信號(hào)的時(shí)間不一樣，根據(jù)接收時(shí)間的先后可確定不同目標(biāo)物的空間位置；回波時(shí)間的先后可確定不同目標(biāo)物的空間位置；回波信號(hào)的強(qiáng)弱則取決于目標(biāo)對(duì)微波的反（散）射強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)弱則取決于目標(biāo)對(duì)微波的反（散）射強(qiáng)度，用于確定目標(biāo)物的性質(zhì)。度，用于確定目標(biāo)物的性質(zhì)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 微波波束：微波波束：微波波束是一種脈沖信號(hào)，每微波波束是一種脈沖信號(hào)，每一脈沖的持續(xù)時(shí)間叫一脈沖的持續(xù)時(shí)間

44、叫脈沖寬度脈沖寬度，常用，常用表示。微表示。微波波束的形狀像一朵不對(duì)稱的花，其中伸得最長(zhǎng)波波束的形狀像一朵不對(duì)稱的花，其中伸得最長(zhǎng)的花瓣叫的花瓣叫主瓣主瓣，角稱角稱波束角波束角，在主瓣方向上微，在主瓣方向上微波強(qiáng)度波強(qiáng)度(功率功率)最大；伸得短的花瓣叫最大；伸得短的花瓣叫副瓣或旁瓣副瓣或旁瓣，副瓣也要輻射一部分能量。副瓣也要輻射一部分能量。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理微波傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 微波波束：微波波束：波束角波束角是決定雷達(dá)性能很重是決定雷達(dá)性能很重要的指標(biāo)之一，要的指標(biāo)

45、之一，角度數(shù)值越小，雷達(dá)的方向性角度數(shù)值越小，雷達(dá)的方向性越精確，主瓣的功率也越大，識(shí)別目標(biāo)物的能力越精確，主瓣的功率也越大，識(shí)別目標(biāo)物的能力越強(qiáng)。波束角的大小近似地與發(fā)射微波的波長(zhǎng)越強(qiáng)。波束角的大小近似地與發(fā)射微波的波長(zhǎng)成正比，與天線的有效孔徑成反比，即有：成正比，與天線的有效孔徑成反比，即有： 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 微波傳感器及其分類微波傳感器及其分類微波傳感器的類型微波傳感器的類型 微波傳感器的種類如表所示，其中微波散射微波傳感器的種類如表所示，其中微波散射計(jì)和雷達(dá)高度計(jì)只能測(cè)量目標(biāo)物散射回來(lái)的微波計(jì)和雷達(dá)高度計(jì)只能測(cè)量目標(biāo)物散射回

46、來(lái)的微波信號(hào)強(qiáng)度，測(cè)定目標(biāo)物與傳感器之間的距離，進(jìn)信號(hào)強(qiáng)度，測(cè)定目標(biāo)物與傳感器之間的距離，進(jìn)而準(zhǔn)確測(cè)量地表面高度的變化，記錄的是點(diǎn)狀或而準(zhǔn)確測(cè)量地表面高度的變化，記錄的是點(diǎn)狀或線狀目標(biāo)物的數(shù)據(jù)，但是不能形成影像；側(cè)視雷線狀目標(biāo)物的數(shù)據(jù)，但是不能形成影像；側(cè)視雷達(dá)和微波輻射計(jì)是成像類型傳感器，能夠接收和達(dá)和微波輻射計(jì)是成像類型傳感器，能夠接收和記錄目標(biāo)物反射或發(fā)射的微波輻射信號(hào)，形成可記錄目標(biāo)物反射或發(fā)射的微波輻射信號(hào)，形成可視的區(qū)域遙感影像或者是數(shù)字圖像。視的區(qū)域遙感影像或者是數(shù)字圖像。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 微波傳感器的類型微波傳感器的類型 傳感器種類觀測(cè)對(duì)象被動(dòng)傳感器

47、passivesensor微波輻射計(jì)microwaveradiometer固定視場(chǎng)，掃描式海面狀態(tài)，海面溫度，海風(fēng)，海水鹽分濃度，海冰水蒸氣量，云層含水量降水強(qiáng)度大氣溫度，風(fēng)臭氧，氣溶膠，Nox，其它大氣微量成分主動(dòng)傳感器activesensor微波散射計(jì)microwavescatterometer土壤水分，地表面的粗糙度湖冰，海冰分布，積雪分布植被密度，海浪，海風(fēng)，風(fēng)向，風(fēng)速雷達(dá)高度計(jì)microwavealtimeter海面形狀，大地水準(zhǔn)面海流，中規(guī)模旋渦，潮汐，風(fēng)速側(cè)視雷達(dá)imagingradar合成孔徑，真實(shí)孔徑地表的影像海浪、海風(fēng)地形，地質(zhì)海冰，雪冰的監(jiān)測(cè)遙遙 感感 原原 理理 與與

48、方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)定義側(cè)視雷達(dá)定義 側(cè)視雷達(dá)側(cè)視雷達(dá)SLAR（side looking airborne radar）是指向平臺(tái)行進(jìn)的垂直方向的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)射是指向平臺(tái)行進(jìn)的垂直方向的一側(cè)或兩側(cè)發(fā)射微波，然后接收目標(biāo)返回的后向散射波，并以微波，然后接收目標(biāo)返回的后向散射波，并以圖像的形式進(jìn)行記錄的雷達(dá)系統(tǒng)。這種地物對(duì)圖像的形式進(jìn)行記錄的雷達(dá)系統(tǒng)。這種地物對(duì)雷達(dá)波的響應(yīng)就作為我們辨別各種地物的根據(jù)。雷達(dá)波的響應(yīng)就作為我們辨別各種地物的根據(jù)。側(cè)視雷達(dá)按其天線工作方式的不同，可以分為側(cè)視雷達(dá)按其天線工作方式的不同，可以分為真實(shí)孔徑

49、雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)（RAR:real aperture radar）和）和合合成孔徑雷達(dá)成孔徑雷達(dá)(SAR：synthetic aperture radar)兩類。兩類。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá) 成像過程成像過程：真實(shí)孔徑雷達(dá)是對(duì)平臺(tái)的行：真實(shí)孔徑雷達(dá)是對(duì)平臺(tái)的行進(jìn)方向發(fā)射寬度很窄的微波脈沖，然后接收從進(jìn)方向發(fā)射寬度很窄的微波脈沖，然后接收從目標(biāo)物返回的后向散射波，從接收的信號(hào)中可目標(biāo)物返回的后向散射波，從接收的信號(hào)中可以獲得地表的圖像。如圖所示，按照反射脈沖以獲得地表的圖像。如圖所示，

50、按照反射脈沖返回的時(shí)間排列可以進(jìn)行距離方向掃描；通過返回的時(shí)間排列可以進(jìn)行距離方向掃描；通過平臺(tái)的前進(jìn)，掃描面在地表上移動(dòng)，可以進(jìn)行平臺(tái)的前進(jìn)，掃描面在地表上移動(dòng)，可以進(jìn)行航線方向的掃描。航線方向的掃描。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像 真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)成像過程成像過程遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá) 距離分辨率距離分辨率：也稱射程分辨率，是指分：也稱射程分辨率，是指分辨相同方向上距離不同的兩個(gè)目標(biāo)物的能力，辨相同方向上距離不同的兩個(gè)目標(biāo)物

51、的能力，它取決于發(fā)射的微波的脈沖寬度。要分辨同一它取決于發(fā)射的微波的脈沖寬度。要分辨同一方向上距離不同的兩個(gè)目標(biāo)，在理論上回波的方向上距離不同的兩個(gè)目標(biāo)，在理論上回波的時(shí)間間隔要等于脈沖寬度時(shí)間間隔要等于脈沖寬度。根據(jù)電磁波傳播的。根據(jù)電磁波傳播的速度，兩個(gè)目標(biāo)之間的距離應(yīng)該不小于速度，兩個(gè)目標(biāo)之間的距離應(yīng)該不小于C,其中其中C為微波的傳播速度。為微波的傳播速度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像 真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)距離分辨率距離分辨率 遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖

52、像真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)距離分辨率距離分辨率 由此得出雷達(dá)的距離分辨率為：由此得出雷達(dá)的距離分辨率為：Ro是指沿天線到待測(cè)目標(biāo)的斜射程（是指沿天線到待測(cè)目標(biāo)的斜射程（Slant Range），轉(zhuǎn)化為地面距離就是：），轉(zhuǎn)化為地面距離就是：為俯角為俯角(或仰角或仰角)是連接目標(biāo)和天線的直線與水是連接目標(biāo)和天線的直線與水平面間的夾角。平面間的夾角。cos2cRr20cR遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)距離分辨率距離分辨率 由此可知，脈沖寬度越短，距離分辨率越由此可知，脈沖寬度越短，距離分辨率越高，

53、要提高距離分辨率，必須縮短脈沖寬度。高，要提高距離分辨率，必須縮短脈沖寬度。但是，脈沖寬度過小則發(fā)射功率下降，反射脈但是，脈沖寬度過小則發(fā)射功率下降，反射脈沖的信噪比（沖的信噪比（S/N）降低?，F(xiàn)在，利用脈沖壓）降低?，F(xiàn)在，利用脈沖壓縮技術(shù)解決這一問題。縮技術(shù)解決這一問題。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá) 方向分辨率方向分辨率：也稱方位分辨率，是指分：也稱方位分辨率，是指分辨航向上距離相同而方向不同的兩個(gè)目標(biāo)物的辨航向上距離相同而方向不同的兩個(gè)目標(biāo)物的能力。在航向上，兩個(gè)目標(biāo)要能區(qū)分開來(lái)，就能

54、力。在航向上，兩個(gè)目標(biāo)要能區(qū)分開來(lái)，就不能位于同一波束內(nèi)，這就是說(shuō)，方向分辨率不能位于同一波束內(nèi)，這就是說(shuō)，方向分辨率取決于微波的波束角取決于微波的波束角。如圖所示，方向分辨率。如圖所示，方向分辨率可用下列公式表示：可用下列公式表示： RGRGR/d/dctg：微波的波長(zhǎng)，：微波的波長(zhǎng)，d：天線孔徑，：天線孔徑，GR：雷達(dá)到目：雷達(dá)到目標(biāo)間的地面射程，標(biāo)間的地面射程，H：航高，：航高，：俯角。：俯角。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像 真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)方向分辨率方向分辨率遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波

55、遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像真實(shí)孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá) 方向分辨率方向分辨率：由公式看出，天線的孔徑：由公式看出，天線的孔徑越大，發(fā)出的微波波長(zhǎng)越短，則波瓣越窄，方越大，發(fā)出的微波波長(zhǎng)越短，則波瓣越窄，方位分辨率越高；反之，則分辨率愈低。同時(shí)，位分辨率越高；反之，則分辨率愈低。同時(shí)，方位分辨率沿射程方向也有變化，近距離處高方位分辨率沿射程方向也有變化，近距離處高于遠(yuǎn)距離處。于遠(yuǎn)距離處。 方位分辨率提高：方位分辨率提高：1)縮短波長(zhǎng)，盡量使用波縮短波長(zhǎng)，盡量使用波長(zhǎng)較短的微波；長(zhǎng)較短的微波；2)加大天線長(zhǎng)度，但是天線長(zhǎng)度加大天線長(zhǎng)度，但是天線長(zhǎng)度的增加在平臺(tái)上受到嚴(yán)重限制。因此，出現(xiàn)了的

56、增加在平臺(tái)上受到嚴(yán)重限制。因此，出現(xiàn)了合成孔徑技術(shù)。合成孔徑技術(shù)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá) 概念概念：合成孔徑雷達(dá)：合成孔徑雷達(dá)(SAR)是是20世紀(jì)世紀(jì)60年年代研制作成功的一種能獲取高空間分辨率地面代研制作成功的一種能獲取高空間分辨率地面圖像的主動(dòng)型微波系統(tǒng)。特點(diǎn)是，在距離向上圖像的主動(dòng)型微波系統(tǒng)。特點(diǎn)是，在距離向上與真實(shí)孔徑雷達(dá)相同，采用脈沖壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)高與真實(shí)孔徑雷達(dá)相同，采用脈沖壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率；在方位向上通過合成孔徑原理來(lái)改善分辨率；在方位向上通過合成孔徑原理來(lái)改善分辨率。

57、通過對(duì)在位置不斷變化的同時(shí)所接收分辨率。通過對(duì)在位置不斷變化的同時(shí)所接收的包含相位的信號(hào)進(jìn)行記錄、處理，就可以得的包含相位的信號(hào)進(jìn)行記錄、處理，就可以得到比采用實(shí)際天線更長(zhǎng)的假設(shè)的天線長(zhǎng)度（合到比采用實(shí)際天線更長(zhǎng)的假設(shè)的天線長(zhǎng)度（合成孔徑長(zhǎng)度）進(jìn)行觀測(cè)的同樣效果。成孔徑長(zhǎng)度）進(jìn)行觀測(cè)的同樣效果。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá) 成像原理及過程成像原理及過程：下圖為合成孔徑雷達(dá)：下圖為合成孔徑雷達(dá)扇形掃描示意圖，飛機(jī)以航高沿方向作等扇形掃描示意圖，飛機(jī)以航高沿方向作等速直線飛行，天線裝在機(jī)身旁側(cè)

58、以一個(gè)俯角速直線飛行，天線裝在機(jī)身旁側(cè)以一個(gè)俯角發(fā)發(fā)射扇形波束，波束在舷向射扇形波束，波束在舷向(即即Y方向方向)掃描地面，掃描地面，其瞬間輻照地面的面積為其瞬間輻照地面的面積為XbYb,Xb、Yb分別代表分別代表X軸軸(航向航向)和和Y軸軸(舷向舷向)方向的輻照長(zhǎng)度。方向的輻照長(zhǎng)度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像 合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá) 成像原理及過程：成像原理及過程：遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá) 成像原理及過程成像原理及過程：則：則：

59、XbxDx Yb2cos式中：式中：S為斜距，為斜距，x為天線波束的航向角；為天線波束的航向角；Dx為為天線沿航向（軸）的孔徑，天線沿航向（軸）的孔徑，脈沖寬度，脈沖寬度，為俯為俯角，角，Xb、Yb實(shí)際上是側(cè)視雷達(dá)扇形掃描在航向?qū)嶋H上是側(cè)視雷達(dá)扇形掃描在航向和舷向的地面分辨元線度。和舷向的地面分辨元線度。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖像合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá) 成像原理及過程成像原理及過程：合成孔徑如圖所示，：合成孔徑如圖所示，飛機(jī)以航高、航速作等高、等速直線飛行，飛機(jī)以航高、航速作等高、等速直線飛行，自至。在掃描區(qū)

60、中有一個(gè)目標(biāo)自至。在掃描區(qū)中有一個(gè)目標(biāo)U，只有等到，只有等到飛機(jī)飛到點(diǎn)，飛機(jī)飛到點(diǎn)，U才進(jìn)入主瓣輻照區(qū)，飛到才進(jìn)入主瓣輻照區(qū)，飛到c點(diǎn)點(diǎn)U在主瓣中心，飛到點(diǎn)離開主瓣。所以對(duì)在主瓣中心，飛到點(diǎn)離開主瓣。所以對(duì)U來(lái)來(lái)說(shuō)，只有飛機(jī)飛在說(shuō)，只有飛機(jī)飛在bcd航段上才有可能與航段上才有可能與SAR的的天線發(fā)生聯(lián)系。由此可見從到就好象排滿天線發(fā)生聯(lián)系。由此可見從到就好象排滿了了SAR天線，形成了一個(gè)線性天線陣，在天線，形成了一個(gè)線性天線陣，在bd段段都能直接接收都能直接接收U的回波信號(hào)。的回波信號(hào)。遙遙 感感 原原 理理 與與 方方 法法RS9.3 9.3 微波遙感微波遙感 側(cè)視雷達(dá)及其圖像側(cè)視雷達(dá)及其圖