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遙感電磁輻射基礎(chǔ)1電磁波和電磁波譜2電磁波輻射源3大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的作用4地物波譜特征1電磁波和電磁波譜1.1.1電磁波波:是振動(dòng)在空間的傳播。如聲波、水波、地震波等。
機(jī)械波:振動(dòng)的是彈性媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的位移矢量。電磁波:電場(chǎng)矢量和磁場(chǎng)矢量在空間的傳播。1887年由赫茲試驗(yàn)證明1.1.1電磁波牛頓的微粒說(shuō)光是由發(fā)光物體發(fā)出的遵循力學(xué)規(guī)律的粒子流?;莞沟牟▌?dòng)說(shuō)光是機(jī)械波,在彈性介質(zhì)“以太”中傳播。光的兩種學(xué)說(shuō)四、光的本性光的電磁理論——波動(dòng)性
干涉、衍射、偏振光的量子理論——粒子性
黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光是電磁波,具有波動(dòng)和粒子的兩重性質(zhì),稱(chēng)為波粒二象性。1)不須要傳播介質(zhì)2)橫波3)波動(dòng)性4)粒子性5)疊加原理6)相干性和非相干性7)衍射和偏振(遙感器的幾何圖象辨別率,波長(zhǎng)越長(zhǎng),偏振現(xiàn)象越顯著,偏振和雷達(dá)成像)8)多譜勒效應(yīng)(合成孔徑側(cè)視雷達(dá))1.1.2電磁波的特點(diǎn)和遙感意義動(dòng)量:P能量:Eh:普朗克常數(shù),6.6260755×10-34Jsc:光速;v:頻率能量和動(dòng)量是粒子屬性,頻率和波長(zhǎng)是波動(dòng)屬性。Y射線、X射線、紫外線;可見(jiàn)光,紅外線;微波和無(wú)線電波。電磁波的粒子性電磁波的疊加原理當(dāng)兩列波在同一空間傳播時(shí),空間上各點(diǎn)的振動(dòng)為各列波單獨(dú)振動(dòng)的合成。任何困難的電磁波都可以分解成很多比較簡(jiǎn)潔的電磁波;比較簡(jiǎn)潔的電磁波也可以合成為困難的電磁波。(白光的色散和合成,計(jì)算機(jī)顯示器的工作原理,混合像元的分解)電磁波的衍射電磁波遇到有限大小的障礙物時(shí),能夠繞過(guò)障礙物而彎曲地向障礙物地后面?zhèn)鞑?。把這種通過(guò)障礙物邊緣變更傳播方向地現(xiàn)象,稱(chēng)為電磁波的衍射。設(shè)計(jì)遙感器的空間辨別率具有重要意義。最小辨別角:d
物鏡的有效孔徑
電磁波偏振電磁波遇到“狹縫”的障礙物時(shí),能夠通過(guò)狹縫地振動(dòng)重量,稱(chēng)為電磁破的偏振。非偏振光,偏振光,部分偏振電磁波的多普勒效應(yīng)電磁波因輻射源(或者視察者)運(yùn)動(dòng),而使視察者接受到的頻率發(fā)生變更,這種現(xiàn)象稱(chēng)為多普勒效應(yīng)。聲波的多普勒效應(yīng)(火車(chē)開(kāi)來(lái)和遠(yuǎn)離時(shí)汽笛聲音變更)。雷達(dá)測(cè)速合成孔徑雷達(dá)的工作原理波函數(shù)由振幅和位相組成,一般遙感器僅僅記錄電磁波的振幅信息,丟失位信任息。全息攝影中,同時(shí)記錄了振幅信息和位信任息。1.1.3遙感記錄的電磁波信息輻射能量Q電磁輻射是具有能量的,它表現(xiàn)在:?使被輻照的物體溫度上升?變更物體的內(nèi)部狀態(tài)?使帶電物體受力而運(yùn)動(dòng)……輻射能量(Q)的單位是焦耳(J)電磁波輻射度量輻射通量(radiantflux)Φ在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的輻射能量稱(chēng)為輻射通量:
Φ=Q/t輻射通量(Φ)的單位是瓦特=焦耳/秒(W=J/S)輻射通量密度(irradiance)E、(radiantexitance)M單位面積上的輻射通量稱(chēng)為輻射通量密度:入射度,E(接收電磁波);出射度,M(輻射源)E輻照度=Φ/AM輻射出射度=Φ/A輻射通量密度的單位是瓦/米2(W/m2)輻射源輻照度輻射出射度被輻照物輻射體法向物體θ輻射亮度(radiance)L單位面積、單位波長(zhǎng)、單位立體角內(nèi)的輻射通量稱(chēng)為輻射亮度:L=3Φ/(AcosθλΩ)輻射亮度(L)的單位是瓦/米2?微米?球面度(W/m2
?
μm?Sr)輻亮度L與觀測(cè)角θ無(wú)關(guān)的輻射源為朗伯源體亮度L面輻射源θ立體角ΩA輻射源立體角一個(gè)半徑為r的的球面,從球心向球面做隨意形態(tài)的錐面,錐面與球面相交的面積為A,則A/r2就是此錐面的立體角。一般用符號(hào)Ω表示,單位為球面度sr。一個(gè)球面的面積為4πr2,因此球體的立體角為4πAcosθ輻射強(qiáng)度(radiantintensity)I輻射強(qiáng)度是描述點(diǎn)輻射源的輻射特性的,指在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量:
I=Φ/Ω輻射強(qiáng)度(I)的單位是瓦/球面度(W/Sr)輻射強(qiáng)度點(diǎn)輻射源Ω=A/R22π、4π各向同性源?(分譜)輻射通量輻射通量是波長(zhǎng)λ的函數(shù),單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射通量稱(chēng)為分譜輻射通量:
Φλ=Φ/λ分譜輻射通量的單位是瓦/微米(W/μm)λ1-λ2波段間隔內(nèi)的
Φ(λ1-λ2)?總輻射通量Φ
?輻射通量波長(zhǎng)分譜???分譜輻射通量分譜輻照度、分譜輻射出射度分譜輻射強(qiáng)度“分譜”兩字可以忽視M、L、I之間的關(guān)系M:輻射出射(通量密)度:M輻射出射度=Φ/AL:輻射亮度:L=3Φ/AcosθλΩI:輻射強(qiáng)度:I=Φ/ΩL與I之間的關(guān)系:L=2Φ/(Ω(Acosθ))=I/(Acosθ)L與M之間的關(guān)系:M=∫2πL(θ)cosθdΩ對(duì)于朗伯體,L(θ)各項(xiàng)同性M=L∫2πcosθdΩ=
πL對(duì)于朗伯體,其出射度為輻射亮度的π倍小結(jié)輻射度量一覽表E接收輻射、M放射、I點(diǎn)源,L面源1.2電磁波譜定義:依據(jù)電磁波的波長(zhǎng)(頻率的大?。╅L(zhǎng)短,依次排列成的圖表,稱(chēng)為電磁波譜。各種電磁波的特點(diǎn)1.2電磁波譜(2)不同波長(zhǎng)電磁波不同點(diǎn): 產(chǎn)朝氣理不同、 穿透性、 可見(jiàn)性(顏色不同)共性: 傳播速度相同遵守相同的反射、折射、透射、吸取和散射定律都是橫波,遵循橫波的一切特性2電磁波輻射源2.1黑體輻射2.2黑體輻射定律2.3一般輻射體和放射率2.4基爾霍夫定律黑體:對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射,反射率和透射率都等于0。黑體是一種志向的吸取體,自然界沒(méi)有真正的黑體。人工制造的接近黑體的吸取體2.1黑體輻射2.2黑體輻射的定律2.2.1普朗克公式2.2.2斯蒂芬-玻爾茲曼定律2.2.3維恩位移定律描述黑體輻射通量密度與溫度、波長(zhǎng)分布的關(guān)系。2.2.1普朗克公式h:普朗克常數(shù)6.6260755*10-34W·s2k:玻爾茲曼常數(shù),k=1.380658*10-23W·s·K-1
c:光速;λ:波長(zhǎng)(μm);T:確定溫度(K)變更特點(diǎn):(1)輻射通量密度隨波長(zhǎng)連續(xù)變更,只有一個(gè)最大值;(2)溫度越高,輻射通量密度越大,不同溫度的曲線不相交;(3)隨溫度上升,輻射最大值向短波方向移動(dòng)。普朗克公式圖示:2.2.2斯蒂芬-玻爾茲曼定律對(duì)普朗克定律在全波段內(nèi)積分,得到斯蒂芬-玻爾茲曼定律。輻射通量密度隨溫度增加而快速增加,與溫度的4次方成正比。含義?σ:斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù),5.6697+-0.00297)×10-12Wcm-2K-4
紅外裝置測(cè)試溫度的理論依據(jù)。2.2.3維恩位移定律b:常數(shù),2897.8±0.4μm·K高溫物體放射較短的電磁波,低溫物體放射較長(zhǎng)的電磁波。常溫(如地表300K左右,放射電磁波的峰值波長(zhǎng)9.66μm)針對(duì)要探測(cè)的目標(biāo),選擇最佳的遙感波段和傳感器。2.3一般輻射體和放射率對(duì)于一般物體而言,須要引入放射率(熱輻射率、比輻射率),表明物體的放射本事。非黑體的輻射通量密度與同一溫度下黑體輻射通量密度的比值。放射率與物質(zhì)種類(lèi)、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān),還與波長(zhǎng)有關(guān)。依據(jù)放射率與波長(zhǎng)的關(guān)系,輻射源可以分為:1)黑體2)灰體3)選擇性輻射體
2.3一般輻
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